甘紅
地球上,塵埃就像空氣一樣無處不在。久未清理的桌面上,靜止的塵埃;射入房間的光路中,擾動的塵埃;汽車行駛過后空氣中,飛揚的塵埃。除了這些看得見的塵埃,還有看不見的塵埃。比如,我們耳熟能詳的PM2.5,能夠吸附各種病毒細菌,并通過呼吸系統進入人體內部,危害人體健康。
不僅僅是地球,宇宙中也存在無盡的塵埃。比如,未聚集成星體的宇宙塵埃,可與星際空間的氣體結合成絢麗多彩的云霧狀天體,我們將之形象地稱為“星云”。又如,太陽系內的“沙漠行星”火星,火星塵暴可持續三個多月,從地球上望去,就像一個暗紅色的燈籠。月球,是距離地球最近的天體。月球上,萬籟俱靜,了無生機,但上個世紀中葉,美國勘測者和阿波羅等系列任務均拍攝到了月球地平輝光(圖1)。月球表面為超高真空環境,陽光直射月表,沒有光的反射、折射,看不到藍天,也不可能有類似朝霞或晚霞的自然現象。研究證實,這種地平輝光是由于靜電懸浮的塵埃散射太陽光而形成。
不同于地球土壤的形成,在月表缺乏空氣、水、生命活動的條件下,月球土壤主要通過隕石和微隕石撞擊、宇宙射線和太陽風粒子轟擊、大幅度晝夜溫差導致巖石熱脹冷縮破碎三種過程共同作用而形成。其中,細粒的部分,我們稱為“月塵”。月塵的粒度分布范圍很廣,通常在納米至微米級別。這些細小的塵埃在月面靜電場排斥、(微)隕石轟擊、探測器著陸、月球車行走等自然因素或人為因素作用下發生遷移,給人類月球探測任務帶來了嚴重威脅。
阿波羅16宇航員約翰·揚認為,月塵是人類重返月球過程中的頭號問題。阿波羅17宇航員尤金·塞爾南也曾說,“我認為月塵是我們在月球上的最大障礙之一,我們能夠克服其他生理、物理和機械的問題,但是難以克服月塵帶來的問題”。盡管宇航員返艙之前已經盡力清除了月塵,但仍有大量的塵埃進入登月艙,漂浮于艙內,散發出一種特殊的刺鼻性味道,類似于火藥味。宇航員脫下頭盔后,這些漂浮的塵埃導致他們眼睛、喉嚨和肺部刺痛,出現了咳嗽、打噴嚏癥狀,部分宇航員甚至出現了過敏反應,體內嗜曙紅細胞和嗜堿血細胞增加。科學家曾利用小老鼠開展了月塵毒性評估實驗,樣品為阿波羅16月壤樣品中分離的月塵,實驗證實月塵的毒性強于TiO2,而弱于SiO2。
登月艙外,月塵帶來的問題不勝枚舉,主要有:(1)視覺阻礙:登月艙著陸過程中,塵埃彌漫,月面能見度特別糟糕。阿波羅12著陸時登月艙的一只腳還因此落入一個小的撞擊坑內。(2)污染表面:塵埃很容易粘附到各種表面,比如宇航服、光學鏡頭等。阿波羅12宇航員不得不多次清潔攝像機鏡頭。(3)部件磨損:月塵具有很強的磨蝕性。阿波羅16任務中氧氣表表面被月塵磨損而影響讀數;阿波羅17宇航員哈里森?斯密特的頭盔面罩被塵埃刮花,不能多個方向觀察。(4)機構卡死:塵埃易堵塞孔洞縫隙,導致月球車運動系統發生故障,或使宇航服的拉鏈、關節處發生卡死等。阿波羅11任務中傳送照相設備時,傳送帶阻塞;阿波羅12任務中,取樣器鏟和取樣器卡死,難以分離。(5)散熱性能退化:塵埃附著在散熱器表面,導致散熱性能下降,嚴重時設備靈敏度下降。阿波羅16月球車在向11/12號目的地行進過程中由于電池板溫度過高甚至發生報警。(6)密封失效:月塵像碳粉一樣粘附在宇航服上,關節和手套口等位置反復摩擦破損,導致宇航服發生漏氣。阿波羅12宇航員皮特?康拉德的宇航服在第二次月面活動后氣壓漏損率達到0.25 psi/min,非常接近宇航服安全極限,差點威脅宇航員的生命安全。
干燥的月球,彌漫的塵埃,對未來的月面作業有強的破壞作用,甚至威脅著宇航員的生命健康,未來人類重返月球還得多備幾把厲害的“雞毛撣子”!