50年前的今天，月球上的24个小时 ::上海资讯网 so.sh.cn

　　50年前的今天，美东时间7月20日13时17分39秒，无数人聚集在电视机前，忐忑不安地等待着。

　　这是阿波罗11号飞船上的第5天，自发射起，它已经飞行了100个小时12分钟。

　　在一天前进入环月球轨道之后，此时的阿波罗飞船正在第13圈环绕月球，两名宇航员——尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林——也已经进入登月舱中等待，另一名宇航员迈克尔·柯林斯将在此后的20多个小时里一直独自停留在指令舱中接应。

阿波罗11号的三位宇航员：尼尔·阿姆斯特朗、迈克尔·柯林斯和巴兹·奥尔德林。来源：NASA

　　而远隔了半个地球的中国大陆上，此时正是北京时间1969年7月21日凌晨1时44分0秒。

来源：纪录片《阿波罗11号》

　　阿波罗载人飞船由三个部分组成：指令舱、服务舱和登月舱（LM），而在最终抵达地球之前，指令舱和服务舱始终连接在一起，合称为指令&服务舱（CSM）。

阿波罗11号飞船的结构。改编自：维基

　　阿波罗11号的登月舱叫做“鹰号”，指令舱叫做“哥伦比亚号”。

　　实际登月的时候，只有登月舱会降落到月球表面，而指令&服务舱会一直停留在月球轨道上。

　　北京时间7月21日凌晨3时8分14秒（美东时间7月20日15时8分14秒），登月舱（LM）点火进入下降轨道。

　　这是一个近月点距离月球表面15.7公里、远月点距离月球表面105.9公里的大椭圆轨道，也是2个月前的阿波罗10号曾经“彩排”过的轨道。

　　2个月前，阿波罗10号的两位宇航员斯塔福德和塞尔南驾驶登月舱“史努比”与指令舱“查理·布朗”中的宇航员杨，联合测试了除了登陆月表以外的所有项目。

　　此时的阿波罗11号登月舱正位于月球的背面，与地球的信号处于中断状态。宇航员们将利用这段时间调整下降参数和姿态，等待飞回月球正面的时刻。

　　北京时间7月21日凌晨4时5分5秒（美东时间7月20日16时5分5秒），登月舱开始动力下降。

来源：纪录片《阿波罗11号》

　　北京时间7月21日凌晨4时17分39秒（美东时间7月20日16时17分39秒），经过12分多钟的动力下降，阿波罗11号登月舱“鹰号”终于带着两名宇航员成功着陆在远在地球38万公里之外的月球表面——月球正面的静海基地。

底图：LROC，制图：haibaraemily

　　‘Houston， Tranquility base here。 The Eagle has landed。（休斯顿，这里是静海基地。鹰号已着陆。）’

　　而收到宇航员们报平安的消息之后，地面站的工程师们回复道：‘谢谢你们！我们终于可以正常呼吸了！’

来源：纪录片《阿波罗11号》

　　从1957年提出C-1火箭（也就是后来的土星一号），到1967年土星五号AS-501飞行测试的成功，为了能够制造出足够把人类送上月球的强大运载火箭，美国在与时间（以及苏联）赛跑的过程中经历了无数失败，还失去了阿波罗1号三名宇航员宝贵的生命；

　　徘徊者号系列任务、勘测者号系列任务、月球轨道器系列任务、水星计划、双子星计划…为了能为登月做好充分的准备工作，美国人尽一切努力了解月球、培训宇航员。

　　即使在阿波罗11号随着土星五号火箭成功发射，成功抵达月球轨道之后，行百里者半九十，着陆的时刻会发生什么，谁也不知道。

　　就这样，无数地球上的人们和两名宇航员一起，经历了惊心动魄的12分钟降落时光：

　　但最终，在经验丰富的指令长尼尔·阿姆斯特朗的冷静（？）操作之下，鹰号在仅剩的一点燃料下安全着陆月面。

　　至于阿姆斯特朗童鞋实际上有多紧张，阿波罗飞船上的心率测量出卖了他——着陆月表的时刻，阿姆斯特朗的心率飙升到了156。

来源：纪录片《阿波罗11号》

　　北京时间7月21日上午10时51分16秒（美东时间7月20日22时51分16秒），着陆6个半小时之后，尼尔·阿姆斯特朗走出登月舱，开始走下梯子。

　　一看这渣画质就知道是阿波罗着陆腿上的相机拍摄的…虽然有一部分影像在2009年做了做了后期修复重建。来源：NASA

　　20分钟后，北京时间7月21日上午11时11分57秒，第二名人类——巴兹·奥尔德林也走出了登月舱。

　　事实上，如今的我们常看到的阿波罗11号宇航员出舱的高清照片，绝大多数都不是登月第一人阿姆斯特朗，而是第二人奥尔德林——因为这是先下来的阿姆斯特朗为奥尔德林拍摄的。

奥尔德林走下梯子，埃姆斯特朗的相机真的是清楚多了。来源：AS11-40-5866

　　再然后，他们在全世界的注视下竖起了美国国旗，与白宫的总统对话…在大多数阿波罗11号的介绍里，故事到了这里，差不多就已经结束了。即使是在《登月第一人》这样的电影里，阿姆斯特朗登上月球，欣赏了一会儿景色，然后镜头一转，就动身回地球了。

　　活着踏上月球表面，似乎已经是整个阿波罗11号任务的成功，之后发生了什么？反正我们都知道他们也都活着回来了…

　　然而，作为人类第一次月面科学考察，两名宇航员的工作才刚刚开始。

　　事实上，早在奥尔德林还没有出舱的20分钟里，阿姆斯特朗就已经高效地完成了一波月面初步考察：安装了相机、对月表进行拍照，以及展开了第1次月球样本采集（Contingency Sample）。

阿姆斯特朗第一次月面采样。来源：阿波罗着陆腿上的相机拍摄

　　这种看着像打高尔夫球似的动作，其实是宇航员在“捞”样品。

第一次月面采样发生于北京时间上午11时5分58秒-9分8秒这三分多钟里，阿姆斯特朗共采集了约1公斤月球样品装入塑料袋中。来源：NASA

　　而奥尔德林的加入，让接下来的探测变得更加紧张有序。

　　太阳一直在向外释放高能带电粒子，也就是“太阳风”。幸运的是，地球的磁场能够屏蔽绝大部分太阳风（除了极区），保护了地球的大气，也保护了地球上的生命。而几乎没有磁场和大气层的月球就不一样了，太阳风可以长驱直入，直接轰击月球的表面。

　　为了探测太阳风的成分，奥尔德林开展了太阳风成分实验。

　　北京时间7月21日上午11时35分20秒（美东时间7月20日23时35分20秒），奥尔德林开始在距离登月舱约6米外的地方立起一面“旗子”——一块1.4×0.3米的铝箔板。这块铝箔板将在月球上停留77分钟，把打上去的太阳风粒子收集起来，然后由宇航员拆下来带回地球。

（左）奥尔德林安置的铝箔板；（右）太阳风成分实验示意图。来源：NASA

　　事实上，除了阿波罗11号，此后的阿波罗12号、14号、15号和16号也开展了相似的太阳风成分实验。

　　大约17分钟后，阿姆斯特朗开始了第二次样本采集（Bulk sample），持续约14分钟。第二次采样对具体的月岩类型选择没有什么要求，只需要采集大量的样本可以带回地球研究就可以。

第二次采样所用的铲子和采回的样品示例。来源：美国国家航空航天博物馆&NASA

　　好不容易来一趟月球，科学家们恨不得把地球上的仪器都让宇航员们带上，然而由于重量的限制…这是不可能的

　　而且由于是第一次着陆，考虑到月面行走的安全，阿波罗11号带的科学仪器尤其少——此后的几次阿波罗任务均安置了4-6种科学仪器，但阿波罗11号只带了2种——激光反射棱镜和被动月震仪。

　　北京时间7月21日中午12时25分38秒（美东时间同天0时25分38秒），奥尔德林从登月舱中取出仪器。

图中还可以看到用于太阳风成分实验的铝箔板。来源：NASA AS11-40-5931

　　奥尔德林：左手一台月震仪，右手一台激光反射棱镜，开开心心提着去安上。

　　激光反射棱镜是一种原理非常直观的观测手段：通过在月球正面安置棱镜，从地球上向棱镜发射激光并接收反射回来的激光，通过激光传播时间就可以推算每个时刻地球和月球之间的距离和变化。

阿波罗11号在月球上安置的激光反射棱镜阵列（左）和揭开黑色盖子之后的样子（右）来源：NASA&美国国家航空航天博物馆

　　阿波罗11号之后，NASA的阿波罗14、15、17号载人登月任务和苏联的月球17、21号无人登月任务均在月面安装了一台激光反射棱镜。

　　由于几乎不需要后期维护（此处月震仪哭晕在厕所），这些安装在月球正面的激光反射棱镜阵列可以长时间工作，帮助我们在几十年的尺度上持续监测地月之间的距离变化，并推算与之相关的地球物理参数。我们熟知的月球正在以3.8 厘米/年的速度远离地球，这就是月面激光反射棱镜告诉我们的。

　　至今仍在工作中的阿波罗月面激光反射棱镜也成为了今天的我们见证阿波罗登月真实性的铁证之一——2018年1月22日晚，中国科学院云南天文台团队利用1.2米望远镜激光测距系统，多次成功探测到阿波罗15号月面激光反射棱镜返回的激光脉冲信号，成功实现了我国首次月球激光测距。

（左）人类迄今为止安装在月球上的所有激光反射棱镜位置。来源：NASA；（右）云南天文台1.2米望远镜进行的激光测月观测和观测结果。来源：云南天文台

　　阿波罗11号携带的是被动月震仪套装，所谓“被动”嘛，就是自己不生产月震，只在月球感觉到震动的时候测一下。既然有被动月震观测，当然也就有主动月震观测——后来的阿波罗14和16号任务的宇航员在月球上安装了主动月震观测装置，并人工制造了几次月震。

奥尔德林在装配（左）和调整（右）月震仪来源：NASA

　　在月震仪被安装上不久，北京时间7月21日中午12时40分39秒（美东时间同天0时40分39秒），地球上的科学家们就已经收到了阿波罗11号月震仪传回的第一份被动月震数据——宇航员们月面活动产生的月震。

来源：纪录片《阿波罗11号》

　　和激光反射棱镜一样，月震仪也同样可以在宇航员们离开月球之后长期继续工作，不过可惜的是，阿波罗11号安置的月震仪仅仅工作了三周就坏了，远没有后来阿波罗12、14、15、16、17号安置的月震仪那么坚挺——后4台月震仪一直工作到了1977年才由于经费和供能的双重原因被终止。在此期间，这些月震仪记录下了共12558次月震（包括9次人工月震），大大帮助我们认识了月球的内部结构。