本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：邵静莹，题图来自：《流浪地球2》
开启了中国硬核科幻电影元年的《流浪地球》时隔四年推出系列电影第二部——《流浪地球2》，在春节期间票房成绩不俗、大放异彩。跌宕起伏的剧情和充满想象力的科幻奇观让人欲罢不能，电影虽然对未来的世界进行了天马行空的想象，但也并不是完全虚构的，电影的设定完全符合已有的空间科学知识，并且以此为基础进行科幻视角的再次演绎。其中《流浪地球2》对月球刻画让人印象深刻，严谨科学的工程设计与美轮美奂的美学设计相辅相成，让月球上的视觉景观分外出彩，烘托了电影的气氛，也贡献了很多名场面，比如张鹏于月球之上遥望地球，悲怆荒凉之中心怀延续人类文明的希望。
月球上着墨最多、最震撼的就是坎帕努斯（Copernicus Crater），无论是前期建设发动机试验机还是最后在相控矩阵中的无声爆破，都给笔者留下了深刻印象。电影中为了验证移山计划的可行性，联合政府分别在地球上的加蓬首都利伯维尔以及月球上的坎帕努斯环形山建造发动机试验机，为什么会选择坎帕努斯环形山（Copernicus Crater）？它的背后还有那些秘密？本文将带你一起解密。
一、联合政府选址坎帕努斯的原因
联合政府坎帕努斯联合实验基地（UEG Joint Research Base〔Campanus〕）：位于月球坎帕努斯环形山（Campanus），是联合政府在月球修建的基地，由俄罗斯主导修建。基地内包括两个火箭发射台，居住区，月球车停放区，太阳能发电区，氦-3开采设施以及卫星发动机。该基地主要用于月面卫星发动机的建设统筹以及开采发动机点火装置——火石所需要的氦-3能源。
从电影中也能看到环形山的外围放射状的布满了氦3原料采集矿坑，而卫星发动机一号试验机（The Moving Mountain Project Planetary Engine〔No.1 Planetary Test Engine〕）则倚靠着环形山内壁。这样灵活的运用环形山结构的设计使发动机结构与月球表面嵌合，以保证最大的推进功率。
发动机由前端坝体、发动机机体、缓冲墙三部分组成，绵延数十公里，喷口正向坎帕努斯环形山山口，主喷口和次喷口总计11个，呈横向对称式排列；修造发动机的机器人留下的材料挖掘矩形痕迹可从月球轨道上清晰观测。可行性验证后更名为逐月一号发动机（Lunar 1 Staellite Enigine），最终于2058年“月球坠落危机”中受MOSS控制过载爆炸，成为危机的开端。
坎帕努斯环形山（Copernicus Crater）作为月球上最显眼的环形山之一，其特殊之处在于其较大的尺寸以及明显的内部结构——这也是笔者推测联合政府选择在坎帕努斯建造发动机试验机的原因。
坎帕努斯环形山直径是月球上大多数环形山的3倍以上，便于开展大型的月球建设。同时它还具有稳定性，已有研究表明越大的陨石坑退化得越慢[1]，坎帕努斯作为月球上规模最大的环形山之一，岩石结构和理化特性不会在短时间发生急剧变化。
另外，坎帕努斯环形山经历过极端的地质动力作用，有明显的冲击抛物面和冲击墙，内部有多个高山和山丘，这些内部结构和地貌特征利于嵌入式结构建设的开展：
前端坝体：厚重的坝体横向25公里、纵深20公里、高度3.7公里。深嵌在环形山壁上，原本2.3公里的环形山深度在靠近发动机位置又向下开垦了1400米，坝体通过3D打印建造和环形山基础紧密构建。
发动机机体：机体处于结构中轴线，长度20公里、宽3.3公里、高1.8公里。前段为发动机喷口，中后段是纵向布置的反应炉区域。机体两侧通过联动机械与两侧坝体连接，为发动机喷射提供减震缓冲作用。
缓冲墙：发动机后半段是延伸上百公里的缓冲墙，连续的巨型正方体由减震结构串联，与月球刚体连接成一体，承受发动机的所有推力以此推动月球。
二、踏上坎帕努斯环形山：从登陆到发现
第一次探索月球环形山是在1969年，美国宇航员Neil Armstrong和Edwin Buzz Aldrin在阿波罗11号任务中成功登陆月球并进行了环形山探测。坎帕努斯环形山（Copernicus Crater）就是也在此次任务中得到了大量的观测[2]，经过科学家们的数十年的研究，它已经成为地质学上一个非常重要的月球坑状物。坎帕努斯环形山精确坐标为27.9°W，28.04°S，环形山直径约93公里，深度约2.3千米，可能是由8亿年前小行星495尤拉利亚的母体破裂的碎片形成的[3]。
坎帕努斯环形山（Copernicus Crater）内的岩石和土壤提供了有关月球的历史和构造的有价值信息。它证明了月球在其历史上曾经出现过火山活动、证明了月球曾经有过内部热源、也证明了月球曾经遭受过撞击事件。
目前，许多国家和组织正在进行新一轮的月球探测任务，以更深入地了解月球的地质结构。中国已经完成了两次月球探测任务，并在未来计划进行更多的探测和科学实验；美国计划在2024年再次登月，并在未来几年内建立月球试验基地；欧盟和俄罗斯也正在研究和开发月球探测器，以更深入地了解月球的地质结构和历史。月球探测任务是一项具有挑战性和重要意义的科学任务，它将帮助我们更深刻的了解月球在形成过程中的构造和演化[4]；此外，甚至还能帮助我们了解太阳系形成和演化的历史[5]。
三、月球的地质宝藏
近年来，随着技术的进步，人类还通过月球车和月球探测器进行了更深入和详细的探测。这些探测使我们对月球环形山的形成和演变有了更深入的了解，也发现了更多的地貌特征，为未来的月球探险提供了更多的信息和线索。
除了坎帕努斯环形山，月球上有许多著名的地貌特征：
1. Tycho Crater：位于月球南极地区，是一个很好看的环形山。Tycho Crater有着非常鲜明的特征，如其光亮的岩石堆积和高于周围地面的墙壁。这些特征使得Tycho Crater是月球表面上的一个显眼的地貌特征，同时也是科学家研究月球表面地貌的重要地点。
2. Aristarchus Plateau：位于月球西北部，是一个大型高原，面积约为350 x 50公里，高度约为3公里。Aristarchus Plateau是月球表面最亮且最活跃的区域之一，具有很高的科学价值。该高原具有鲜明的地貌特征，如断层、山脉、沟壑和峡谷。它是由火山活动、冲击撞击和冰川河流等地质过程形成的。Aristarchus Plateau还是月球上的一个富含铀、铅和锡的区域，可能是探测月球资源的重要地点。
3. Mountain Rima Ariadaeus：位于月球赤道地区，是一个非常独特的线性沟。一些科学家认为，线状细沟可能是在大型撞击事件后形成的，而另一些科学家则认为，细沟是在月球仍处于火山活动状态时，作为深层堤防系统的表面表现而形成的。甚至有少数学者认为这证明了：月球是由两个小星体合二为一而形成的……总之，独特的线性结构给了科学家很多想象的空间。
4. Kepler Crater：位于月球南部，是一个非常引人注目的环形山，它最著名的是覆盖周围的射线系统（ray system）。射线延伸超过 300 公里，与其他陨石坑的射线重叠。一个小的喷射线状物围绕着Kepler Crater的边缘的外部，外壁略呈多边形，内墙倾斜并略呈阶梯状，像一朵盛开的花朵，可以说是月球上比较具有文艺气息的地貌了。
四、结语
月球上的坎帕努斯环形山，是探索宇宙奥秘不可忽视的证据。宇宙是一张巨大的地图，我们试图在上面找到自己的位置，并打开一扇看向宇宙的天窗。在《流浪地球2》的科幻视角中，科学与美学交织融合，绘制了人类对月球开发与利用的想象世界。不仅帮助我们回忆一路走来的探索之旅，更带给我们无限的想象力与科学启发。
参考文献：
[1] BASILEVSKY A， KOZLOVA N， ZAVYALOV I Y， et al. Morphometric studies of the Copernicus and Tycho secondary craters on the moon: Dependence of crater degradation rate on crater size [J]. Planetary and Space Science， 2018， 162: 31-40.
[2] GAST P， GORNITZ V， JASTROW R， et al. Lunar science prior to Apollo 11 [R]: NASA， 1969.
[3] TERADA K， MOROTA T， KATO M. Asteroid shower on the Earth-Moon system immediately before the Cryogenian period revealed by KAGUYA [J]. Nature Communications， 2020， 11(1): 3453.
[4] WILHELMS D E， MCCAULEY J F， TRASK N J. The geologic history of the Moon [R]， 1987.
[5] HARTMANN W K. Paleocratering of the Moon: Review of post-Apollo data [J]. Astrophysics and Space Science， 1972， 17: 48-64.
本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：邵静莹