科博沙龙NO.21回顾 | 当探月梦想照见现实

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3月31日下午2点,清华大学科学博物馆在人文楼B206推出第21期科学博物馆沙龙。本次沙龙邀请了清华大学首批月壤样品使用责任人、水利水电工程系副教授崔一飞,土木工程系主任、教授冯鹏,以及电影《大学》主人公、清华大学天文系副教授蔡峥三位专家,他们分别从月壤的物理力学特性、月面建造房屋、未来月基天文探测三个方向分享了他们的研究成果。科学博物馆事业发展部媒体总监尹菱主持了本次沙龙。

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沙龙现场

 

主持人尹菱老师在开场中谈到,从“嫦娥之父”欧阳自远院士对月球的研究,到探月工程成为国家重大科研项目,再到嫦娥系列卫星的发射,我们的探月梦想正慢慢照进现实。探月梦想从梦想到实现,并不仅简单为了到此一游,更是为了拓展人类知识的边界,最大化地利用宇宙资源。“照进现实”有两层含义,一是月球资源被人类利用的前景逐渐显现,第二则意味着将有更多的科研团队前赴后继、日夜兼程地投入到探月研究中。

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清华大学水利水电工程系副教授 崔一飞

 

清华大学首批月壤样品使用责任人,水利水电工程系副教授崔一飞的演讲主题是“月壤物理力学特性研究及其工程应用价值”。崔老师首先介绍了月球的基本概况,以及月球的物理和化学特征,主要包括月球重力场、磁场、大气、反照率、月表昼夜温差及辐射环境等。

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同时,崔老师向大家介绍了历史上关于月球起源的多种假说,月球的演化过程,月球的内部构造和化学成分,月球的地形地貌特征和月壤的形成过程及机制等,让观众们对月球和月壤的基本情况有了初步认识。

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紧接着,崔老师基于目前人类历史月表采样和研究数据,详细介绍了月球样品的颗粒类型、平均矿物和化学组成、颗粒级配和形态特征等物理化学性质。然后,对比分析了月壤和地表土力学特性研究的异同点,并着重介绍了关于月壤物理力学特性研究的重点难点和当前国内外学者的主要研究方法和相关研究进展。

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最后,崔老师分享了研究团队基于嫦娥五号月球样品开展月壤物理力学特性研究的研究思路。

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清华大学土木工程系主任、教授 冯鹏

 

清华大学教授、土木工程系主任冯鹏从月面建造的角度分享了他的研究成果。冯老师说开拓地外空间是整个人类的梦想和追求,在未来的30至50年里,我们将可能在月球上建造城市,甚至去旅游度假,而这离不开现在所做的研究。

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月面建造难度很大,首先它需要以无人化和自动化的方式来实现,其次还面临着大温差、超真空、低重力、强辐射、少资源等挑战。目前我国月面建造的短期目标是建设国际的月球科研站,主要用于月球自身探索和利用、月基观测、基础科学实验和技术验证等科研活动。

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此外我国针对月球基地建设也做了一个分阶段的长期规划,包括科研站、科考站、驻留地、栖息地四个阶段,从无人化完成基本科研任务,到有人驻留的可操作空间,再到各类生活设施的完善和保障,再从生活到生产,功能越来越多,对相应的建设需求也越来越严格。

月面建造的对象包括场地、建筑物和构筑物三大类,场地经平整硬化形成基础道路,敞开式的构筑物用于设备及器械的存放,封闭式的建筑物则是容纳人活动的主要空间。

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冯老师所研究的月面建造方案,主要利用月面上的月壤材料,结合抗拉性能优良的高性能纤维,通过相应的工艺制成月壤砖、月壤袋构件,辅以充气气囊,并以榫卯结构的方式通过机械臂实现组装施工。此方案的原位资源利用率可达99%以上,原位资源适应性高。

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最后,冯鹏老师感慨到,古代的人只能望月,而现在我们期待能在探月的基础上,实现驻月的梦想。在前所未有的极端环境、极度匮乏资源的情况下进行建造房屋,我们面临着巨大的挑战,但星河璀璨,求索无疆,我们才刚刚起航。

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清华大学天文系副教授 蔡峥

 

电影《大学》主人公、清华大学天文系副教授蔡峥的演讲题目是“地基、月基、空基望远镜——探索未知的未知”,他分享了其目前参与建设的MUST项目和对未来月基天文探测的畅想。

蔡老师首先介绍了人类目前对宇宙的认识,他将宇宙从诞生之初到现在的时间限定在一年,在宇宙年表中,1月1号发生了宇宙大爆炸,9月3号地球诞生,9月22号地球出现第一个生命,12月31号晚上9点智人开始演化,晚上11点58分,现代人类开始进化;而农业只出现在25秒之前,这说明相比宇宙,人类非常非常渺小,研究宇宙是没有穷尽的。

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蔡老师认为天文学是永恒的科学前沿,近十年有六项天文研究曾获诺贝尔奖,可见天文学科的发展之迅速。天文学目前进入了多信使、多波段、海量数据的黄金时代,不仅能探测光、电磁波,还可以探测中微子、宇宙射线、引力波等。天文学的每次突破都得益于天文观测设备的发展,但当前我国无论从望远镜到终端探测设备都严重滞后于国际水平,在此背景下“宽视场巡天望远镜(MUST)”项目应运而生。

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沙龙对话现场

 

该项目将在青海冷湖建设一架口径6.5米的宽视场(光谱)巡天望远镜,并以此为基础开展全方位的天文学研究,力争在若干前沿科学方向实现重大突破。MUST望远镜本身海量的光谱数据,将让我们对从行星到星系的物理有全新的认知,对精确宇宙学和暗能量演化、揭示暗物质本质、揭示重子-暗物质的物理联系、探索动态宇宙等有着重大意义。

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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,真正了解单个恒星的具体特征,而不像在地球上只能看到一大堆模糊的星系。

蔡老师认为,未来在月基进行天文探测有着巨大的前景,但目前仍困难重重。康德有言,“有二事焉,恒然于心;敬之畏之,日省日甚:外乎者如璀璨星穹,内在者犹道德律令。”在浩渺未知的宇宙中,正是有一群仰望星空的人,人类才会在文明路上不断前进。

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现场观众踊跃提问

 

在提问互动环节,同学们纷纷举手踊跃提问,老师和同学们围绕月球地质灾害、月面建造场地选择等问题展开深入对话与探讨。

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沙龙对话现场

 

在沙龙的最后,三位老师分别以一句话作结。蔡峥老师说,要相信相信的力量;崔一飞老师说,今天在和老师、同学们的讨论中学到了很多,将带着这些问题回去继续完善自己的研究;冯鹏老师说,虽然在宇宙长河中人类很渺小,但我们才刚刚起航,未来的路还有很长。

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科博馆长助理、事业发展部负责人范爱红(左一),主持人尹菱(右一)与三位主讲嘉宾合影留念

 

责编|伊   墨

文字|刘波阳

摄影 | 孙德利

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