欧阳自远:为了在月球上留下中国人的脚印
2022-06-24吴志菲
文/吴志菲
中国科学院院士、著名天体化学家和地球化学家,中国“嫦娥工程”一期首席科学家,中国天体化学学科的开创者。1935年11月出生于江西吉安,曾任中国科学院地球化学研究所研究员、国家天文台高级顾问、探月科普营荣誉营长等,现任中国矿物岩石地球化学学会名誉理事长、中国空间科学学会副理事长、国际院士联合体第一主席,系第三世界科学院院士、国际宇航科学院院士。
38万公里,这是从地球到月球的平均距离。这个距离,相对光速30万公里/秒而言只是一瞬即至,可是对人类而言这却是一段遥远的路程。世界登月第一人阿姆斯特朗在月面上踏上他那有着绝对伟大意义的脚步时,他说了一句永恒的话:这是我的一小步,却是人类的一大步。
2007年10月24日18时05分,中国探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心成功升空。此时此刻,作为中国探月之路的“领路人”,欧阳自远院士十分激动:几十年来,他“跳”出地球,站在宇宙更大的空间范围内来研究地球,就是矢志在月球上留下中国人的脚印……
欧阳自远说:“一个国家、一个民族一定要有仰望星空的人,这个民族才有希望。而仰望星空的基础是脚踏实地,认准目标、长期坚持。只有做事踏踏实实,学好真本事,才能以学报国,才能自信地对着浩瀚宇宙说一声:我们的目标是星辰大海!”
把科研视野由“地底”移至“天上”
1969年7月16日上午,巨大的“土星5号”火箭载着“阿波罗11号”飞船从美国肯尼迪角发射场点火升空,开始了人类首次登月的太空飞行。“阿波罗计划”共进行了6次载人登月,先后有12名宇航员踏上月面,进行各类探测,取回381.7千克月球样品,充分展示了人类探索宇宙的巨大能力。欧阳自远指出,阿波罗工程是当时规模最大、耗资最多的工程,在20世纪六七十年代,包括液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导等一大批高科技工业群体的诞生和发展,极大地推动了科学的发展,尤其是高新技术的发展,也促进了整个工业的繁荣。阿波罗工程产生了3000多种技术成果,其中很多成果人们至今仍在应用。2004年,“嫦娥”故乡中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。2007年10月24日,“嫦娥一号”成功发射升空,在轨有效探测16个月;2009年3月成功受控撞月,实现中国自主研制的卫星进入月球轨道并获得全月图。
欧阳自远对月球情有独钟:“我总想知道月球究竟是什么样子,我很想知道桂花树究竟是怎么个形态,我很敬佩吴刚无止境的砍树精神,我愿意探求它为什么不能成为我们地球这样生机勃勃、这样繁茂、这样发展的星球。”
1935年阴历十月初九,江西吉安。欧阳自远的母亲在生他的时候难产,当时欧阳自远的舅父正在旁边屋里念书,正念到“有朋自远方来”的时候,欧阳自远被产钳夹出来了。于是舅父说,这个孩子的出生这么艰难,肯定是来自很远的地方,就叫他“自远”吧。后来他研究的陨石、宇宙尘、月球岩石都来自遥远的太空,欧阳自远说:“这也许真是天缘巧合。”
现在的欧阳自远,在对月球研究甚至更广的星体研究方面,都称得上是权威人物,而在青年时代欧阳自远学的可是地质。新中国成立,革故鼎新,百废俱兴。随着工业化目标的提出,国家需要一大批地质工作者去探索我国地下的矿产资源。1952年,欧阳自远高中毕业,他违背了家中希望他承继医学祖业、将家族企业发扬光大的意愿,毅然决然地报考了北京地质大学,立志“到国家最需要的地方去”。“我父母都是医生,他们希望我长大以后做医生,有比较稳定生活,但我最终还是选择了学地质。当时的自己很豪迈,要把地下的宝藏唤醒,为建设国家服务!”欧阳自远曾师从著名矿床地球化学家涂光炽,进入中国科学院地质研究所攻读博士。读书期间,他常常天未亮就带着一壶水、两个馒头,背着地质袋子,下到矿坑道里近距离观察矿脉与岩层。并在毕业后留任中科院继续科研工作,成为我国新生代的代表性地质学研究者之一。
1957年,苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星。随着美、苏空间争霸战空前激烈,正在攻读矿床学专业研究生的欧阳自远敏锐地认识到,尽管当时的中国还没有能力开展空间探测活动,但了解这方面的进展并开展相关领域的前期研究进行知识与技术储备是极为必要的。考虑到自己的专业范畴,他大胆地向当时的领导、著名科学家侯德封教授提出了自己的看法及建议。
研究生毕业后,他在侯德封教授指导下从事核子地质学的研究工作。欧阳自远学了两个专业,一个是地质学,一个是核物理。这两个专业为他以后的研究立下了“汗马功劳”。他说,地质学与核物理两个专业看似不搭界,但二者一经融会贯通,便交叉产生一门学科,搞地下核试验刚好把这两门专业结合起来。两个完全不同的专业有完全不同的思维方式、工作方法、技术路线等,各有长处,如果能融会贯通,就能发现一个新的领域。许多新的科学理论便来源于这样的边缘交叉学科。就拿地球科学来说,地球科学不仅研究地质、站在地球上研究地球,还要站在月球上研究地球、站在行星上研究地球,还涉及海洋科学、大气科学。欧阳自远语重心长地说:“一个人不一定要精通两门外语,但最好学两门专业,在专业边缘的结合处,恰恰会有新的东西发现。我主张有条件的话,大家都转行,如果一个人有两门扎实的专业知识,我相信他一定非常有出息。要多途径汲取营养,因转行而获益匪浅者,古今中外不乏其例。”
探月工程少不了工程技术家、物理学家、航天学家、天文学家的努力,没有他们就到不了太空,但勘测本身是地质学家的使命。欧阳自远打了个比方:“人类探月就相当于在地球上来到一座荒岛,简单考察一下当地的情况。”他风趣地说:“我不算是真正意义上的‘转行’。你们知道吗,俄罗斯火星和月球探测计划的首席科学家加里莫夫就是我的同行,跟我一样担任过地球化学研究所的所长!”
“孩子他叔叔”和“天外来客”的亲密接触
1964年年初,欧阳自远参与了由周恩来总理部署的地下核试验工程中的“选择地下核试验场并论证地下核试验地质效应综合研究”的任务。当年,欧阳自远受国防科委之托,从地质所挑选了6个人,组成“219”研究小组,开展中国地下核试验场的选取、原子弹试爆选址以及核爆导致的地质变化等多项综合性研究。
作为该研究课题队长的欧阳自远与同事们几乎是在与外界完全隔绝、亲人不知情的工作环境里工作——他的爱人不知道他到哪儿“出差”去了,好几年的春节都在新疆戈壁滩上度过。刚回家那会儿,儿子不认识他,甚至跟妈妈说家里来了位叔叔。“当时要求绝对保密,禁止书信来往。记得有好几年的春节,我都是在戈壁滩上度过的,家里人只知道我到外地去工作,但在哪儿,到底是干什么,他们均不知情。后来家里人隐约猜到了,因为我每次探亲都带回新疆的葡萄干。”
通过对野外地质的详细勘察、实验室的测试分析、显微镜下的细微观察以及理论的精细分析与计算,欧阳自远和同事们提出了我国地下核试验场的地质构造条件、地下核试验过程的实验图像、控制大气和地下水污染的措施和地下核试验的综合地质效应,爆后验证成功。
中国仅有的两次地下核试验,欧阳自远都参加了。参加地下核试验的工作,不仅是欧阳自远生命中一次重大的经历,也为他积累了很多经验,包括对撞击的理解。因为天体的撞击过程跟核爆炸的过程一样,都是高温高压的冲击波。
1976年3月8日下午,世界上规模最大的一次陨石坠落事件——吉林陨石雨事件。吉林陨石雨给中国的广大科技工作者提供了一个展示才华、发挥智慧的极好机遇,也给中国天体化学的形成与发展带来了曙光。正是由于长期对地外天体——陨石、宇宙尘和相关知识的研究与积累,欧阳自远得以被委以重任,组织由全国有关研究单位及高等院校参加的全国性联合科学考察组,对吉林陨石进行了世界上规模最大的、深入而系统的综合性研究,获得了极大的成功,发表了近百篇具有国际先进水平的论文。他在国际上首次提出的“吉林陨石多阶段宇宙线暴露历史”和“吉林陨石形成演化模式”,不但得到了广泛的认同和应用,而且成为目前国际陨石学研究领域的一个经典模式。
欧阳自远以此为契机,把智慧的触角伸向了高空、海底和地层中的宇宙尘,伸向了月球岩石等地外物质,伸向了太阳系各行星、卫星、小天体的国际探测与研究,伸向了地球历史中地外物体撞击并诱发气候和环境灾变与生物灭绝过程的研究领域,伸向了地球原始不均一性的形成与演化对全球构造演化与成矿控制的理论分析等方面。这些自成体系的理论、观点又在欧阳自远心智的浇灌下,构筑出我国天体化学研究的理论框架,并最先创立了中国的天体化学。
欧阳自远给青少年讲解月球知识
“嫦娥之父”与“嫦娥姐姐”结下不解之缘
1992年,中国载人航天工程立项。这让时任中国科学院资源环境科学局局长、中国科学院地球化学所所长的欧阳自远看到了中国在探月领域争得一席之地的希望。几个月后,欧阳自远奋笔疾书,伏案郑重写下了近两万字的报告《我国开展月球探测的必要性与可行性》。后来,坊间给他一个亲和的名字——“嫦娥之父”。
此外,欧阳自远还起草了我国第一份探月计划的发展战略与长期规划,从太空地质情况、航天技术现状到具体登月流程,都进行了极为详细的研究与论证。
在持续努力之后,“863计划”专家组认为欧阳自远的探月科研报告“十分可行”。2001年,中国探月工程的科学目标和有效载荷通过了国家评审;2001—2002年间,国防科工委委托孙家栋院士组织全国各方面力量,对绕月探测工程进行了一年多的综合立项论证,得出的结论认为“科学目标明确、先进,技术能够实现,没有颠覆性的技术问题”。工程由五大系统组成,分别是运载火箭、月球探测卫星、发射场、测控和地面应用。
经过反复论证,国务院于2004年1月24日批准了中国月球探测一期工程——绕月探测工程(也称“嫦娥工程”)项目的立项。次日,国防科学技术工业委员会对外宣布正式启动绕月探测工程。随即,国家成立了由国防科工委、中科院、航天集团等单位领导和专家参加的绕月探测工程领导小组,并正式任命了工程的总指挥、总设计师和首席科学家,即经常被新闻媒体所报道的“嫦娥工程三巨头”。其中,欧阳自远被任命为“嫦娥工程”一期首席科学家。
这些年里,欧阳自远几乎成为一个宣传月球探测的演说家。每到一处总有人问他:“中国的‘嫦娥工程’什么时候能载人登月?”欧阳自远说,“嫦娥工程”经常会被人理解成为登月计划,实际上目前应该是探月计划,是不载人的无人探测,主要是使用机器人对月球进行精细的探测。中国载人登月必须经过对月球进行“绕、落、回”3个阶段的探测,也就是在发射环月卫星探测、月球车在月球表面巡视探测、派机器人探测月球并取回样本加以研究之后,才能实现载人登月的梦想。“无人月球探测”之后,才是“载人登月”和“建立月球基地”,这是嫦娥工程的后两个阶段。
2007年10月24日,中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心成功升空。2010年10月1日,“嫦娥二号”成功发射。2013年12月2日,“嫦娥三号”探测器发射,12月14日实现落月,开展了月面巡视勘察,获得了大量工程和科学数据。2019年1月3日,人类首个在月球背面软着陆的探测器“嫦娥四号”稳稳降落在月球南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑。2020年11月24日,中国在文昌航天发射场,用长征五号遥五运载火箭成功发射“嫦娥五号”探测器。12月1日,“嫦娥五号”探测器成功在月球正面预选着陆区着陆。12月17日,“嫦娥五号”返回器携带月球样品,在内蒙古四子王旗预定区域安全着陆……
“嫦娥一号”的成功升空到“嫦娥五号”的顺利采样,击碎了中国探月工程当年“是否必要”的质疑,欧阳自远的“完全可能”被透彻地诠释。承前启后的“嫦娥五号”,给“绕、落、回”无人探月三步走画了个圆满的句号。
目前,我国能自主承担从运载火箭、卫星研制、探测仪器、测控到对月球信息的处理、样品的分析等全部工作。“中国已经具备登月能力,”欧阳自远一语惊人,“但从实现载人飞行,到载人登月成功,还有很长的路。”在接下来的载人探月中,欧阳自远希望中国能继续走出一条新路。例如,在中国短期内造不出与阿波罗系列的“土星5号”相匹配的重载火箭的情况下,不妨先建立月球空间站,将宇航员先发射到空间站中“换乘”,再降落月面。
阿姆斯特朗是世界登月第一人,杨利伟是中国载人飞船上天的第一位宇航员。那么,中国版的阿姆斯特朗将是谁呢?一个颇具未来性的问题,在欧阳自远看来,肯定会有,中国的载人登月是登月计划中的一部分,但必须在我们对月球探测完以后。为了让中国的阿姆斯特朗登上月球并安全回来,就产生了许多新的课题。“整个载人和回返的过程非常复杂,至少要有两个飞船,一个在月球附近,一个得降落。另外,你还得带好几个大火箭。”欧阳自远指出月球上没有大气,不能用降落伞降落,火箭便派上了用场——用火箭反推使宇航员降落。
“宇航员的宇航服也有特殊要求。”在欧阳自远看来,月球是超高真空,而且温差极大,正130摄氏度、负130摄氏度的巨差,在月球上极为正常。另外,宇航员返回地球也是一大考验。这时还需要借助火箭之力离开月球表面,跟待在外面等候的飞船交会对接。这些都是让中国的阿姆斯特朗诞生的必备条件。
地球是我们的摇篮,人类就是地球的守护神。这是欧阳自远经常挂在嘴边的话。“第一个门槛是月球,探月也是从另一视角来保护我们的地球。”欧阳自远说。
人类将在月球兴建实验工厂、农场等,实现月球“地球村”的自给自足,并逐步建立起“月球城市”。欧阳自远指出,在“月球城市”中,人类有可能建立全球性、并联式的太阳能发电厂,并通过传输为地球提供长期、稳固的能源。同时,人类还将从月壤和月岩中提取金属、氧、气体资源甚至水,利用月球上的弱重力、高真空和超纯净等条件,研制和生产出地球上极难获得的新型材料。
在欧阳自远看来,现在国际上对太阳系探测非常热闹,已经掀起了新一轮太空探索热,其中主要的探测对象是月球和火星。而中国也在加入这个大军。2016年1月11日,中国正式批复首次火星探测任务,中国火星探测任务正式立项。2020年4月,中国行星探测任务被命名为“天问系列”,首次火星探测任务被命名为“天问一号”。7月23日,长征五号遥四运载火箭托举着承担我国首次火星探测任务的“天问一号”探测器在文昌航天发射场点火升空。2021年3月4日,国家航天局发布3幅由“天问一号”探测器拍摄的高清火星影像图,包括2幅黑白图像和1幅彩色图像……中国对火星的探测正在有条不紊地进行。
欧阳自远原本可以安享晚年,但是面对国家赋予他的神圣使命,他又投入了自己全部身心,每天只睡五六个小时——早上6点起床,晚上12点以后才肯就寝。他已经没有多少业余爱好,唯一的体育运动就是被他的夫人邓筱兰“盛情邀请”出去散步。欧阳自远把“其他的星球”称作“我们的兄弟姐妹”。“从情感上,我希望有外星人,在茫茫宇宙中,如果只有地球上有人类,那么我们太孤单了。从理论上说,也可能有外星人,因为在我们的太阳系中,地球上就生活着60多亿人,在银河系中有几十亿个这样的太阳系,何况更大的宇宙呢,所以外星人存在的可能性很大。”
“到月球上去,是中国人的一个梦,也是全人类的一个梦。”同时,他强调,“深空探测,探月只是一个起点,我们的目光已朝向更广阔的太阳系空间。”欧阳自远说,“嫦娥五号”成功“挖土”归来,让中国未来更有底气去火星、小行星等地外天体探测与采样返回,更有信心去探索太阳系的星辰大海。在欧阳自远眼中,中国的地外探索事业里,“月球是起点,火星是重点,小行星是亮点,而星际穿越才是终极目标”。
2014年11月,国际小行星命名委员会将一颗由国家天文台发现并获得国际永久编号的第8919号小行星正式命名为“欧阳自远星”,以表彰欧阳自远对中国月球探测事业所作出的杰出贡献。
西昌卫星发射中心