天文學家杰拉德·柯伊伯（1905-1973）

　　撰文：Timothy Swindle（亞利桑那大學行星科學與地球科學系教授）

　　在 1955 年的一次國際天文學聯合會會議上，著名的天文學家杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper）就繪制月球地圖的項目向其他研究人員征求意見并尋求合作。當時，最好的那些月球圖集都是手繪的，柯伊伯想用最先進的望遠鏡來制作一個攝影月球圖集。

　　然而，響應他的人只有一個。

　　這基本反映了當時天文學界對月球的普遍態度：望遠鏡要用來觀測遙遠的天體，月球離我們那么近，而且還那么無聊——連外觀都不怎么會發生改變。何況柯伊伯要做的是繪制一幅月球的地圖，這不是天文學家該做的，而是地質學家的工作。

　　然而，柯伊伯并沒有因此停下腳步，到了 1960 年，他把他的這個小項目搬到了亞利桑那大學。那里不僅有山區和晴朗的天空，還有亞利桑那大學想要進入一個能夠挑戰傳統院系界限的研究領域的意愿。第二年，當美國總統肯尼迪宣布 60 年代的國家目標是將人類送上月球并安全返回時，制作月球地圖這一原本小眾的追求突然之間變成了國家級的優先事項。

　　在接下來的幾年時間里，柯伊伯的月球與行星實驗室運用專為此目的而建造的望遠鏡拍攝出了越來越清晰的月球圖像。后來，他們利用到月球的機器人航天器中的圖像，制作了一系列越來越精密復雜的月球表面圖集。

月球上的哥白尼隕石坑的一張望遠鏡圖像，使用的是柯伊伯在亞利桑那州山區建造的望遠鏡拍攝的。 圖片來源：月球與行星實驗室 / 亞利桑那大學

　　當我還是個孩子時，我關注的是宇航員的成就，這種關注從 1961 年幼兒園的園長沖進教室告訴我們說，宇航員艾倫·謝潑德（Alan Shepard）已被送入太空的那一天起，一直到 1969 年阿波羅 11 號著陸月球時到達頂峰。

　　和大多數關注了所有這些任務的人一樣，我并不會真的期待將來要進入太空科學或航空航天工程領域。但當我有幸在研究生院研究了阿波羅的樣本后，我就毫無意外地被它們深深吸引了。最終，我將我的職業生涯花在了研究太空中的巖石上。同樣，之前我也未曾對月球地圖的繪制這項基礎工作有過多的想法，直到我到了月球與行星實驗室工作。隨著我開始了解這些故事并有了與相關人士交談的機會時，我開始意識到，在那個時代，那場政治上的登月競賽導致了許多非同尋常的事情發生。

　　從另一個方向看月亮

　　月球與行星實驗室的首批月球圖冊是由一個望遠鏡拍攝的最佳圖像組成的。但當時的研究小組意識到，他們還可以做得更好。月球總是用同一面朝向地球。但即使是朝向地球的一側，遠離中心的區域的圖像也總是出現畸變。

　　為了校正這個問題，研究小組制作了一個直徑長約 90 厘米的白色月球儀，然后從走廊向下投射出一個高質量的望遠鏡圖像。通過移動這個月球儀，其表面特征就會像是從頭頂上看到的一樣。在月球可見部分的邊緣附近，地貌的形狀發生了變化，橢圓形變成了圓形，彎彎曲曲的線條變成了精細的結構。盡管之前也有人提出過這個想法，但“修正月球地圖集”可能是對這項技術的最佳應用。

月球和行星實驗室的研究生威廉·哈特曼為修正月球地圖集拍攝了一張照片，這個圖集中的圖片通過將圖像投影到一個白色月球儀上來消除畸變。 圖片來源：月球與行星實驗室 / 亞利桑那大學

　　此外，這個過程產生了許多具有科學價值的見解。研究生威廉·哈特曼（William Hartmann）在移動月球儀以拍攝這些“校正”后的圖像時，他注意到在月球的一個邊緣與望遠鏡觀測者所熟知的許多盆地非常相像。這是一個現在被稱為“東海”的地貌區域。與盆地相比，它有一些關鍵的區別。

　　首先，它的內部所具有的后來的撞擊坑更少，這表明它更年輕，保存得更好。此外，它有著像靶心一樣的獨特外觀，具有同心圓形的山脈形成的環。哈特曼意識到，這可能就是所有這些盆地在被后來的撞擊坑和熔巖流抹去細節特征之前的最初模樣。這種巨大撞擊的想法最終使哈特曼等人提出，月球可能是由一次對地球的巨大撞擊而形成的，這一想法至今仍是月球起源中的主要理論的基礎。

月球上的“東海”是最引人注目的一個月球特征，它的形狀像靶心環，位于月球的最西側，是由一個行星大小的天體撞擊而成的。撞擊在月殼中激起漣漪，從而形成了同心圓的結構。 圖片來源：NASA/GSFC/亞利桑那州立大學/月球勘測軌道飛行器

　　精確降落

　　但是，將這些望遠鏡圖像轉換成阿波羅所需的關鍵信息中，最引人注目的成就是由一位名為埃文·惠特克（Ewen Whitaker）完成的。惠特克是一位謙遜的英國人，他正是 1955 年唯一回應柯伊伯請求的人。惠特克前往美國加入了柯伊伯的團隊，并與他一同搬到了亞利桑那州。

惠特克、柯伊伯與 NASA 的工程師雷·希科克。 圖片來源：月球與行星實驗室 / 亞利桑那大學

　　1966 年，當“勘測者 1 號”機器人飛行器成為美國首次在月球上軟著陸的任務時，任務小組分析了返回的照片，并報告了他們認為著陸的地點。但他們錯了。惠特克使用最佳的望遠鏡圖像，比較了在哪個方向應該可以看到哪些山丘，給出了在幾英里之外的正確位置。

　　在阿波羅 11 號成功實現人類首次登月后，美國國家航空航天局（NASA）想用阿波羅 12 號來證明，僅憑緯度和經度是有可能對一個特定位置進行精確定位的。但前提是必須要精確地知道某個位置的經緯度。

　　NASA 任命惠特克去找出另一個無人駕駛勘測任務“勘測者 3 號”的確切著陸位置。惠特克給出了他最好的估算，阿波羅 12 號就朝著這個目標前進。宇航員在去的路上看不到“勘測者 3 號”，因為它處于陰影當中。當他們在著陸后環顧四周時，發現經過了 38000 多公里的旅程降落之后，離目標降落點僅是步行距離內的咫尺之遙。

阿波羅 12 號的宇航員 Pete Conrad 正在檢測“勘探者 3 號”，背景畫面中的就是阿波羅 12 號。 圖片來源：NASA

　　月球與行星實驗室所繪制的月球地圖早已被超越，那些曾經的最佳月球表面的圖像遠不如由在近軌道上的飛行器拍攝的照片好。但是柯伊伯創建的組織還在繼續探索。十多年來，登陸火星的航天器一直利用由高分辨率成像科學實驗（HiRISE）從軌道上拍攝的圖像來選擇著陸地點。目前，OSIRIS-Rex 機器人航天器也正在月球與行星實驗室的指導下靠近小行星貝努運行，有時在距離行星表面不到幾百米的位置繪制地圖，以尋找一個可以采集樣本帶回地球的地方。

　　毫無疑問的是，當樣本被帶回后，科學家將要用未來的幾十年對其進行分析，就像我們現在也仍在分析由阿波羅任務帶回的樣本一樣。被世人記住的是著陸和樣本，但首先需要的是月球的地圖。

　　原文標題為“Mapping the moon for Apollo”，首發于 2019 年 7 月 15 日的 The Conversation。原文鏈接：https://theconversation.com/mapping-the-moon-for-apollo-118886中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。

總結

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