前言
開啟了中國硬核科幻電影元年的《流浪地球》時隔四年推出系列電影第二部 ——《流浪地球 Ⅱ》，在春節(jié)期間票房成績不俗、大放異彩。跌宕起伏的劇情和充滿想象力的科幻奇觀讓人欲罷不能，電影雖然對未來的世界進(jìn)行了天馬行空的想象，但也并不是完全虛構(gòu)的，電影的設(shè)定完全符合已有的空間科學(xué)知識，并且以此為基礎(chǔ)進(jìn)行科幻視角的再次演繹。其中《流浪地球 Ⅱ》對月球刻畫讓人印象深刻，嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的工程設(shè)計與美輪美奐的美學(xué)設(shè)計相輔相成，讓月球上的視覺景觀分外出彩，烘托了電影的氣氛，也貢獻(xiàn)了很多名場面，比如張鵬于月球之上遙望地球，悲愴荒涼之中心懷延續(xù)人類文明的希望。
月球上著墨最多、最震撼的就是坎帕努斯（Copernicus Crater），無論是前期建設(shè)發(fā)動機(jī)試驗機(jī)還是最后在相控矩陣中的無聲爆破，都給筆者留下了深刻印象。電影中為了驗證移山計劃的可行性，聯(lián)合政府分別在地球上的加蓬首都利伯維爾以及月球上的坎帕努斯環(huán)形山建造發(fā)動機(jī)試驗機(jī)，為什么會選擇坎帕努斯環(huán)形山（Copernicus Crater）？它的背后還有那些秘密？本文將帶你一起解密。
1、聯(lián)合政府選址坎帕努斯的原因：
聯(lián)合政府〔坎帕努斯〕聯(lián)合實驗基地（UEG Joint Research Base〔Campanus〕）：位于月球坎帕努斯環(huán)形山（Campanus），是聯(lián)合政府在月球修建的基地，由俄羅斯主導(dǎo)修建?；貎?nèi)包括兩個火箭發(fā)射臺，居住區(qū)，月球車停放區(qū)，太陽能發(fā)電區(qū)，氦-3 開采設(shè)施以及衛(wèi)星發(fā)動機(jī)。該基地主要用于月面衛(wèi)星發(fā)動機(jī)的建設(shè)統(tǒng)籌以及開采發(fā)動機(jī)點火裝置 —— 火石所需要的氦-3 能源。
從電影中也能看到環(huán)形山的外圍放射狀的布滿了氦 3 原料采集礦坑，而衛(wèi)星發(fā)動機(jī)一號試驗機(jī)（The Moving Mountain Project Planetary Engine〔No.1 Planetary Test Engine〕）則倚靠著環(huán)形山內(nèi)壁。這樣靈活的運用環(huán)形山結(jié)構(gòu)的設(shè)計使發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)與月球表面嵌合，以保證最大的推進(jìn)功率。發(fā)動機(jī)由前端壩體、發(fā)動機(jī)機(jī)體、緩沖墻三部分組成，綿延數(shù)十公里，噴口正向坎帕努斯環(huán)形山山口，主噴口和次噴口總計 11 個，呈橫向?qū)ΨQ式排列；修造發(fā)動機(jī)的機(jī)器人留下的材料挖掘矩形痕跡可從月球軌道上清晰觀測?？尚行则炞C后更名為逐月一號發(fā)動機(jī)（Lunar 1 Staellite Enigine），最終于 2058 年“月球墜落危機(jī)”中受 MOSS 控制過載爆炸，成為危機(jī)的開端。
坎帕努斯環(huán)形山（Copernicus Crater）作為月球上最顯眼的環(huán)形山之一，其特殊之處在于其較大的尺寸以及明顯的內(nèi)部結(jié)構(gòu) —— 這也是筆者推測聯(lián)合政府選擇在坎帕努斯建造發(fā)動機(jī)試驗機(jī)的原因。
坎帕努斯環(huán)形山直徑是月球上大多數(shù)環(huán)形山的 3 倍以上，便于開展大型的月球建設(shè)。同時它還具有穩(wěn)定性，已有研究表明越大的隕石坑退化得越慢 [1]，坎帕努斯作為月球上規(guī)模最大的環(huán)形山之一，巖石結(jié)構(gòu)和理化特性不會在短時間發(fā)生急劇變化。
另外，坎帕努斯環(huán)形山經(jīng)歷過極端的地質(zhì)動力作用，有明顯的沖擊拋物面和沖擊墻，內(nèi)部有多個高山和山丘，這些內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地貌特征利于嵌入式結(jié)構(gòu)建設(shè)的開展：
前端壩體：厚重的壩體橫向 25 公里、縱深 20 公里、高度 3.7 公里。深嵌在環(huán)形山壁上，原本 2.3 公里的環(huán)形山深度在靠近發(fā)動機(jī)位置又向下開墾了 1400 米，壩體通過 3D 打印建造和環(huán)形山基礎(chǔ)緊密構(gòu)建。
發(fā)動機(jī)機(jī)體：機(jī)體處于結(jié)構(gòu)中軸線，長度 20 公里、寬 3.3 公里、高 1.8 公里。前段為發(fā)動機(jī)噴口，中后段是縱向布置的反應(yīng)爐區(qū)域。機(jī)體兩側(cè)通過聯(lián)動機(jī)械與兩側(cè)壩體連接，為發(fā)動機(jī)噴射提供減震緩沖作用。
緩沖墻：發(fā)動機(jī)后半段是延伸上百公里的緩沖墻，連續(xù)的巨型正方體由減震結(jié)構(gòu)串聯(lián)，與月球剛體連接成一體，承受發(fā)動機(jī)的所有推力以此推動月球。
2、踏上坎帕努斯環(huán)形山：從登陸到發(fā)現(xiàn)
第一次探索月球環(huán)形山是在 1969 年，美國宇航員 Neil Armstrong 和 Edwin Buzz Aldrin 在阿波羅 11 號任務(wù)中成功登陸月球并進(jìn)行了環(huán)形山探測?？才僚弓h(huán)形山（Copernicus Crater）就是也在此次任務(wù)中得到了大量的觀測 [2]，經(jīng)過科學(xué)家們的數(shù)十年的研究，它已經(jīng)成為地質(zhì)學(xué)上一個非常重要的月球坑狀物?？才僚弓h(huán)形山精確坐標(biāo)為 27.9°W，28.04°S，環(huán)形山直徑約 93 公里，深度約 2.3 千米，可能是由 8 億年前小行星 495 尤拉利亞的母體破裂的碎片形成的 [3]。
坎帕努斯環(huán)形山（Copernicus Crater）內(nèi)的巖石和土壤提供了有關(guān)月球的歷史和構(gòu)造的有價值信息。它證明了月球在其歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過火山活動、證明了月球曾經(jīng)有過內(nèi)部熱源、也證明了月球曾經(jīng)遭受過撞擊事件。
目前，許多國家和組織正在進(jìn)行新一輪的月球探測任務(wù)，以更深入地了解月球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。中國已經(jīng)完成了兩次月球探測任務(wù)，并在未來計劃進(jìn)行更多的探測和科學(xué)實驗；美國計劃在 2024 年再次登月，并在未來幾年內(nèi)建立月球試驗基地；歐盟和俄羅斯也正在研究和開發(fā)月球探測器，以更深入地了解月球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和歷史。月球探測任務(wù)是一項具有挑戰(zhàn)性和重要意義的科學(xué)任務(wù)，它將幫助我們更深刻的了解月球在形成過程中的構(gòu)造和演化 [4]；此外，甚至還能幫助我們了解太陽系形成和演化的歷史 [5]。
3、月球的地質(zhì)寶藏
近年來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類還通過月球車和月球探測器進(jìn)行了更深入和詳細(xì)的探測。這些探測使我們對月球環(huán)形山的形成和演變有了更深入的了解，也發(fā)現(xiàn)了更多的地貌特征，為未來的月球探險提供了更多的信息和線索。
除了坎帕努斯環(huán)形山，月球上有許多著名的地貌特征：
1. Tycho Crater：位于月球南極地區(qū)，是一個很好看的環(huán)形山。Tycho Crater 有著非常鮮明的特征，如其光亮的巖石堆積和高于周圍地面的墻壁。這些特征使得 Tycho Crater 是月球表面上的一個顯眼的地貌特征，同時也是科學(xué)家研究月球表面地貌的重要地點。
2. Aristarchus Plateau：位于月球西北部，是一個大型高原，面積約為 350 x 50 公里，高度約為 3 公里。Aristarchus Plateau 是月球表面最亮且最活躍的區(qū)域之一，具有很高的科學(xué)價值。該高原具有鮮明的地貌特征，如斷層、山脈、溝壑和峽谷。它是由火山活動、沖擊撞擊和冰川河流等地質(zhì)過程形成的。Aristarchus Plateau 還是月球上的一個富含鈾、鉛和錫的區(qū)域，可能是探測月球資源的重要地點。
3. Mountain Rima Ariadaeus：位于月球赤道地區(qū)，是一個非常獨特的線性溝。一些科學(xué)家認(rèn)為，線狀細(xì)溝可能是在大型撞擊事件后形成的，而另一些科學(xué)家則認(rèn)為，細(xì)溝是在月球仍處于火山活動狀態(tài)時，作為深層堤防系統(tǒng)的表面表現(xiàn)而形成的。甚至有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為這證明了：月球是由兩個小星體合二為一而形成的…… 總之，獨特的線性結(jié)構(gòu)給了科學(xué)家很多想象的空間。
4. Kepler Crater：位于月球南部，是一個非常引人注目的環(huán)形山.它最著名的是覆蓋周圍射線系統(tǒng)（ray system）。射線延伸超過 300 公里，與其他隕石坑的射線重疊。一個小的噴射線狀物圍繞著 Kepler Crater 的邊緣的外部，外壁略呈多邊形，內(nèi)墻傾斜并略呈階梯狀，像一朵盛開的花朵，可以說是月球上比較具有文藝氣息的地貌了。
結(jié)語
月球上的坎帕努斯環(huán)形山，是探索宇宙奧秘不可忽視的證據(jù)。宇宙是一張巨大的地圖，我們試圖在上面找到自己的位置，并打開一扇看向宇宙的天窗。在《流浪地球 Ⅱ》的科幻視角中，科學(xué)與美學(xué)交織融合，繪制了人類對月球開發(fā)與利用的想象世界。不僅幫助我們回憶一路走來的探索之旅，更帶給我們無限的想象力與科學(xué)啟發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
[1] BASILEVSKY A, KOZLOVA N, ZAVYALOV I Y, et al. Morphometric studies of the Copernicus and Tycho secondary craters on the moon: Dependence of crater degradation rate on crater size [J]. Planetary and Space Science, 2018, 162: 31-40.
[2] GAST P, GORNITZ V, JASTROW R, et al. Lunar science prior to Apollo 11 [R]: NASA, 1969.
[3] TERADA K, MOROTA T, KATO M. Asteroid shower on the Earth-Moon system immediately before the Cryogenian period revealed by KAGUYA [J]. Nature Communications, 2020, 11(1): 3453.
[4] WILHELMS D E, MCCAULEY J F, TRASK N J. The geologic history of the Moon [R], 1987.
[5] HARTMANN W K. Paleocratering of the Moon: Review of post-Apollo data [J]. Astrophysics and Space Science, 1972, 17: 48-64.
本文來自微信公眾號：石頭科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：邵靜瑩
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