独行月球，不用那么辛苦

徐蒙

小行星防御计划

同学们，电影《独行月球》看了吗？电影的背景设定，开始于一颗叫作π 的小行星。某一天，人们发现这颗小行星要撞向地球了！人类又到了生死存亡的时刻……

其实，在2023 年的今天来看，这个设定倒也不算新奇。我们的地球确实随时可能面临小行星或者彗星从天而降的袭击，只不过那些较大质量的小行星和彗星撞上地球的概率并不高。

按天文学家们的估算：直径10 千米级的小行星（也可能是彗星）撞击地球的事件平均每1亿～ 2 亿年才会发生一次。6600 万年前那颗撞击地球并可能导致恐龙灭绝的小行星，就属于这个尺寸。这说明了一个好消息，一个坏消息。

好消息是：地球在6600 万年前完成了一次抗压实验——被这么大的小行星撞了之后，地球还在，而且恢复得还挺好。壞消息是：那次剧烈撞击影响了当时整个地球的大气和生态环境，进而引起了地球上第五次生物大灭绝事件，史称“白垩纪末大灭绝”——如果那时候文明发展到我们今天的样子，很可能也扛不住。幸好，那时候人类还没诞生。

然而，个头不大的小行星撞上地球的概率还是很高的。直径140米以上小行星的撞击，虽然对地球来说只是下场“毛毛雨”，但是如果不巧落在了人口密集的地方，则完全有能力毁灭一座城市，引起大量人员伤亡——而这个尺寸的小行星，平均每2万年就有可能光顾地球一次。从概率上说，我们着实无法忽略它的存在。

总之，如果我们考虑的时间尺度足够长，人类完全有可能像电影里那样，遇到一颗具有足够破坏性的小行星来袭。

电影里的人们应对小行星撞击的方式其实也很“常规”——把小行星击碎。他们提出了一个“月盾计划”，企图在月球上发射核弹来摧毁来袭的小行星，月球还能帮地球挡下这些小行星碎片。

然而在现实世界，我们人类的科技还没达到能利用核武器或者其他武器把小行星击碎的水平，但我们已经开始尝试开展“低配版”撞击小行星的计划了。

2021年11月24日，首个行星防御任务——NASA的双小行星重定向测试（DART）搭乘Space X猎鹰9号火箭发射升空。这枚探测器于2022年9月27日以超过6.2千米/秒的速度主动撞击了一颗直径约160米的近地小行星迪莫弗斯（Dimorphos）。人们想看看光靠物理撞击，能把小行星撞偏多少，能否把小行星撞碎。

我国也正着手组建近地小行星防御系统，验证通过撞击改变小行星轨道的技术，为人类未来真正应对小行星等地外天体对地球家园的威胁做出我们的贡献。

寻找回家的交通工具

在电影中，想从月球返回地球，男主角独孤月需要做出一架具备起飞功能的交通工具。独孤月没有现成的大火箭可用了，只能退而求其次，借用前人留在月球上的登月舱。

在1969 至1972 年间，NASA 接连将阿波罗11、12、14、15、16、17 号六艘载人飞船的登月舱送上月球，并在航天员们完成月面探测和实验之后把他们平安带回了地球。当时在月面留下的各种设备（月面实验装置、着陆器等）至今仍可以在高分辨率的月面照片中看到。不过，这些已经完成返回使命的登月舱遗留设备都很难复用了。于是，电影中采用了阿波罗18 号。

在现实世界里，阿波罗17 号之后，NASA 取消了后续计划的阿波罗18、19、20 号登月任务，所以阿波罗18 号从来不曾去过月球。而在电影开启的“平行宇宙”里，阿波罗18 号去了月球，但是未能返回，于是就留下了一套完好的登月舱设备。

在电影设定中，由于阿波罗18 号年久失修，发动机已经不能用了，所以独孤月只能去找“宇宙之锤”的发动机来换上，于是就有了之后千里奔袭前往长存湖的剧情，也有了独孤月提到的“要把不同时代的东西攒到一起”的难题。总之，这部分情节在细节上虽然不可避免有很多难以实现的问题，但大体思路上是说得通的。

月盾计划的基地在哪里

电影中使用的地名大多是月球上真实存在的，例如广寒宫、长存湖、丰富海、柯林斯陨石坑。再参考电影中给出的路线图，月盾计划基地的位置其实也就很容易推测：在阿波罗11 号着陆点——静海基地附近。这里靠近赤道，阳光充足，月海中地形平坦，月球正面和地球的通信条件也更佳，这些都是建立月球基地的优势。

在此基础上，电影里有两个细节的设置就很合理：一是柯林斯陨石坑就在阿波罗11 号着陆点附近，距离不到20 千米，从这里调电子狗过来接应是有可能的；二是独孤月在基地附近确实有机会弄坏阿波罗11 号宇航员留下的脚印，因为真的足够近。

41天的环月逐日计划，可行吗

既然地名都是真的，那我们就有了从现实层面探讨逐日计划的可能性。按电影的讲述，去长存湖拖回宇宙之锤的致命难题在于：第一，从月盾基地去长存湖往返路程超过8000 千米；第二，独孤月的月球车只能靠太阳能行驶，而在一个月昼（约14.5 个地球日）期间，月球车最多只能行驶6500 千米。这就有了“有去无回”的困境。

日照的约束是真实存在的。我们可以模拟14.5 天里月球正面光照的变化，假设独孤月在月球基地见到第一缕晨光时出发，要想不冻死在路上，他确实得在大约14.5 天里完成往返路程——但月球车的车速实在有限。为了解决这个困难，电影里给出了一个极富创造性的方案：背道而驰！

是在見到第一缕晨光时出发，向背离长存湖的方向行驶，只要在绕月一周回到月盾基地前始终在昏线前面，就不会被寒冷的月夜赶上。这个方案能够成立的前提是：这里是月球，月球特别小，半径只有约1737 千米；月球自转还特别慢，一个昼夜（朔望月）需要大约29 个地球日。两个因素加起来，晨/ 昏线每天仅仅移动约376 千米，这对月球车速的要求就低了很多。只要追着晨线走，独孤月就不会一下子落后太多。独孤月日夜兼程追逐太阳的旅程，洋溢着儒勒·凡尔纳《环游地球80 天》那样昂扬的浪漫主义味道，唯一的问题是——数据稍稍有点儿出入。

按电影里的计算，反向绕月的行程需要41 天能完成。极限操作是在月球基地见到第一缕晨光时反向出发，在下一个朔望周期的昏线抵达月球基地前回到原点——简单来说，就是晨/ 昏线移动1.5 个月球周期。月球的朔望周期平均是29.53 天，那独孤月完成环月回到月盾基地的时限是大约44 天，比41 天还要宽裕一点点，即使途中耽搁了一两天，赶赶路应该问题不大。41 天可能是剧组按28 天的朔望周期计算的，不过这是个小问题，基本思路没有问题。

可是，最初需要背道而驰的原因不是月球车的速度不够快吗？如果月球车在14.5 天里最多只能行驶6500 千米，那就是每天可以行驶大约450 千米。月盾基地到长存湖的实际直线距离只有1200 千米啊，那之前的往返超过8000 千米是怎么来的呢？当然，月球不是一马平川，虽然盆地内部大体是相当平坦的，但是从一个盆地穿过环形山边缘到另一个盆地里去肯定不能按直线距离算，不过就算绕绕路，单程肯定也不超过2000 千米，往返不超过4000 千米。即使速度也降一点儿，比如每天行驶350 千米，那么行驶4000 千米只需要……11.5 天！在14.5 天里正向往返长存湖，压力好像也并不大嘛！

从科学的角度来看这部电影，能感受到许多问题并不是剧组人员没有意识到（例如月面的低重力问题），而是在成本和故事性、科学性和艺术性之间做了取舍。相比于《独行月球》的原著漫画，电影里增加了组装登月舱、41 天环游月球这些原创情节，显然是希望能用更多“符合科学”的方式推进剧情。带着科学的审视态度来看《独行月球》这部电影，不仅能令你感到愉悦，更能让你收获发现问题、解决问题的乐趣。