为了模拟"月球栖息地" 科学家着急要"人造太空土"

2017-07-13 09:26 来源:网易科学人 
2017-07-13 09:26:47来源:网易科学人作者:责任编辑:肖春芳

  出品|网易科学人栏目组

  译者|止水

为了模拟月球栖息地 科学家着急要人造太空土

  詹姆斯·卡彭特(James Carpenter)急需大量的“假冒”月球土。在位于荷兰诺德韦克的欧洲航天局工作的探月专家卡彭特,正在研制一种能寻找月球埋藏冰(buried ice)的钻孔机。他所在的研究团队最近从美国一家商业航天供应商那儿,订购了500公斤的粉状材料用以复制月球表面环境。然而,研究结果却和团队此前的预期情况大相径庭。

  “它们的物理属性和我们的预期是明显不同的。”卡彭特这样说道。

  卡彭特所遇到的这个问题,也是长久以来一直困扰着学界的一个问题,它的核心是人造太空土壤,也被称之为“simulants”:如何能让它们变得又坚固又可靠?

  如今,业内各界又为这一领域的研究注入了一些新的动力。

  就在上个月,NASA从它旗下的8个研究中心中,抽调出了一批科学家,组建起了一支新的科研团队,这个队伍将分析目前那些“人造太空土”的物理属性和它们的可用性。除此之外,在美国弗罗里达州出现了有史以来第一家小行星采矿公司,它目前正在制造最科学、最精准的粉状材料,这些粉状材料能模拟出4种小行星的表面环境。

  目前,这家小行星采矿公司已于6月28日,将它的第二批产品运送给了NASA。

  “NASA正试图在人造太空土领域上演‘西部大开发’。”中佛罗里达大学的行星研究专家菲利普·梅茨格(Philip Metzger)这样评论道。

  这种材料是要模拟覆盖在行星、小行星表面上的尘土和破裂岩体的混合物。工程师们会用这种“人造太空土”去测试像钻孔机和漫游车这样的太空探索技术,并决定宇航员们是否可以将太空尘土放入3D打印机中,或是通过压缩这些太空尘土,来制造一些设备。

  除此之外,科学家们还会用“人造太空土”来探索一些的地质作用,比如岩石在太空环境中会如何受侵蚀而发生变化?

  五花八门的人造太空

  在过去的几十年里,太空探索机构和研究团队会用灰尘和砂砾、沙子和被压碎的砖头,甚至是玻璃珠来制造他们各自的人造太空土,使它们尽可能地接近我们的实际需求。而这也使得人造太空土不断地“开枝散叶”。目前,单是“人造月球土”的种类就已经超过了30种。

  “许多没有地理学或是材料加工背景的人都在研制他们各自的人造太空土,”NASA马歇尔太空飞行中心的地质学家詹妮弗·埃德蒙森(Jennifer Edmunson)这样说道。

  然而,目前没有任何一种人造太空土能够真正复制出行星表面的物理和化学属性。那些能让工程师开漫游车的人造太空土,对月球地质化学的研究工作来说,却是完全无法适用的。

  印第安纳州圣母大学(University of Notre Dame)的月球研究专家克莱夫·尼尔(Clive Neal)表示,研究者们常常会忽视这些限制。

  “我们没有一种能用来判断这种人造太空土可以用来干吗,或是这种人造太空土不可以用来干吗的认证制度,”尼尔这样说道。“如果你拿着一种人造太空土干了一件错事,那么你最终也必定会得到一个错误的结论。”

  在2010年的时候,一群研究月球的科学家联名建议NASA去开发一个数据库,让科研人员可以用这个数据库去比较不同人造太空土的特性,并决定哪种情况下用哪种人造太空土最好。然而,当时的NASA却没钱来支持这样的项目。

  目前,一个新成立的科研团队正在估算开发出一个能覆盖所有人造太空土的数据库的造价是多少。

  “我们有希望能开发出这样的数据仓库,”NASA太阳系探索研究虚拟研究所(Solar System Exploration Research Virtual Institute)的副主管布拉德?贝利(Brad Bailey)这样说道。

  这个数据库将收录小行星采矿公司深空工业(Deep Space Industrie)驻奥兰多分部所研制出的4种新型人造土。

  目前,NASA已经为未来两年订购了5吨深空工业所研制出的这4种人造小行星土,每种人造小行星土都是基于不同级别的碳质球粒陨石(carbonaceous chondrites)所研制出的。碳质球粒陨石被认为是来自小行星的大块碎片。

  人造太空土的秘密配方

  为了研制出合适的小行星土壤,科学家们将许多不同的矿物材料混合到了一起——包括从珠宝供应商那儿采购来的古铜辉石——将它们统统都压缩成砖块大小,然而再将它们统统都碾碎。

  “长期以来,我们所从事的工作就是像是用数千块陨石去撞击坚硬的岩石,”深空工业公司的研发主管史蒂芬·柯维(Stephen Covey)这样说道。

  深空工业公司在今年3月份的时候,向NASA运送了512千克的第一种人造小行星土,并于今年6月份的时候,发货了第二种重达532千克的人造小行星土。

  NASA打算在诸如“OSIRIS-REx计划”这样的太空任务中使用这些人造太空土,OSIRIS-REx是一艘正在飞往一颗小行星的宇宙飞船,它将收集这颗目标小行星上的土壤样本,并将它们带回到地球。

  在欧洲,卡彭特和他的同事们还在寻找他们最理想的人造月球土。然而,他们已经放弃了通过商业渠道来订购这些人造土了。这批科学家计划来在位于德国科隆的欧洲航天局(ESA)的宇航员训练中心里,用700吨人造太空土打造出一个“月球栖息地”,他们希望能在靠近研究总部的地方进行采购。

  目前,卡彭特所在的研究团队已经决定要在埃菲尔地区附近的玄武岩矿区,通过磨碎岩石来自制月球人造土了。

[责任编辑:肖春芳]

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