獨行月球，不用那么辛苦

徐蒙

小行星防御計劃

同學(xué)們，電影《獨行月球》看了嗎？電影的背景設(shè)定，開始于一顆叫作π 的小行星。某一天，人們發(fā)現(xiàn)這顆小行星要撞向地球了！人類又到了生死存亡的時刻……

其實，在2023 年的今天來看，這個設(shè)定倒也不算新奇。我們的地球確實隨時可能面臨小行星或者彗星從天而降的襲擊，只不過那些較大質(zhì)量的小行星和彗星撞上地球的概率并不高。

按天文學(xué)家們的估算：直徑10 千米級的小行星（也可能是彗星）撞擊地球的事件平均每1億～ 2 億年才會發(fā)生一次。6600 萬年前那顆撞擊地球并可能導(dǎo)致恐龍滅絕的小行星，就屬于這個尺寸。這說明了一個好消息，一個壞消息。

好消息是：地球在6600 萬年前完成了一次抗壓實驗——被這么大的小行星撞了之后，地球還在，而且恢復(fù)得還挺好。壞消息是：那次劇烈撞擊影響了當(dāng)時整個地球的大氣和生態(tài)環(huán)境，進而引起了地球上第五次生物大滅絕事件，史稱“白堊紀末大滅絕”——如果那時候文明發(fā)展到我們今天的樣子，很可能也扛不住。幸好，那時候人類還沒誕生。

然而，個頭不大的小行星撞上地球的概率還是很高的。直徑140米以上小行星的撞擊，雖然對地球來說只是下場“毛毛雨”，但是如果不巧落在了人口密集的地方，則完全有能力毀滅一座城市，引起大量人員傷亡——而這個尺寸的小行星，平均每2萬年就有可能光顧地球一次。從概率上說，我們著實無法忽略它的存在。

總之，如果我們考慮的時間尺度足夠長，人類完全有可能像電影里那樣，遇到一顆具有足夠破壞性的小行星來襲。

電影里的人們應(yīng)對小行星撞擊的方式其實也很“常規(guī)”——把小行星擊碎。他們提出了一個“月盾計劃”，企圖在月球上發(fā)射核彈來摧毀來襲的小行星，月球還能幫地球擋下這些小行星碎片。

然而在現(xiàn)實世界，我們?nèi)祟惖目萍歼€沒達到能利用核武器或者其他武器把小行星擊碎的水平，但我們已經(jīng)開始嘗試開展“低配版”撞擊小行星的計劃了。

2021年11月24日，首個行星防御任務(wù)——NASA的雙小行星重定向測試（DART）搭乘Space X獵鷹9號火箭發(fā)射升空。這枚探測器于2022年9月27日以超過6.2千米/秒的速度主動撞擊了一顆直徑約160米的近地小行星迪莫弗斯（Dimorphos）。人們想看看光靠物理撞擊，能把小行星撞偏多少，能否把小行星撞碎。

我國也正著手組建近地小行星防御系統(tǒng)，驗證通過撞擊改變小行星軌道的技術(shù)，為人類未來真正應(yīng)對小行星等地外天體對地球家園的威脅做出我們的貢獻。

尋找回家的交通工具

在電影中，想從月球返回地球，男主角獨孤月需要做出一架具備起飛功能的交通工具。獨孤月沒有現(xiàn)成的大火箭可用了，只能退而求其次，借用前人留在月球上的登月艙。

在1969 至1972 年間，NASA 接連將阿波羅11、12、14、15、16、17 號六艘載人飛船的登月艙送上月球，并在航天員們完成月面探測和實驗之后把他們平安帶回了地球。當(dāng)時在月面留下的各種設(shè)備（月面實驗裝置、著陸器等）至今仍可以在高分辨率的月面照片中看到。不過，這些已經(jīng)完成返回使命的登月艙遺留設(shè)備都很難復(fù)用了。于是，電影中采用了阿波羅18 號。

在現(xiàn)實世界里，阿波羅17 號之后，NASA 取消了后續(xù)計劃的阿波羅18、19、20 號登月任務(wù)，所以阿波羅18 號從來不曾去過月球。而在電影開啟的“平行宇宙”里，阿波羅18 號去了月球，但是未能返回，于是就留下了一套完好的登月艙設(shè)備。

在電影設(shè)定中，由于阿波羅18 號年久失修，發(fā)動機已經(jīng)不能用了，所以獨孤月只能去找“宇宙之錘”的發(fā)動機來換上，于是就有了之后千里奔襲前往長存湖的劇情，也有了獨孤月提到的“要把不同時代的東西攢到一起”的難題?？傊?，這部分情節(jié)在細節(jié)上雖然不可避免有很多難以實現(xiàn)的問題，但大體思路上是說得通的。

月盾計劃的基地在哪里

電影中使用的地名大多是月球上真實存在的，例如廣寒宮、長存湖、豐富海、柯林斯隕石坑。再參考電影中給出的路線圖，月盾計劃基地的位置其實也就很容易推測：在阿波羅11 號著陸點——靜?；馗浇＿@里靠近赤道，陽光充足，月海中地形平坦，月球正面和地球的通信條件也更佳，這些都是建立月球基地的優(yōu)勢。

在此基礎(chǔ)上，電影里有兩個細節(jié)的設(shè)置就很合理：一是柯林斯隕石坑就在阿波羅11 號著陸點附近，距離不到20 千米，從這里調(diào)電子狗過來接應(yīng)是有可能的；二是獨孤月在基地附近確實有機會弄壞阿波羅11 號宇航員留下的腳印，因為真的足夠近。

41天的環(huán)月逐日計劃，可行嗎

既然地名都是真的，那我們就有了從現(xiàn)實層面探討逐日計劃的可能性。按電影的講述，去長存湖拖回宇宙之錘的致命難題在于：第一，從月盾基地去長存湖往返路程超過8000 千米；第二，獨孤月的月球車只能靠太陽能行駛，而在一個月晝（約14.5 個地球日）期間，月球車最多只能行駛6500 千米。這就有了“有去無回”的困境。

日照的約束是真實存在的。我們可以模擬14.5 天里月球正面光照的變化，假設(shè)獨孤月在月球基地見到第一縷晨光時出發(fā)，要想不凍死在路上，他確實得在大約14.5 天里完成往返路程——但月球車的車速實在有限。為了解決這個困難，電影里給出了一個極富創(chuàng)造性的方案：背道而馳！

是在見到第一縷晨光時出發(fā)，向背離長存湖的方向行駛，只要在繞月一周回到月盾基地前始終在昏線前面，就不會被寒冷的月夜趕上。這個方案能夠成立的前提是：這里是月球，月球特別小，半徑只有約1737 千米；月球自轉(zhuǎn)還特別慢，一個晝夜（朔望月）需要大約29 個地球日。兩個因素加起來，晨/ 昏線每天僅僅移動約376 千米，這對月球車速的要求就低了很多。只要追著晨線走，獨孤月就不會一下子落后太多。獨孤月日夜兼程追逐太陽的旅程，洋溢著儒勒·凡爾納《環(huán)游地球80 天》那樣昂揚的浪漫主義味道，唯一的問題是——數(shù)據(jù)稍稍有點兒出入。

按電影里的計算，反向繞月的行程需要41 天能完成。極限操作是在月球基地見到第一縷晨光時反向出發(fā)，在下一個朔望周期的昏線抵達月球基地前回到原點——簡單來說，就是晨/ 昏線移動1.5 個月球周期。月球的朔望周期平均是29.53 天，那獨孤月完成環(huán)月回到月盾基地的時限是大約44 天，比41 天還要寬裕一點點，即使途中耽擱了一兩天，趕趕路應(yīng)該問題不大。41 天可能是劇組按28 天的朔望周期計算的，不過這是個小問題，基本思路沒有問題。

可是，最初需要背道而馳的原因不是月球車的速度不夠快嗎？如果月球車在14.5 天里最多只能行駛6500 千米，那就是每天可以行駛大約450 千米。月盾基地到長存湖的實際直線距離只有1200 千米啊，那之前的往返超過8000 千米是怎么來的呢？當(dāng)然，月球不是一馬平川，雖然盆地內(nèi)部大體是相當(dāng)平坦的，但是從一個盆地穿過環(huán)形山邊緣到另一個盆地里去肯定不能按直線距離算，不過就算繞繞路，單程肯定也不超過2000 千米，往返不超過4000 千米。即使速度也降一點兒，比如每天行駛350 千米，那么行駛4000 千米只需要……11.5 天！在14.5 天里正向往返長存湖，壓力好像也并不大嘛！

從科學(xué)的角度來看這部電影，能感受到許多問題并不是劇組人員沒有意識到（例如月面的低重力問題），而是在成本和故事性、科學(xué)性和藝術(shù)性之間做了取舍。相比于《獨行月球》的原著漫畫，電影里增加了組裝登月艙、41 天環(huán)游月球這些原創(chuàng)情節(jié)，顯然是希望能用更多“符合科學(xué)”的方式推進劇情。帶著科學(xué)的審視態(tài)度來看《獨行月球》這部電影，不僅能令你感到愉悅，更能讓你收獲發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的樂趣。