超真空 , 月球表面基本为真空 , 气压仅3×10-10Pa , 所以保证人类居住的建筑需要承受巨大的内压力 , 还需要考虑真空环境中材料可能有性能衰减;
低重力 , 月球重力为地球重力加速度的六分之一 , 这会影响材料成型和搭建的速度;
强辐射 , 月球几乎没有大气层保护 , 太阳风、宇宙射线可以直接辐射地表 , 月面辐射超过300mSv/a;
少资源 , 月球上能源有限 , 主要为太阳能 , 如果使用外来资源的话成本极高 , 一般的火箭发射航天器的成本是一公斤一万美元到两万美元 , 因此需要采用原位材料 , 也就是月壤来进行建造 。
这五大挑战就决定了“建房子”中的技术路线 , 即必须耐高低温、耐辐射等 , 并自动化建造 , 技术难度极高 。
冯鹏研究团队提出了一种建造方案:材料以月壤为主、高性能纤维为辅 , 以月壤砖和月壤袋作为主要构件 , 依靠机械臂施工建造月面建筑物 。
“之所以要用高性能纤维 , 是因为结构会承受来自内部的压力 , 因此材料必须抗拉强度高 。 而出于成本的考虑 , 大部分材料最好是就地取材 , 将月壤通过烧结工艺形成月壤砖 , 并设计特定的榫卯接口;再结合高性能纤维形成月壤袋 , 同样设计榫卯结构用于连接 , 将砖形月壤袋作为建筑主体结构 , 减少月壤加工工序 , 加快整体建造速度 。 ”冯鹏解释道 。
03
在宇宙的1秒钟内探索更多可能性
如果要问月球科研站建好之后 , 哪些科学家想要入驻开展科研 , 那么蔡峥副教授一定会积极报名 。
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在讲座《地基、月基、空基望远镜探索未知的未知》中 , 他介绍当前天文学进入了多信使、多波段、海量数据的黄金时代 , 而暗物质的搜寻即是下一阶段的新机遇 。 但遗憾的是 , 即便是下一代地面宽视场多目标光谱巡天设备、大型地基光学开放科学平台MUST , 也有自己的观测范围 。
“地球上有很多光是探测不到的 。 ”蔡峥举例说 , “首先比紫外线波长更短的光是进不到地球里的 , 假如它们能进来 , 那我们每天都会像在做透视 , 会产生很大的生存问题 , 幸而大气层保护了我们 。 而比红外线波长更长的光也进不来 , 它们被地球大气中的水分所阻 。 ”
因此 , 如果想要深入红外 , 探测到宇宙早期 , 就不能依靠地面望远镜的窗口 , 必须寻求新的出路 。 “未来在月基建造望远镜有着巨大的前景!”蔡峥掷地有声道 。 与被大气层保护的地球不同 , 月球上真空的环境使得月基望远镜可以观测到非常清晰的恒星星云 , “让我们真正了解单个恒星的特征 , 而不像在地球上只能看到一大堆星系” 。
“四方上下曰宇 , 古往今来曰宙 。 ”将望远镜对准天空 , 人类想要探索的是未知的未知 , 是包括时间、空间在内的一切神秘所在 , 而月基望远镜 , 无疑将为这场探索之旅打开新的天地 , 怎能不令人心潮澎湃?
蔡峥还在沙龙上展示了一张“宇宙年表” , 将“宇宙大爆炸”作为1月1日 , 把迄今为止的时间节点压缩到一年之中 。
在这个时间轴中:
9月3日地球出现;
9月22日地球上诞生第一个生物 , 12月17日演化出视觉;
恐龙在12月26日出现 , 又在12月30日灭绝;
这一年的最后一天12月31日晚上9点 , 智人开始演化 , 他们打败了尼安德特人 , 成为地球的霸主;
晚上11点58分 , 现代人类开始进化 , 农业出现在25秒之前 , 11秒前才有金字塔;
【当探月梦照进现实,你会怎么做?】开普勒、伽利略证明地球绕着太阳转至今 , 仅仅过去了1秒钟 。
多么短暂而又漫长的1秒钟!相信在这张“宇宙年表”面前 , 所有人类都会深刻体会到自身的渺小和生命的短暂 。
但庄子曾经说过“吾生也有涯 , 而知也无涯” , 亚里士多德说“求知是人的本性” , 或许人类的伟大之处就在于永不磨灭的好奇心和追求未知的勇气 , “相信相信的力量” , 努力把未知的未知变成已知 , 让探月梦想照进眼前的现实 , 让宇宙的这一秒生出无限的可能 。
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三位专家的演讲结束后 , 现场气氛活跃 , 多名学生踊跃提问 , 积极与专家互动 , 尽情放飞自己的探月梦想 。 北京市科协领导在调研清华大学科协时曾指出 , 要鼓励科技工作者特别是科学家参与科普 , 传承科学精神 , 创新科普形式 , 提质科普内容 , 推动科研成果科普化 。
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