作者：段跃初、黄湘红

1969 年 11 月 24 日，阿波罗 12 号宇航员艾伦・比恩在月球表面小心翼翼地靠近 Surveyor 3 探测器时，眼前的景象让他记忆犹新：这台三个月前成功着陆的机器人探测器，此刻浑身覆盖着厚厚的尘埃，原本光滑的表面布满了密密麻麻的坑洞。当这台探测器的部分组件被带回地球后，科学家们震惊地发现，其外壳出现了严重的沙石喷射损伤 —— 直径不足 1 毫米的月球尘埃，竟能在金属表面留下深度达 0.1 毫米的凹坑。

半个多世纪后，这项尘封的阿波罗数据引发了科学界的重新审视。2024 年 5 月，佛罗里达大学物理学家菲尔・梅茨格在《伊卡洛斯》杂志发表的两项研究，向全球太空探索界发出警告：火箭着陆引发的月球沙石喷射风险，可能比人类之前认知的高出 4 到 10 倍。“这些高速尘埃对航天器的损害，可能达到此前估计的一个数量级，” 梅茨格在接受采访时强调，“随着各国计划建立月球前哨站，国际社会必须紧急制定合作协议。”

致命尘埃：月球表面的 “微型尖刀”

月球尘埃的 “杀伤力” 源于其特殊的形成过程。数十亿年来，小行星撞击月球表面，将岩石破碎成直径不足 100 微米的颗粒，这些颗粒在没有大气层缓冲的环境中，始终保持着尖锐的棱角，如同无数把微型尖刀。阿波罗宇航员早已领教过它的厉害：1969 年阿波罗 11 号任务中，尼尔・阿姆斯特朗的宇航服关节被尘埃卡住，导致返回舱后无法顺利弯曲手臂；阿波罗 17 号宇航员哈里森・施密特则抱怨，吸入的细小尘埃让他连续数天咳嗽不止，眼部刺痛感持续了一周。

更危险的是高速运动的尘埃。由于月球没有大气层，火箭着陆时产生的尾气无法被空气减速，会直接将尘埃颗粒加速到惊人速度。梅茨格的研究团队通过模拟计算发现，这些颗粒能以每秒数百米的速度飞行数公里，部分质量较小的颗粒甚至能摆脱月球引力，成为太空中的 “流浪杀手”。“低速尘埃只是麻烦，高速尘埃则是致命威胁，” 科罗拉多大学波尔德分校月球物理学家米哈伊・霍拉尼解释道，“它们能轻易穿透航天器的隔热层，堵塞散热器，甚至损坏精密的光学仪器。”

理论颠覆：从罗伯茨方程到新发现

几十年来，科学界一直依赖 NASA 研究员伦纳德・罗伯茨 1963 年提出的理论计算月球尘埃喷射范围。罗伯茨认为，火箭尾气会像强风拔起滚草一样，直接剪切月球表面的土壤颗粒，同时提出 “动量反馈循环” 理论 —— 即被卷起的尘埃会消耗尾气能量，从而限制侵蚀速度。基于这一理论，梅茨格在 2015 年曾计算出，阿波罗 12 号着陆器仅扬起了 2.6 公吨月球土壤。

但梅茨格团队在模拟月球重力的飞机上进行的实验，却发现了矛盾之处。他们用气体喷嘴模拟火箭尾气，持续喷射土壤 10 秒钟后发现，尽管尘埃不断积累，坑洞中心的侵蚀速度却始终没有减慢 —— 这与罗伯茨的理论预测完全不符。经过五年的反复验证，梅茨格提出了全新的解释：火箭尾气并非直接剪切土壤颗粒，而是通过气体分子扩散到土壤间隙，当传递的动能足以将颗粒抬升至 0.25 毫米以上时，尾气才会将其加速吹走。

这一看似微小的修正，彻底改变了风险评估结果。梅茨格用新理论重新分析阿波罗 16 号登月影像 ——1972 年 4 月，当登月舱下降时，扬起的尘埃曾一度遮挡宇航员视线。通过精确计算，他得出惊人结论：当时着陆器实际扬起了 11 至 26 公吨月球土壤，是此前估计值的 4 到 10 倍。“这意味着我们之前的安全缓冲区完全不够用，” 梅茨格直言，“如果现在不调整策略，未来的月球基地将面临灭顶之灾。”

风险升级：巨型着陆器与累积损伤的双重威胁

与阿波罗时代相比，当代月球探索面临的尘埃风险呈几何级数增长。首先是着陆器规模的飙升：阿波罗登月舱的着陆质量约 7.5 公吨，而 SpaceX 计划用于月球着陆的星舰，有效载荷可达 100 公吨以上，其产生的尾气能量相当于阿波罗着陆器的 13 倍。根据梅茨格的公式推算，这样的巨型着陆器可能会扬起超过 200 公吨月球尘埃，喷射范围可达 10 公里以上。

更严峻的是着陆频率的增加。阿波罗计划 6 次登月从未重复使用着陆点，而 NASA 的 “阿尔忒弥斯计划” 和中国国家航天局的月球基地规划，都设想在特定区域建立长期前哨站，每年可能迎来数十次着陆。“沙石喷射的损伤是累积的，” 梅茨格警告道，“第一次着陆可能只会轻微磨损设备表面，第十次着陆就可能导致关键系统失效。”

私营航天的崛起让局势更加复杂。2025 年 3 月，美国萤火虫航天公司的 “蓝色幽灵” 着陆器成功登陆月球危海地区，成为首个实现安全着陆的私营探测器。据 NASA 公开数据，该着陆器搭载的 10 台科学仪器中，就有专门测试防尘技术的 “电动防尘罩”。但随着更多企业加入月球探索，缺乏统一标准的着陆活动可能导致 “尘埃污染” 失控。“想象一下，如果多家公司在月球南极附近密集着陆，那里的水冰资源区可能会被尘埃彻底覆盖，” 霍拉尼担忧地说。

破解之道：工程创新与国际合作的双重保障

面对日益严峻的风险，科学家们已开始探索解决方案。梅茨格提出了三项核心防护策略：在月球基地周围修建 3 米高的土堤防护屏障，可阻挡 80% 的高速尘埃；在着陆区铺设耐高温的碳化硅着陆垫，减少土壤扰动；将着陆器的推进器安装在顶部，使尾气远离地表。令人振奋的是，SpaceX 在其月球星舰的最新设计中，已采用了顶部推进器方案，通过公开渲染图可见，着陆器底部距离地表超过 5 米，有效降低了尘埃喷射强度。

最新的探测任务也在为防尘技术提供关键数据。2025 年 3 月，“蓝色幽灵” 着陆器搭载的 SCALPSS 立体相机系统，成功拍摄到着陆过程中土壤被侵蚀的完整影像。该仪器负责人蒙克透露：“我们首次获得了月球着陆羽流的高清数据，这将帮助我们精确计算不同着陆器的尘埃扩散范围。” 此外，该着陆器测试的电动防尘罩技术，通过电动力成功清除了表面 90% 的尘埃颗粒，为未来设备防护提供了新方案。

外交层面的合作同样紧迫。根据 1967 年《外层空间条约》，各国不得对月球提出领土要求，但梅茨格指出了一个潜在漏洞：“如果某个国家在月球宜居区部署敏感仪器，然后以‘保护设备’为由，禁止其他国家在周边着陆，就可能形成事实上的领土控制。” 为此，他呼吁联合国成立专门的 “月球尘埃管理委员会”，制定统一的着陆间隔标准和缓冲区范围。目前，NASA 已更新了 2011 年发布的防护指南，将小型着陆器的安全缓冲区从 2 公里扩大至 5 公里，但这一标准仍需国际社会共同认可。

未来展望：从探测数据到安全标准

随着月球探索的加速，尘埃防护将成为关键的技术瓶颈。2025 年底，升级版 SCALPSS 仪器将搭载另一艘商业着陆器前往月球，此次将重点测量不同土壤类型的侵蚀特性。梅茨格团队则计划与中国、欧洲的科研机构合作，建立全球首个月球尘埃数据库，整合阿波罗时代以来的所有观测数据。

“从 Surveyor 3 的坑洞到‘蓝色幽灵’的防尘测试，人类用了 56 年才真正认识到月球尘埃的危险性，” 梅茨格感慨道，“但只要我们提前做好准备，就能让这些‘微型杀手’变成可控制的风险。” 对于即将踏上月球的新一代宇航员而言，破解尘埃之谜，不仅是技术问题，更是关乎人类能否在月球长期生存的关键。毕竟，在没有大气层保护的月球表面，任何一个被忽视的细节，都可能成为致命的隐患。

作者黄湘红是教育学硕士、硕士生导师、副教授、湖南省科普作家协会理事、中国天文学会会员、湖南省天文协会理事、《科技新时代》杂志编委

段跃初是中国科普作家协会会员、中国未来研究会会员、曾任评论之周评论员。

来源: 科普文迅