中秋月話 | “嫦娥之父”歐陽自遠細說中國探月
“嫦娥一號”是我國第一顆探月衛星，歐陽自遠是中國天體化學領域的開創者，因其在中國探月工程中的傑出貢獻，被譽爲“嫦娥之父”。
2007年11月7日，在確認“嫦娥一號”成功被月球捕獲並開始繞月運行的那一刻，中國繞月探測工程首席科學家歐陽自遠院士與總設計師孫家棟院士，兩個年逾古稀的科學家興奮、激動得抱頭痛哭。中國開始了向太陽系的星辰大海挺進的堅實步伐！
心無界，境自遠。從擡頭仰望星空那一刻起，到中國第一顆月球探測衛星——“嫦娥一號”升上天際，人類對太陽系的探索從未停息。在這個中秋佳節，讓我們來認識這個和月球打了大半輩子交道的人，聆聽他求索天地間的歲月往事。
點擊音頻，收聽歐陽自遠院士在“中歐話未來”活動中的演講
歐陽自遠：細說中國探月
月球是地球的衛星，是離地球最近的一個天體。迄今爲止，一共有12人登上過月球表面，均爲美國航天員。
齊奧爾科夫斯基是一位偉大的蘇聯航天科學家，他計算出了航天飛行的三個宇宙速度。在他的墓誌銘上，刻着這樣一段話：“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠生活在搖籃裡，開始他們將小心翼翼穿出大氣層，然後去征服太陽系。”
他的描述非常逼真，因爲就目前的科技水平，也許在一個世紀內，人們的探測範圍都只能在太陽系。
1977年，美國發射了兩個飛行器：旅行者一號和旅行者二號。46年時間過去，它們纔剛剛飛過了八大行星，遠沒有到達太陽系的邊界。根據測算，直到4.6萬年後，它們纔可能飛到隔壁的太陽系。
而要探測太陽系的星辰大海，月球探測是一個起點。
後來居上的“探月”之路
1957年10月4日，蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，拉開了人類空間時代的帷幕。
中國探月工程經歷了35年漫長的準備，10年精確論證。當時我被任命爲首席科學家去探測月球，這令我非常興奮。
2007年10月24日，“嫦娥一號”從月亮城——西昌發射升空，雖然比美國和蘇聯晚了半個世紀，但我們有一個要求，那就是：所有人家做過的、很重要的，我們也要做，並且要做得更好，要讓全世界用中國的數據。同時，還有1~2項是別人沒有做過的。
我們知道，未來地球會面臨能源危機，所以越來越多的國家和組織開始把目光轉向月球。氦-3是一種在地球上很難得到的清潔、安全、高效的核聚變發電燃料，被科學家們稱爲“完美能源”。各國科學家們已經圍繞着月球上氦-3的儲量、採掘、提純、運輸及月球環境保護等問題悄然開展相關研究。
下面這張圖是“嫦娥一號”做的月球元素分佈圖。這些原料地球上沒有，但月球上有，是中國最早將其分佈圖做出來，並向全世界公佈。
來源：歐陽自遠院士PPT
我們測定了月球土壤層的厚度，以此來計算月球上氦-3資源的含量，這項成果是世界首創。最終，我們測算出月球上氦-3的含量爲100萬噸以上，至少可以保證人類用一萬年，這是中國爲全人類做出的重大發現。
860米！與小行星擦肩而過
“嫦娥二號”發射時，我們有經驗了，給它帶足了原料，供其進行繞月飛行。我們希望“嫦娥二號”做出來的圖，能做到全世界分辨率最高。
2010年10月1日，“嫦娥二號”發射成功，它飛了77天，飛到距離地球約150萬公里的地方，記錄到太陽爆發活動的數據，這個數據也是人類首次獲得。
非常幸運的是，這次“嫦娥二號”還偶遇了一顆小行星。我們通過精確計算小行星的軌道路線，計劃讓“嫦娥二號”飛過去，拍下它的照片。我們要求它們見面的時候，距離不得大於1公里。
在距離地球1000多萬公里的地方，控制“嫦娥二號”貼着小行星飛，距離還不得大於1公里，到底怎麼去實現？搞技術的同志真的辛苦，想盡各種辦法，真的精確地實現了！最後距離是860米，它們擦肩而過，拍下了珍貴的照片。
就是這顆小行星，長4.46公里，寬2.4公里，形狀像顆花生。這次經歷，也是中國第一次去探測一個小行星。
來源：歐陽自遠院士PPT
現在“嫦娥二號”還有能量，大約2029年，它還要返回地球，那時我們再聽它訴說一生的奇遇。
中國命名了月球上的“廣寒宮”
嫦娥一號、二號的任務是繞月，三號、四號的任務是落月。讓四條腿的着陸器安安穩穩地落到一個平面上，如何選址就成了難題。
爲此，我們做了一個技術創新。
2013年12月2日凌晨1時30分，“嫦娥三號”在西昌衛星發射中心發射。“嫦娥三號”用了一項新技術：人工智能。着陸器根據人工智能的指揮，會選擇最合適的地點安全落下。
“嫦娥三號”這次正面登月，做了很多其他國家沒做過的事。
來源：歐陽自遠院士PPT
“嫦娥三號”的着陸器安裝了四個特殊的儀器：人工智能指揮的降落相機；極紫外相機，用來觀測地球極紫外的濃度、大小的變化；月基光學望遠鏡，在月球上觀察天文；地形地貌相機。
“嫦娥三號”就這樣一步一步地做，整個軟着陸過程大約１２分鐘，最終平安地，而且很出色地完成了任務。
我們把“嫦娥三號”落地的地方命名爲“廣寒宮”，這項命名已經獲得國際批准。另外，“嫦娥三號”還實現了長期對太陽的觀測及對地球環境的監測。
人類第一次看到月球背面
自從我們的老祖宗擡頭望月開始，一直到今天，人類看到的月亮只是半個月亮，月亮的另一側在地球上永遠也看不見。根據“嫦娥一號”和“嫦娥二號”傳回的照片，可以看到，月球的背面地形很陡，都是高山峻嶺，太危險了！
2018年12月8日，“嫦娥四號”成功發射，歷時27天，於2019年1月3日10時26分成功着陸月球背面，它着陸的地方很特別，是月球背面一個巨大的盆地，叫馮·卡門撞擊坑，直徑有2480公里，深度12.8公里，是40億年前一個巨大的天體撞擊月球砸出來的。
來源：歐陽自遠院士PPT
“嫦娥四號”選擇在這裡着陸，就是希望把最古老的東西挖出來，看看月球的歷史有沒有新的記錄。
“嫦娥四號”沒有讓我們失望，登上了神秘的月球背面，這是人類首次實現月球背面軟着陸和巡視勘察，也是人類首次在月球的高緯度極地着陸。
來源：歐陽自遠院士PPT
爲了讓地球和月球之間能有信息和數據的傳輸，我們還在地球與月球之間架起了一座“鵲橋”——中繼星“鵲橋”，運行於地月拉格朗日L2點，在地球與月球背面之間構成暢通的通信鏈路，這也是人類首次實現月背與地球的中繼通信。
重新推算出月球最後一次活動時間
其實，星球就像人的一生，會經歷誕生、嬰兒期、青少年期、中老年期，也會老態龍鍾，最終“死去”，即內部能量耗盡，失去活力。
太陽和地球也有“壽命”，據估算，目前太陽還有50億年壽命，地球還有40億年。很多人認爲月球30億年前就“死亡”了，但我們覺得，時間可能要更晚，30億年前月球應該還有能量，但是我們沒有證據。所以討論“嫦娥五號”的時候，搞技術的同志說：“我們保證給你抓一把土回來。”我說：“你一定要落到最關鍵的地方，要在‘嫦娥四號’落地的地方。”
2020年11月24日4時30分，“嫦娥五號”探測器發射成功，它的任務之一就是要去月球上抓一把“特別的土”帶回地球。最終，中國一共採回1730克樣品。通過取樣測算，我們發現月球最後一次活動是在20億年前左右（約19.6億年—20.21億年前）。
我們的數據獲得了認可，國際上認爲中國立了大功，刷新了人類對月球歷史的認知。我們做的點點滴滴，都是爲人類認識月球做貢獻。
嫦娥系列探測器共發射了五顆，每顆都很出色，每顆都完成了意義非凡的使命。
2030年，我們準備在完成不載人探測後，擇機實施載人登月。預計到2036—2045年，有望建成綜合型的月球基地，實現人類長期駐留。
來源：歐陽自遠院士PPT
未來，在探月方面，我們理應做得比別人好。同時，我們也一定要踏踏實實，穩步實現我們的目標。
改造火星，需要幾步
我們再來談談火星。
我們的地球面臨着能源危機、全球變暖以及小天體撞擊等潛在風險。一直以來，人類對於火星能否成爲第二個地球抱有無限希冀。如何讓火星也變成人類可以居住的星球，使人類可以持續生存發展，這是未來深空探測的重點。
那麼，火星又該如何改造？
我們知道，火星現在沒有人能居住。它的平均溫度常年都是零下50～60攝氏度，太冷了！火星上沒有水，只有冰，怎麼把冰融化，成爲擺在人類面前的第一個難題。而且火星上氣壓很低，人類在火星上得穿宇航服，住地下室，在密封的環境，不斷獲得氧氣，不然根本無法生存。
馬斯克非常積極，他說願意做火星移民，更提出可以先移民100萬人到火星上，建立一個火星基地，然後在火星上炸１萬顆氫彈，把冰雪全部融化成水，以此來加速火星改造。
我們認爲，這是個非常危險的提議。
迄今爲止，人類共嘗試探測火星51次，但成功的概率不到50%。2020年7月23日，“天問一號”由“長征5號”火箭在文昌發射場發射成功，天問一號將圍繞火星是否存在過生命或具備生命存在的環境、火星演化和太陽系的起源與演化兩大科學問題，開展研究活動。
從1998年到今天，全世界的科學家們召開了多次關於火星改造的國際會議。大家商量了很長時間，討論出下面七個步驟，最終實現改造計劃估計得半個世紀左右。
來源：歐陽自遠院士PPT
首先，改造火星要提高火星表面的溫度，增加大氣濃度，我們主張可以在火星上建立工廠，大量排放二氧化碳，二氧化碳排放得多了，會使得火星變暖，讓冰雪融化，赤道有水流動。
其次，引種地球上的一些低等植物覆蓋到火星，建立火星的表面生態環境。環境生態建立成功後，就可以發展農牧業，解決糧食、食品的供給問題。
最後，建設工業設施和人類生活的基礎設施，逐步實現火星旅遊或火星移民。
我相信，通過人類的智慧和努力，火星完全能被改造成生機盎然的“小地球”，再現“青山綠水”，成爲人類的“第二家園”。
向太陽系的星辰大海挺進
對於太陽系的探測，我認爲有四個重要組成部分：月球探測是起點，火星探測是重點，小行星探測是熱點，行星際之間的穿越探測則是亮點。
地球外圍目前已經發現近2萬顆小行星。小行星分成四類大軌道，有兩類跟地球的軌道相交，這表明它們很有可能撞上地球，這對人類造成極大威脅，恐龍的滅絕已經被證明就是小行星撞擊導致的。對行星的探測，將來可以爲地球規避災難，也是爲全世界、全人類的共同利益行善舉。
未來，行星際深空探測是科技競爭的制高點。我們一定要抓住這個機遇。目前，我們有了更詳細的計劃，未來將會去探索木星的80顆衛星、土星的83顆衛星，它們可能都存在生命。
近期，美國國家航空航天局（NASA）宣佈：他們發現了一顆名爲“K2-18b”的系外行星。這顆系外行星距離地球120光年，科學家在它的大氣層中發現了一種“與生命獨特相關”的氣體——二甲基亞碸。這種氣體的存在表明，這顆行星上可能存在着外星生命。此外，科學家們還發現K2-18b的大氣層中還存在着大量的二氧化碳和甲烷，這些物質的存在表明它適宜居住，甚至可能已經有人居住。
雖然這一發現不能直接證明外星生命的存在，但它爲尋找外星生命提供了重要的線索和依據。我們有理由相信，未來我們將會發現越來越多的外星生命的證據和線索，讓我們對外星生命的認知更加深入。
曾經有一個記者問我：現在看到滿天繁星，會想到什麼？
我的回答是：銀河系直徑有10萬光年，有1000億個“太陽”。所以，我現在的視野不光是一個月亮，我看到的是整個銀河系，在我眼裡，滿天繁星都是遠遠近近的太陽。讓我們一步一步去探測太陽系，一起向太陽系的星辰大海挺進。
以上內容根據歐陽自遠院士的演講內容整理，內容有刪節。
編輯| 菅偉偉
責編| 嶽頂軍
一個和月球打了大半輩子交道的人
1952年，我們年輕的共和國剛剛成立不久，一窮二白、百廢待興。17歲的歐陽自遠參加了全國第一次大學生統一考試，被錄取到剛剛成立的北京地質學院。那一年，他決心“學地質，去找礦，爲國家的工業化出力”。
憑藉在大學四年裡打下的地球科學的堅實基礎，畢業後，他參加了全國第一次副博士研究生統一考試，後被錄取到中國科學院地質研究所——研究銅礦與鐵礦的成因與找礦方向。
1957年，蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，拉開了人類空間時代的帷幕。
1958年，歐陽自遠提交了研究生論文。此後，截至1992年的35年裡，他專心致志地開展相關領域科學文獻的調研，總結蘇、美開展月球與行星探測的計劃、進展、成果與失敗教訓的分析研究。他的研究方向從地球科學逐步拓展爲以地球爲基礎的比較行星學、月球與行星科學，從地球化學擴展爲天體化學等。
此外，他逐步在中國建設相關的研究實驗室，培養隕石學與天體化學、月球與行星科學領域的研究生，一批批年輕的科技人才快速成長。他們現在已經成爲我國天體化學、月球與行星科學、月球與太陽系天體開發利用前景的研究骨幹！
從1993—2002年的10年裡，國家要求他準備系統論證與答辯。他主持撰寫的《中國開展月球探測的必要性與可行性研究論證報告》《中國月球探測的發展戰略與長遠規劃研究報告》《中國首次月球探測的科學目標與有效載荷配置研究報告》，都得到專家組的一致贊同和全力支持。
2003年，國防科工委指定孫家棟和歐陽自遠負責組織全國相關的科技專家，起草編寫《中國首次月球探測的立項報告》，呈報國務院領導審查批准。2004年1月得到國務院領導批准立項。中國的月球探測工程進入實施階段。
從1958年至今，歐陽自遠從事深空探測工作已有65年。自2007年發射“嫦娥一號”以來，中國的無人月球探測階段已經連續成功發射了嫦娥一、二、三、四、五號，實現了繞、落與回三個階段的目標，取得了大量國際領先性科學探測成果。
“科技創新與科學普及同等重要，如車之雙輪、鳥之雙翼。”科學家有責任和義務向廣大公衆傳播科學精神、科學思想、科學知識、科學方法與科學道德，提高全民科學素質，爲建設一個偉大的社會主義強國和中華民族偉大復興做出新貢獻！
經過長時間的積累，2008—2018年的11年間，歐陽自遠準備了14個不同主題的科普報告，考慮到公衆知識基礎的不同，每一個主題報告都準備了2~3種不同的版本。
自2008年以來，對於每一次現場科普報告，歐陽自遠都記錄了報告日期與時間、報告題目、組織聽衆的單位、參加人數等。經統計，截至2018年的11年裡，歐陽自遠一共進行過現場報告618次，平均每年現場報告56場；現場聽科普報告的的總人數共383590人，每年平均現場聽科普報告的人數32140人，同時，各地的現場報告還通過互聯網廣泛傳播，觀看人數呈幾十倍增加。
除此之外，他還主編、撰寫出版了有關月球、地球、火星、小行星與太陽系探測的科學專著11冊，科普書籍24冊。
如今88歲的歐陽院士還是一名B站UP主：做硬核知識主播，開設沒有牆壁的教室，將畢生所學通過網絡授以青少年，用日復一日的耐心播下知識的種子。
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《歐陽自遠自傳：求索天地間》
作者：歐陽自遠
出版社：中國大百科全書出版社
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