地理冷知识——月球

摘要：在神秘的宇宙苍穹中，月球如同悬挂于夜空的明珠，吸引了无数人的目光，这颗地球的忠实搭档，藏着无数奥秘：它如何影响潮汐，表面为何坑洼遍布？而这一切，不仅关乎自然界的法则，更与人类社会的节律息息相关。中国国家地理大讲堂《月色之下》线下专场中，三位嘉宾分享了一场关于探

在神秘的宇宙苍穹中，月球如同悬挂于夜空的明珠，吸引了无数人的目光，这颗地球的忠实搭档，藏着无数奥秘：它如何影响潮汐，表面为何坑洼遍布？而这一切，不仅关乎自然界的法则，更与人类社会的节律息息相关。中国国家地理大讲堂《月色之下》线下专场中，三位嘉宾分享了一场关于探月、月球生态与天文摄影的演讲。张金海，这位深耕月球探测领域的资深研究员，以严谨的科学态度和精湛的技术，为人类揭开了月球内部结构的一角；谢更新，在月球上播撒生命的种子，见证了月球上第一片绿叶的诞生，书写了生命探索的传奇；于海童，这位浪漫的天文摄影师，用镜头捕捉月亮的轨迹，赋予了天文摄影无尽的美学价值。他们三人，以不同的方式，共同诠释了人类对月球的无限遐想与不懈探索，让这轮明月更加璀璨夺目，照亮着人类探索宇宙的梦想之路。

从肉眼观察到深空探索

月球作为地球最近的邻居，自古以来便承载着人类无尽的遐想与探索的欲望。从古人的举头望月到现代科学的深空探测，人类对月球的认知不断深化。随着科技的日新月异，人类不再满足于遥远的凝视，而是渴望亲身踏足那片土地，揭开其深藏的奥秘。月球，这个拥有光滑正面与崎岖背面的二元结构天体，以其独特的魅力，引领着人类探索的脚步不断向前。

月球表面的图案，在古人的眼中，化作了一只残疾的兔子和一只癞蛤蟆的对话，这样的想象充满了童趣与浪漫。月相的变化，更是古人观察时间、指导农耕的重要依据，从月初的纤细月牙，到中秋的圆满明月，月球以其独特的节奏，伴随着人类的生息繁衍。

月背，这片从未被人类直接踏足的未知领域，其坑坑洼洼的地貌，仿佛是大自然用亿万年时间雕琢的艺术品，记录着月球乃至太阳系早期的沧桑巨变。科学家们深知，要解开月背之谜，仅凭望远镜的观测远远不够，必须近距离、深入地探索其内部结构与物质组成。于是，雷达探测技术应运而生，成为窥探月球深处秘密的“透视眼”。

在这一场探索月球的壮丽征程中，中国的探月工程无疑书写了浓墨重彩的一笔。嫦娥系列探测器的相继发射，不仅展示了中国航天事业的飞速发展，更为全人类对月球的认知贡献了宝贵的科学数据。其中，嫦娥三号与嫦娥四号探测器更是实现了中国航天史上的重大突破。

中国科学院地质与地球物理研究所研究员张金海作为骨干成员参与了我国探月工程和首次火星探测任务，完成了嫦娥三号、嫦娥四号和天问一号巡视雷达探测的数据处理和成像工作。嫦娥三号，作为中国首个实现月面软着陆的无人探测器，于2013年成功降落于月球正面的虹湾地区。它携带的巡视雷达深入月表之下，探测到了月球浅层的地质结构，为人类提供了关于月球内部构造的宝贵线索，而嫦娥四号更是迈出了历史性的一步，在冯卡门陨石坑着陆，并部署了玉兔二号月球车对南极-艾特肯盆地进行探测。

张金海深耕月球探测领域多年，对月球的地质结构、物质成分以及演化历史有着深刻的理解。他带领团队，利用嫦娥系列探测器传回的数据，对月球内部结构进行了细致入微的分析，特别是针对月背复杂地貌的形成机制，提出了诸多创新性的见解。

在张金海研究员的眼中，每一组数据都蕴含着月球历史的秘密，每一条雷达探测的波形都可能是解开月球演化之谜的关键。他常说：“月球不仅是地球的邻居，更是我们理解太阳系早期历史的重要窗口。”正是这份对科学的执着与热爱，让他和他的团队能够在浩瀚的数据海洋中，捕捉到那些转瞬即逝的灵感火花，推动人类对月球的认知不断向前迈进。

月球只是人类深空探索的起点。未来，人类将目光投向更远的星辰大海，探索火星、金星等类地行星，甚至寻找适合人类居住的外星世界。然而，这一路上充满了挑战与未知。月球背面的信号传输难题、火星极端环境的适应问题、以及长途飞行对人体的影响等，都需要科学家们不断攻克。但正是这些挑战，激发了人类不断前行的动力。正如马丁·路德金所言：“人因梦想而伟大，因筑梦而踏实。”人类的航天梦，正是建立在无数科学家和工程师的辛勤付出与不懈追求之上。他们用自己的智慧和汗水，为人类探索宇宙的梦想铺就了一条坚实的道路。

中国国家地理大讲堂第743位讲师张金海 中国科学院地质与地球物理研究所研究员中国科学院地质与地球物理研究所研究员，研究方向为行星内部结构探测。作为骨干成员参与我国探月工程和首次火星探测任务，完成了嫦娥三号、嫦娥四号和天问一号巡视雷达探测的数据处理和成像工作。以第一/通讯作者在Nature、NSR、PNAS和Nature Astronomy等期刊上发表论文50余篇，相关成果入选2022年度“中国科学十大进展”。主持基金委“嫦娥四号巡视雷达成像”专项基金和杰出青年基金，负责嫦娥七号月震仪研制任务。曾获中国地球物理学会“傅承义青年科技奖”、中国科学院“院长优秀奖”和“青年创新促进会优秀会员”等称号。

月球上的第一片绿叶

月球，这个距离地球38万公里的神秘天体，以其独特的地理环境和极端的气候条件，成为了科学家研究的热点。月球表面的温度变化极大，白天可高达130度以上，夜晚则降至零下200多度，且没有大气层的保护，直接暴露在宇宙辐射之下。这样的环境对于任何生物来说都是极端恶劣的，正是这样的挑战激发了科学家们的探索精神。中国的探月工程自2004年启动以来，经历了从绕月探测、落月探测到采样返回的多个阶段。嫦娥系列探测器的成功发射，标志着中国在月球探测领域取得了重大进展。其中，嫦娥五号、嫦娥六号更是实现了月球样品的采集和返回，为科学研究提供了宝贵的样本。

在嫦娥系列探测器的成功基础上，科学家们萌生了一个大胆的想法——在月球上培育生物。这个想法听起来像是科幻电影中的情节，但谢更新和他的团队却用实际行动将其变为了现实。面对极端环境的的挑战，谢更新团队需要解决的首要问题就是如何控制实验环境的温度。他们精心设计了密封的生态系统“罐子”，通过复杂的温控系统，确保实验内部温度始终保持在适宜的范围内。

生物试验载荷总设计师谢更新和生态系统“罐子”

除了温度，月球的辐射和微重力环境也是巨大的挑战。月球没有大气层的保护，宇宙射线直接照射到月球表面，对生物体构成严重威胁。同时，月球的重力只有地球的六分之一，这会影响植物的生长和动物的生存。谢更新团队通过深入研究和反复实验，筛选了上百种生物物种，最终挑选了马铃薯、油菜、棉花、拟南芥、酵母菌和果蝇这六种生物参与本次的月球生物科普试验载荷项目。

实验过程中的困难远不止于此，在准备阶段，谢更新团队就面临着资金、技术和人力资源的紧张。他们不仅要与时间赛跑，还要在有限的资源下做出最优的选择。在生物静置休眠、“旅途”颠簸、放水控制、密封控制、月面采光和100%湿度拍照这六大难题下，谢更新团队用了不到9天的时间，让种子在月球上生根、发芽。

2019年1月3日，科研人员通过远程指令，向罐子内注入了18克水。这薄薄的一层水，仿佛生命的甘露，滋润了沉睡的种子。2019年1月4日，当科研人员查看监控画面时，他们惊喜地发现，罐内出现了一抹绿色。虽然起初有人认为这只是种子的霉变，但随着时间的推移，这片绿色逐渐扩大，长成了真正的叶子。2019年1月7日，当月球上的小棉花终于展现出勃勃生机时，全球科研界为之轰动，生命之芽在月球表面绽放。

2019年1月12日20点，随嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷传回最后一张试验照片，显示载荷内生长出的植物嫩芽长势良好。

月球上第一片绿叶的诞生，不仅证明了生物在月球极端环境下生存的可能性，更为未来的月球基地建设提供了重要的科学依据。科学家们通过这个实验，了解了月球环境对生物生长的影响，以及如何在月球上构建适合生物生存的生态系统。这对于未来人类登陆月球、建立月球基地、实现长期驻留具有重大意义。它让我们看到了科学的魅力和力量，也让我们对未来充满了希望和期待。就像谢更新老师在演讲中引用黑格尔的话“一个民族要有一些关注天空的人，他们才有希望；一个民族只关注脚下的事情，他必定没有未来。”愿我们都能仰望星空，脚踏实地，共同书写人类探索宇宙的壮丽篇章。

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以下视频来源于中国国家地理探索，时长51:09

中国国家地理大讲堂第744位讲师

谢更新 探月工程嫦娥四号生物科普载荷总设计师教育部深空探测联合研究中心常务副主任，重庆大学先进技术院院长，重庆大学空间科学研究院院长。我国探月工程嫦娥四号生物科普载荷总设计师。获国家国防科工局探月三期关键技术先进个人，带领团队开展地外星球受控生态系统研究，2019年在月球背面开展首个微型生态系统系统试验，其成果被国际顶级学术期刊Nature、Science等评价为月球上人类第一片绿叶，获人社部、国防科工局等六部委联合表彰“探月工程嫦娥四号任务突出贡献者”荣誉称号。先后主持国家项目10余项，获教育部自然奖一等奖1项，教育部科技发明一等奖1项，国家科技进步二等奖1项，发表论文60余篇，获国家专利20余项，专著6部。

月光照耀的旅程

月亮，是围绕地球旋转的唯一天然卫星，人们为月亮之美而乐此不疲，即便远隔万里，也会寄予情思。而天文摄影则必少不了月球掠影，摄影师用镜头捕捉其瑰丽宏伟。清华大学工科博士于海童也是一位天文摄影爱好者，他会在闲暇之际拍摄星空。起初，他不但没有爱上拍摄月亮，反倒是“深恶痛绝”，这是为什么呢？

中国有句诗叫做“月明星稀”，也就是说满月升起的夜空明亮至极，仅能看到几颗寂寥的星。换句话说，月亮的盛装出席反而让星空拍摄的难度加大，倘若是真的尝试拍摄星空、银河、星云，不妨选择一个没有月亮的夜晚。2018年的冬天，于海童在华北地区记录了一次月全食。当时，一轮满月升上夜空，但逐渐被地球的影子遮蔽，变成了一个小小的红点，随即剩下繁星闪烁，且持续了一段时间。之后，月光重现，天空又变得像白天一样。上述拍摄的所有照片可以合成一张图片序列，也就是一张跨度三小时的月光与星空的轨迹。不仅如此，这张照片还登上了NASA的每日天文一图。从此，于海童不再“厌恶”夜空中的月亮，反而是感受到了其迷人之处。

随着生活的节奏加快，大众眼里印象深刻的天体，其实就是一轮轮月亮，于海童也不例外。在深圳工作的他准备了一个拍摄主题——“深圳的月亮”，即不同月相下城市的天空，其间，他充分了解关于月相、关于月亮与大气现象、关于月亮与天象之间的知识。

2016年5月，于海童和同学们在内蒙古库布齐沙漠拍摄星空，一行人等到凌晨三四点拍摄“银河之眼”——也就是银河与地平线之间，有一个像眼睛般的残月图案。2023年4月，于海童在澳大利亚的西北角Exmouse目睹了一次日全食，同全世界的日食爱好者一般，他也沉浸其中，日食发生时，天空突然变暗，他的左边和右边同时涌起黄昏与暮色，整个地面浸润在此般光线中，简直不可思议。同样是在澳大利亚，于海童拍摄到袋鼠守望月亮的照片，片刻后，他看到两只袋鼠回头，就像是跟自己玩木头人游戏，呆呆地立着，而此时，满月正高悬在塔斯曼海之上。