1969年7月20日，美國(guó)宇航員阿姆斯特朗成功踏上月球表面，邁出人類歷史性的一大步，也標(biāo)志著人類第一次探月熱潮的到來(lái)。

進(jìn)入21世紀(jì)，人類第二次探月熱潮興起，除了原先的航天大國(guó)美國(guó)和俄羅斯外，中國(guó)、印度、日本和韓國(guó)等國(guó)也陸續(xù)加入了這一熱潮。

今年1月，中國(guó)月球探測(cè)器嫦娥四號(hào)成功著陸在月球背面，并計(jì)劃在今年年底發(fā)射嫦娥五號(hào)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域軟著陸及采樣返回。印度在2008年10月首次執(zhí)行月球探測(cè)任務(wù)，目前正在努力實(shí)現(xiàn)月球軟著陸。韓國(guó)正在研制其首個(gè)月球探測(cè)器，最早將于明年發(fā)射。美國(guó)也在計(jì)劃2024年前讓宇航員重返月球。

各國(guó)探月計(jì)劃的背后，不乏年輕一代的身影。在阿波羅11號(hào)成功登月50周年之際，《自然》雜志采訪了五位年輕的月球科學(xué)家。在他們的故事中，我們可以看到新一代科學(xué)家是如何改變?nèi)藗儗?duì)月球的研究與認(rèn)識(shí)。

梅加·巴特：繪制月球礦物學(xué)地圖

梅加·巴特（Megha Bhatt）是一名印度月球科學(xué)家，自兒時(shí)起便感受到月球的吸引力。

她出生在印度的一個(gè)小村莊，村里晚上經(jīng)常斷電，導(dǎo)致有很多時(shí)間觀察星空，并為之深深著迷。阿波羅號(hào)登月的故事讓她萌生了為印度航天局工作的念頭，也促使她選擇學(xué)習(xí)物理學(xué)和電子學(xué)。

2008年，印度成功發(fā)射了第一個(gè)月球探測(cè)器月船一號(hào)。巴特在她的博士論文中使用了該探測(cè)器的一些數(shù)據(jù)來(lái)研究月球礦物學(xué)。通過(guò)研究不同波長(zhǎng)的月球反射光，她繪制出了不同礦物在月球表面的分布情況。巴特還提出了一種估算鐵元素豐度的方法，用以揭示熔化的新生月亮在45億年前冷卻后如何開(kāi)始形成礦物晶體。

目前，巴特在位于艾哈邁達(dá)巴德的印度國(guó)家物理研究實(shí)驗(yàn)室專注于月球遙感的研究，并繼續(xù)繪制她的月球礦物學(xué)地圖。研究數(shù)據(jù)主要來(lái)自月船一號(hào)，有時(shí)也需要結(jié)合一些其他月球探測(cè)器的測(cè)量數(shù)據(jù)，比如在2007年至2009年間繞月飛行的日本月球探測(cè)器“月亮女神” (SELENE probe)。“這就像偵探工作，你必須整合更多信息才能看到更大的圖景。” 巴特說(shuō)道。

“月球旋渦”是巴特試圖解開(kāi)的月球謎團(tuán)之一。

這些神秘的淺色斑紋出現(xiàn)在月球上，就像咖啡里的奶油斑點(diǎn)。關(guān)于月球旋渦的形成，科學(xué)家們有幾個(gè)相互矛盾的觀點(diǎn)。其中一個(gè)流行的觀點(diǎn)是，月球上的一些磁性巖石就像保護(hù)傘，可以保護(hù)月球表面被太陽(yáng)釋放的粒子和輻射，也就是太陽(yáng)風(fēng)影響。這些微型磁傘能夠?qū)⒃虑虮砻媾c太陽(yáng)粒子隔離開(kāi)來(lái)，防止其變暗。

巴特正在從礦物學(xué)角度研究這些可以延伸幾十公里的旋渦。在一個(gè)被稱為“賴納爾伽瑪”（Reiner Gamma）的橢圓狀漩渦中，她發(fā)現(xiàn)了其表面礦物反射光的方式的變化，這表明有多個(gè)機(jī)制分別形成了該旋渦的不同區(qū)域。她認(rèn)為磁屏蔽在一定程度上可以解釋一些月球旋渦的形成，但并不是全部原因。

印度原定于2018年3月發(fā)射月球二號(hào)探測(cè)器，但由于修改設(shè)計(jì)等原因已經(jīng)4次推遲發(fā)射時(shí)間。該探測(cè)器任務(wù)包括繞月觀測(cè)和在月球南極著陸，收集水冰、巖石和土壤數(shù)據(jù)。這將是第一個(gè)探測(cè)月球高地貧鐵富鋁巖石的探測(cè)器，該地區(qū)的化學(xué)成分還未被直接探索過(guò)。如果未來(lái)任務(wù)能夠成功，巴特將轉(zhuǎn)而研究這些礦物。

杰西卡·巴恩斯：探索封存多年的月球巖石樣本

預(yù)計(jì)在明年，杰西卡·巴恩斯（Jessica Barnes）將走進(jìn)一個(gè)溫度保持在零下20℃的大冷藏室，近距離接觸一塊被封存了近50年的月球巖石樣本。自1972年阿波羅17號(hào)的宇航員將這塊巖石帶回地球以來(lái)，它一直處在冷凍狀態(tài)。巴恩斯將分析這塊封存多年的阿波羅原始樣本中水和其他揮發(fā)性物質(zhì)的含量。

阿波羅17號(hào)是阿波羅計(jì)劃的最后一次任務(wù)，著陸點(diǎn)在月球北半球的陶勒斯-利特羅山谷。哈里森·施密特是阿波羅計(jì)劃眾多宇航員中的唯一的地質(zhì)學(xué)家，他在山谷的一塊巨石上采下一些樣本，其中一塊被帶回地球后就被放到零下20℃冷藏，另外的樣品則被保存在室溫下。科學(xué)家們并不確定冷凍條件是否比室溫更有利于樣本保存，而巴恩斯將迎來(lái)絕佳的機(jī)會(huì)研究這兩種保存條件下樣本成分的不同之處，進(jìn)而對(duì)冷凍保存技術(shù)做出評(píng)估。

如果不同樣本中水和其他揮發(fā)物的含量相同，那么NASA未來(lái)可能就不必費(fèi)心思去凍結(jié)這些從月球帶回的巖石。但任何差異的存在都可能表明需要有更好的方法來(lái)保存月球樣本，以維持其科學(xué)特性。除此之外，巴恩斯和她的團(tuán)隊(duì)還將研究這塊冷凍多年的阿波羅樣本的基本地質(zhì)成分和化學(xué)成分。

巴恩斯最初是蘇格蘭的一名地質(zhì)學(xué)學(xué)生，當(dāng)她意外獲得一個(gè)研究月球巖石的博士機(jī)會(huì)后，便轉(zhuǎn)而開(kāi)始了月球研究之旅。這個(gè)職位主要是運(yùn)用納米二次離子質(zhì)譜技術(shù)，從微觀領(lǐng)域分析月球巖石中的化學(xué)成分。

巴恩斯說(shuō)：“我看到這份工作時(shí)簡(jiǎn)直不敢相信自己的運(yùn)氣，我將用一種全新的技術(shù)來(lái)研究月球巖石。我很幸運(yùn)地得到了這個(gè)機(jī)會(huì)，我從來(lái)沒(méi)有后悔過(guò)。”

目前，巴恩斯在位于美國(guó)得克薩斯州休斯頓的約翰遜航天中心工作。在著名的月球?qū)嶒?yàn)室中，她研究了阿波羅計(jì)劃帶回的各類的月球巖石，其中她最喜歡的是一種叫做橄長(zhǎng)巖的古老巖石，這種巖石表面為乳白色，上面布滿了蜂蜜棕色的礦物質(zhì)。

今年8月，她將加入亞利桑那大學(xué)月球和行星實(shí)驗(yàn)室，把她對(duì)月球巖石的研究經(jīng)驗(yàn)用于保存奧西里斯-雷克斯（OSIRIS-REx）任務(wù)收集的小行星樣本。奧西里斯-雷克斯是NASA首個(gè)小行星采樣返回任務(wù)，預(yù)計(jì)將于2023年完成。

目前，令巴恩斯最興奮的是能夠參與阿波羅樣本分析項(xiàng)目，該項(xiàng)目共有9個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，他們將從不同方面研究阿波羅計(jì)劃帶回的原始巖石樣本。每隔一段時(shí)間，巴恩斯就會(huì)去參加一個(gè)會(huì)議，見(jiàn)到施密特——那個(gè)在月球上采集了巖石樣本的宇航員。

凱瑟琳·喬伊:在南極洲尋找月球隕石

英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的月球科學(xué)家凱瑟琳·喬伊（Katherine Joy）也在研究月球巖石。與巴恩斯不同，她研究的月球碎片不是由宇航員從太空帶回來(lái)的，而是月球遭受小行星撞擊時(shí)從表面飛濺出來(lái)，穿過(guò)太空落到地球上的月球隕石。

喬伊?xí)H自去尋找這些稀有的月球隕石。今年年初，她參加了英國(guó)南極調(diào)查局組織的首次南極隕石搜尋活動(dòng)。喬伊騎著雪地摩托飛馳過(guò)南極廣袤的冰原，在冰面上用儀器搜尋那些看起來(lái)突兀的黑色小巖石。

在4周的時(shí)間里，考察隊(duì)一共發(fā)現(xiàn)了36塊來(lái)自太空的隕石。目前，這些樣本剛剛通過(guò)慢船從南極洲運(yùn)到英國(guó)，喬伊將在本月開(kāi)始分析這些樣本。她希望至少能找到一塊來(lái)自月球的隕石，“我們?cè)?jīng)成功找到過(guò)來(lái)自灶神星的隕石，但我非常想找到一顆月球隕石。”

喬伊也曾研究過(guò)阿波羅宇航員帶回的一些著名的月球巖石。2012年，她在阿波羅16號(hào)執(zhí)行任務(wù)期間收集的月球巖石中發(fā)現(xiàn)了古代小行星的碎片。這一結(jié)果表明，34億多年前原始化學(xué)成分的小行星經(jīng)常撞擊地球和月球。

相比較而言，月球隕石可以幫助喬伊更好地開(kāi)展工作，因?yàn)樗鼈儊?lái)自月球各個(gè)區(qū)域。而阿波羅號(hào)帶回的樣本則都來(lái)自月球近側(cè)一個(gè)化學(xué)成分獨(dú)特的有限區(qū)域。

每一塊月球隕石都是一座潛在的月球信息寶庫(kù)。截至目前，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約145顆月球隕石，并通過(guò)它們了解了月球更多區(qū)域的地質(zhì)情況。今年5月，喬伊及其團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，在2013年南極洲發(fā)現(xiàn)的一塊43億年前的月球隕石中存在證據(jù)表明當(dāng)時(shí)月球上已有火山爆發(fā)。

除了研究月球隕石外，喬伊還是一個(gè)歐洲儀器合作項(xiàng)目中的一員，該儀器將用于俄羅斯計(jì)劃在2023年送至月球南極區(qū)域的“月球27號(hào)”著陸器。她也就行星探索的重要性向英國(guó)政府提出過(guò)建議。

當(dāng)然，喬伊最大的夢(mèng)想還是親自去月球旅行，沿著隕石坑的一側(cè)向下攀爬，探尋月球各個(gè)地質(zhì)層的歷史。

蔡景深：利用偏振光研究月球土壤

蔡景深（Chae Kyung Sim）是一名韓國(guó)月球科學(xué)家。相比于親自去月球旅行，她更喜歡帶著兩個(gè)孩子看天上的月亮。他們會(huì)討論月球的亮度和不斷變化的形狀，以及他們的母親是如何在地球上揭開(kāi)它的眾多謎團(tuán)。

蔡景深對(duì)星空的探索源于一位熱愛(ài)天文學(xué)的童年伙伴。她最初研究的是行星天文學(xué)，關(guān)注木星和土星的大氣層。2014年，在蔡景深獲得韓國(guó)慶熙大學(xué)博士學(xué)位前后，韓國(guó)政府宣布計(jì)劃向月球發(fā)射第一艘宇宙飛船。當(dāng)時(shí)韓國(guó)的月球科學(xué)家非常少，蔡景深和一些韓國(guó)科學(xué)家轉(zhuǎn)而開(kāi)始思考如何為這次任務(wù)提供一些獨(dú)特的科學(xué)方法。

蔡景深的研究領(lǐng)域是太空風(fēng)化，即暴露在嚴(yán)苛的太空環(huán)境中的天體表層所經(jīng)歷的一系列變化過(guò)程。她希望能揭示月球上有多少地表風(fēng)化是由這兩個(gè)過(guò)程造成的。她說(shuō)，研究導(dǎo)致月球表面風(fēng)化的各種因素可以幫助研究人員了解一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)歷史。

在權(quán)威天文期刊《伊卡洛斯》（Icarus）發(fā)表的一篇論文中，蔡景深和她的團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，月球土壤中的鐵元素的含量會(huì)導(dǎo)致它們對(duì)太空風(fēng)化的反應(yīng)不同，了解這些差異可以在探月任務(wù)中選擇更適合讓航天器著陸的土壤類型。

她現(xiàn)在所在的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一款能夠利用偏振光研究月球的相機(jī)。偏振研究可以揭示月球表面的更多細(xì)節(jié)，比如塵埃顆粒的大小，這是月球表面風(fēng)化程度的一個(gè)標(biāo)志。她表示，這款相機(jī)將是有史以來(lái)送到月球上的分辨率最高的偏振儀，并將幫助科學(xué)家更好計(jì)劃未來(lái)的登月任務(wù)。

目前，韓國(guó)即將邁出探月第一步，計(jì)劃在2020年首個(gè)試驗(yàn)型月球探測(cè)器探路者號(hào)（KPLO）。蔡景深希望用探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)來(lái)比較月球和其他無(wú)空氣天體（如水星）的太空風(fēng)化情況。她還期待向世界展示韓國(guó)探月發(fā)現(xiàn)的一切。

她說(shuō)，“作為一個(gè)韓國(guó)人，我對(duì)使用其他國(guó)家的數(shù)據(jù)感到不舒服，因?yàn)檫@些錢是由那個(gè)國(guó)家的納稅人而不是我們的國(guó)家花掉的，我想把韓國(guó)的數(shù)據(jù)分享給其他國(guó)家的科學(xué)家。”

法文哲：分析嫦娥探月工程傳回?cái)?shù)據(jù)

法文哲是中國(guó)自主培養(yǎng)的月球科學(xué)家之一,目前任職于北京大學(xué)遙感與地理信息研究所，致力于分析我國(guó)“嫦娥”探月工程所獲得的數(shù)據(jù)。

他的職業(yè)生涯也受到了中國(guó)登月計(jì)劃的影響。在復(fù)旦大學(xué)攻讀博士學(xué)位時(shí)，法文哲的研究方向是微波輻射計(jì)對(duì)地表特征參數(shù)反演。2007年，中國(guó)準(zhǔn)備發(fā)射第一顆月球軌道飛行器嫦娥一號(hào)。得知自己所在的實(shí)驗(yàn)室會(huì)研究來(lái)自探測(cè)器的數(shù)據(jù)后，法文哲自愿參與了這個(gè)項(xiàng)目，并為中國(guó)本土月球研究做出許多貢獻(xiàn)。根據(jù)嫦娥一號(hào)探月數(shù)據(jù)，他在《伊卡洛斯》上發(fā)表了估算月壤厚度與月表氦-3含量分布的論文。

他還是嫦娥三號(hào)和四號(hào)任務(wù)科學(xué)研究核心團(tuán)隊(duì)成員，通過(guò)嫦娥三號(hào)測(cè)月雷達(dá)數(shù)據(jù)繪制了雨海著陸區(qū)精細(xì)的淺表層結(jié)構(gòu)圖。嫦娥三號(hào)于2013年在月球近地球面最大盆地雨海地區(qū)著陸，通過(guò)攜帶的探地雷達(dá)對(duì)月球地下進(jìn)行了迄今為止最詳細(xì)的測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)月球地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比科學(xué)家們預(yù)想的要復(fù)雜得多。“我們探索月球的次數(shù)越多，我們的疑問(wèn)就越多。” 法文哲稱。

除此之外，他還對(duì)傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出了一些挑戰(zhàn)，比如月球極區(qū)永久陰影區(qū)是否存在大量水冰。美國(guó)月球勘測(cè)軌道飛行器等航天器觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在月球永久陰影區(qū)存在一類撞擊坑，其坑內(nèi)雷達(dá)回波極化比遠(yuǎn)高于坑外。對(duì)此，NASA等太空機(jī)構(gòu)解釋稱，月球極區(qū)存在大量水冰，宇航員可以開(kāi)采這些冰，以支持未來(lái)的月球移民。但法文哲開(kāi)發(fā)了一種解釋觀測(cè)結(jié)果的新模型。他認(rèn)為，這種回波異常是月球表面石塊二次散射的結(jié)果。“可能有水冰，但體積沒(méi)有之前想象的那么大。我的研究結(jié)果對(duì)未來(lái)的探索確實(shí)是一個(gè)挑戰(zhàn)。”

中國(guó)航天局計(jì)劃今年年底前后發(fā)射嫦娥五號(hào)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域軟著陸并將采取2公斤的月球樣本帶回地球。法文哲見(jiàn)過(guò)阿波羅號(hào)宇航員收集的月球巖石，但從未觸摸過(guò)。他終于有機(jī)會(huì)與月球近距離接觸，“有時(shí)候我覺(jué)得自己很幸運(yùn)。”