月球,又称地球的卫星,是我们最熟悉也最神秘的天体之一。它伴随着地球,影响着我们的潮汐、节气、文化和梦想。它也是人类探索太空的第一站,曾经有过12位宇航员登上过它的表面,留下了足迹和旗帜。那么,月球是怎么形成的?登月的宇航员是怎么返回地球的?让我们一起来探索月球的奥秘吧。

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月球的形成

关于月球的起源,科学家们提出了几种假说,但没有一种能完全合理地解释所有的证据。最被普遍认可的是大碰撞说,它假设月球形成于地球形成后不久,约45亿年前,一个火星大小的行星体撞上了年轻的地球,将数十亿吨物质撞向地球周围的轨道上。重力使这些散落的物质聚合在一起并不断演化,经过亿万年宇宙的雕琢,形成了我们今天所看到的月球。

大碰撞说中最重要的依据是组成两星球的物质。根据之前人类月球探测返回的几百千克月面样品的实验室分析发现,月球岩石中铁镍等元素的比重远高于地球,而且有些月球岩石的形成时间是在46亿年前,要知道目前为止地球上最古老的岩石在40亿年左右。这说明月球并非完全由地球物质构成,而是有外来物质参与。

登月后返回地球

登上月球是人类探索太空历史上一个重要里程碑,但要安全返回地球也不容易。登陆探测器需要克服强大 的 地 球引力 ,而返回探测器则需要克服较小 的 月 球引力 。那么 ,登 月 宇 航 员 是怎么 返回 地 球 的 呢 ?

我们要知道,登陆探测器和返回探测器是分开的。阿波罗计划中,每次登陆探测器都是由轨道模块和登陆模块组成的。轨道模块负责将登陆模块运到月球轨道上,然后分离。登陆模块再自行下降到选定的登陆区域。登陆模块又分上下两部分,下面是起落架和推进器,上面是宇航员舱和升起推进器。当宇航员完成登陆探测后,只需启动升起推进器,将宇航员舱推向轨道模块所在的轨道。

然后,轨道模块和宇航员舱再次对接,将宇航员和样品收回。接下来,轨道模块就可以启动主推进器,逐渐提升自己的轨道高度和速度,直到达到所需的 逃逸速度,即能够摆脱月球引力的最小速度。根据网上搜索的结果,月球的逃逸速度约为每秒2.4公里。当然,这个速度是在月球表面的,而轨道模块已经在一定高度上,所以实际所需的速度会更小一些。

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当轨道模块达到逃逸速度后,它就可以脱离月球的引力圈,进入地月转移轨道。这是一种连接地球和月球的椭圆轨道,它的近月点在月球轨道附近,而远月点在地球轨道附近。轨道模块沿着这条轨道飞行,逐渐靠近地球。当它接近地球时,它需要再次启动推进器,减小自己的速度,以便被地球引力捕获,并进入环绕地球的轨道。这个过程叫做轨道插入。

在环绕地球的轨道上,轨道模块还需要进行最后一步操作,就是再入大气层。这是一个非常危险的阶段,因为轨道模块需要以高速穿越大气层,并承受巨大的空气阻力和摩擦热。为了保护宇航员和航天器,轨道模块需要有一个特殊的外壳,叫做再入舱。再入舱的表面覆盖了一层能够耐高温、隔热、燃烧和蒸发的材料,叫做热防护系统。当再入舱进入大气层时,它会形成一个高温的等离子体层,在其周围形成一个强烈的冲击波。这个现象叫做火焰包裹效应。火焰包裹效应会使再入舱与外界失去通信,并产生巨大的加速度和震动。为了减小这些影响,再入舱需要以一个合适的角度和方向进入大气层,并利用自身的形状产生一定的升力和阻力。

当再入舱降低到一定高度和速度时,它会弹出一个降落伞,进一步减速并稳定姿态。最后,在距离地面几百米时,再入舱会释放出一些气体或固体火箭推进剂,进行最后一次减速,并缓冲着陆冲击。这个过程叫做软着陆。

这样,登月后返回地球的过程就完成了。从登月到返回地球,整个过程需要经历多次复杂而精密的操作和控制,每一步都有可能出现故障或意外。因此,能够成功完成这样一项壮举,是人类智慧和勇气的体现。