名稱：沙克爾頓環(huán)形山
位置：89.90°S 0.00°E
直徑：21km
深度：4km
沙克爾頓環(huán)形山的側(cè)視圖(圖源:NASA）
在今年的晚些時候，NASA計劃在月球上著陸一個鉆孔機，名為極地資源冰開采實驗1號（縮寫為PRIME 1）。著陸點是一個名叫沙克爾頓(Shackleton)的隕石坑，距月球的南極不遠。
這并不是沙克爾頓環(huán)形山第一次成為探索的焦點。除了新的鉆探任務，美國宇航局的月球軌道器4號、克萊門汀號、月球探勘者探測器和月球勘測軌道器已經(jīng)從飛行軌道探測過上沙克爾頓隕石坑。日本的SELENE和印度的月船1號軌道飛行器也探測了這個隕石坑。總而言之，沙克爾頓隕石坑被攝像機拍攝過，被雷達探測過，被傳感器測量過，甚至被撞擊過——所有這些都是為了了解它的秘密而持續(xù)進行的科研行為。
但是為什么呢?月球上有數(shù)百萬個環(huán)形山，大到由熔巖流入形成的雨海盆地，小到巖石上的微隕石坑，為什么沙克爾頓隕石坑單單受到這么多關(guān)注?答案是多方面的，但可以歸結(jié)為兩大點：永恒的光明和永恒的黑暗。這兩個特點都可能對未來的人類探索產(chǎn)生影響——NASA已經(jīng)認真考慮將沙克爾頓隕石坑周圍地區(qū)作為未來人類著陸的可能地點，這也是其“阿爾特彌斯計劃”的目標之一。
月球勘測軌道飛行器上的Diviner儀器拍攝了南極地區(qū)的溫度，如圖所示。(圖源:NASA）
如果你曾經(jīng)去過地球的南北極地區(qū)，你就會了解極地地區(qū)在一年中的某些時候的獨特光照時刻。例如，北極圈以北的地區(qū)夏季有極晝現(xiàn)象，冬季有極夜現(xiàn)象，南極則正好相反。高緯度以及地球23.5°地軸傾角造成的四季交替是這些現(xiàn)象的原因。
月球上的情況有些不同。由于月球的月軸傾角只有1.5°，季節(jié)變化很小。這意味著月球兩極幾乎是永遠的白晝，而月球坑可能根本看不到太陽，一直處于陰影中。
沙克爾頓隕石坑恰好有這兩種極端現(xiàn)象：隕坑的部分邊緣幾乎全年都在陽光下，而隕坑的底部永遠是黑暗的。
那么，為什么月球上的極夜如此重要呢?一句話概括就是：有冰。月球是一個幾乎沒有大氣層和液態(tài)水的地方，所以去往月球的宇航員必須帶上他們所有的消耗品，不僅沉重，而且成本高昂。
但是無人宇宙飛船觀測到沙克爾頓隕坑陰影內(nèi)部有冰沉積的有力證據(jù)。由于那里極低的溫度，水沒有蒸發(fā)。從人類探索的角度來看，大量的月球冰代表著幾個好處：
1、氧氣。電解可以將水分子(H2O)變成成氧氣和氫氣。通過收集冰并融化它可以制造氧分子，宇航員可以自己制造空氣。
2、燃料。宇航員可以利用電解過程中釋放的氫氣作為燃料源，一方面作為火箭推進劑，另一方面供給在月球表面工作的設(shè)備。
3、水。當然這看起來很奇怪，但如果月球上的冰很容易獲取，未來的宇航員可以將其融化以滿足人類的基本需求，如飲用、烹飪和洗滌。
太陽能
陽光照射在月球南極附近的沙克爾頓環(huán)形山邊緣。
（圖源：NASA / GSFC /亞利桑那州立大學）
陽光也很重要，因為它能提供電力。太空探索需要電能，雖然我們可以從地球上獲取電能，但使用太陽能帆板就地發(fā)電(就像在國際空間站上那樣)會更可取，優(yōu)點有兩個：
1、功率恒定。沙克爾頓環(huán)形山是一個絕佳的地點，探測者將可以不間斷采集陽光，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，晝夜不停。建立最初的基礎(chǔ)設(shè)施可能是一個挑戰(zhàn)，但一旦沿著隕石坑邊緣建造起太陽能電池板，就可以很容易地為以后不斷擴大的月球基地發(fā)電。在這種情況下，太陽能電池板會比地球上的太陽能電池板更有效，因為月球上永遠都是無大氣的晴朗天空。
2、光。靠近月球赤道的區(qū)域會經(jīng)歷漫長的“晝”和“夜”——每一個大約有14個地球日長。這對阿波羅號的宇航員來說不是問題，他們在月球表面停留的時間最長為75個小時，可以據(jù)此安排他們的航行時間。如果未來的宇航員能夠在沙克爾頓這樣的地方建立基地，那么他們就可以在月球上度過漫長的夜晚。
由于沙克爾頓環(huán)形山的巨大和壯觀，探索它將是一次神奇的經(jīng)歷。阿波羅號的宇航員確實探索到了一些令人驚嘆的地形，比如哈德利溝紋（注：月球上最清晰的溝紋之一，位于月球北半球）和錐形環(huán)形山的斜坡。沙克爾頓無疑會有著更令人驚嘆的景觀。
道格·庫克（Doug Cooke）是NASAExploration Systems Mission Directorate項目的前二把手，他說:“月球南極肯定會是一個美麗的探索之地。我們現(xiàn)在知道，月球南極有像麥金利山一樣高的山峰，隕石坑比科羅拉多大峽谷還要深2.5倍。”
沙克爾頓的深度與它的大小不匹配，深度4公里，寬度21公里。這是一個圓錐形的坑，坑壁傾斜約30度，底部是平坦的地面。它中心的山峰高約200米。雖然沙克爾頓的巖壁上有一些較小的隕坑，但除此之外還是相當平坦的。對于宇航員來說，探索隕石坑內(nèi)部，在黑暗的坡上尋找冰是一項艱巨的任務。
沙克爾頓環(huán)形山的高度(左)和陰影(右)圖像。反射光的數(shù)量(這里沒有顯示)表明在隕石坑的底部和坑壁上都存在冰。
NASA /Zuber, M.T.等人/《自然》2012
從軌道上推斷隕石坑中有冰的存在既是一門藝術(shù)，也是一門科學，科學家們以不同的方式解釋了這一結(jié)果。這也是NASA將PRIME 1送到月球表面的一部分原因，它將直接鉆到月球表層，并對冰的性質(zhì)進行具體的探測。冰的原始形態(tài)可以用嗎?它是與礦物的混合物嗎?探索沙克爾頓環(huán)形山可以觀測到真相。
月球環(huán)形山通常以真人命名，尤其是那些對科學或探索有重大貢獻的人，沙克爾頓隕石坑也不例外。這個隕石坑的名字和位置都是為了紀念歐內(nèi)斯特·沙克爾頓爵士（Ernest Shackleton, 1874-1922)。沙克爾頓參與了四次南極航行，其中一次到達了地理南極（即地磁點）。正是他1915年的航行，使他的功績延續(xù)至今。
那次探險的重點是試圖徒步穿越南極大陸。沙克爾頓帶著28名船員，帶著一艘名為“毅力號”的船靠近南極大陸，但漂流的冰山包圍了船，最終船沉沒了。這些人在冰封的海洋上露營了幾個月，最后乘坐三艘打撈上來的救生艇逃離冰面，來到南極半島附近的象島。隨后，沙克爾頓帶著五名船員乘坐當時最大的救生艇，在風暴和嚴寒中航行800英里尋求幫助。到達有人的地方后，沙克爾頓立即安排營救仍在象島等待的隊伍，最終所有船員都獲救了。
前幾日，在威德爾海（Weddell Sea）附近海域水深約3km的地方，“毅力號”沉船的殘骸被找到，恰逢沙克爾頓逝世100周年。船看起來與1915年最后一次拍攝時的照片非常相似。根據(jù)《南極條約》，除了科考目的，沉船不能以任何方式受到干擾。沙克爾頓爵士和他的船都可以真正安息了。
“毅力號”的海底殘骸與1915年航行前拍攝的照片對比（圖源：BBC news）
就像阿波羅13號一樣，沙克爾頓的探險可以被看作是一次“成功的失敗”，而他的領(lǐng)導才能無疑促成了這次“成功”。沙克爾頓船員的日記常常反映出一種樂觀的態(tài)度，有時甚至還會表現(xiàn)出些許幽默。沙克爾頓被認為是一位完美的領(lǐng)袖，他的名字被選為月球南極的一個環(huán)形山也就不足為奇了。
盡管未來人類對沙克爾頓隕石坑的探索可能會令人興奮，但你不必迫不及待，也不必成為一名宇航員親自探索環(huán)形山。實際上，用家里后院的望遠鏡觀察沙克爾頓隕石坑也是有可能的，但由于該隕石坑位于極南的位置，這是確實是個挑戰(zhàn)。
月球幾乎總是面對地球的同一面，但它在一個月的過程中會有一點擺動，偶爾會暴露出一些區(qū)域供觀測。
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