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                                    “天質自清華”月壤展:在展覽中匯集歷史與未來

                                    2022-01-14    來源:科技日報 劉年凱    編輯:黃麗

                                    走馬館展

                                    近日,“天質自清華——來自月球的問候”展覽在清華大學科學博物館開幕。這次展覽將科學史與前沿科技相結合,是清華大學科學博物館一次新的展覽嘗試。

                                    本次展覽的主角是兩粒重量為13.1毫克的月壤,此外還有模擬月壤和嫦娥五號縮比模型組成的月球表面探測場景展示、地球玄武巖標本、激光燒結模擬月壤、硅酸鹽水泥月壤混凝土、硫磺月壤混凝土等實物,以及天文攝影作品和清華大學科學博物館館藏的18世紀望遠鏡及19世紀月地運行儀。

                                    從18世紀開始,望遠鏡成為人們觀測月球的必備儀器,展覽展出的這臺望遠鏡是英國倫敦的杰西·拉姆斯登在1795年前后制造的,鏡身上刻著“J·Ramsden London”,黃銅漆面,望遠鏡還可以調節鏡筒角度和焦距,現在成像視野依然清晰。

                                    杰西·拉姆斯登1735年出生于英格蘭的哈利法克斯,是英國數學家、天文和科學儀器制造商。1756年,21歲的拉姆斯登來到倫敦,在一家數學儀器制造商那里當學徒,并很快開辦了自己的公司。1765年,拉姆斯登與著名的透鏡和光學儀器制造商約翰·多倫德的女兒薩拉結婚,并獲得了多倫德消色差透鏡的專利。拉姆斯登成為歐洲18世紀下半葉最著名的儀器制造者。值得一提的是,1782年,拉姆斯登創造了被后世稱為“拉姆斯登目鏡”的目鏡,這個目鏡由兩個相似焦距的平凸透鏡組成,相距不到一個目鏡焦距。

                                    拉姆斯登1800年去世,他的儀器制造事業由他的工廠領班馬修·貝奇(Matthew Berge)繼承,直至1819年馬修去世前,當時歐洲的一些科學儀器上都刻有Berge字樣。

                                    月地運行儀又名“三球儀”——三球即月球、地球和太陽,是用來模擬地球、月球的公轉及自轉,以及晝夜變化、四季更替和日食月食的演示儀器。本次展出的這臺月地運行儀是布拉格的揚·費爾克爾(Jan Felkl)1880年前后制造的。揚·費爾克爾出生于波希米亞,在19世紀中后葉,他的公司可以生產用17種語言標記的地球儀、天體儀以及三球儀等。在1867年的巴黎世界展覽以及1873年的維也納世界展覽上,他的產品均有展出,值得一提的是,僅1873年一年,費爾克爾的公司就生產了1.5萬個地球儀。在1870年,他的小兒子成為公司合伙人,公司更名為費爾克爾父子公司,并在布拉格和維也納開設了分公司,成為歐洲領先的地球儀制造商,產品出口到整個歐洲和美國,用于學校、研究機構和家庭收藏。

                                    本次展出的這臺月地運行儀現在仍可使用,在立柱上方的插孔中放入一根點燃的蠟燭代表太陽,旋轉下方的搖柄,就可以使得地球儀和它旁邊的月球一起有規律地旋轉,面對蠟燭的明亮部分表示白天,背對蠟燭的黑暗部分代表黑夜。之后,隨著電力的普及,三球儀的太陽也開始用燈泡來替代。

                                    本次展覽的主角是兩顆月壤微粒。月壤,通俗地講是指月球表面粒徑小于10毫米的“土壤”,但與經歷了空氣、水、風、生命活動共同作用的地球土壤不同,月壤的形成主要受機械破碎作用——隕石撞擊、宇宙射線和太陽風的轟擊,其形成的影響因素還有月球表面溫差變化等。它的覆蓋厚度一般為4到5米,含有輝石、橄欖石、斜長石、鈦鐵礦等礦物碎屑,和玄武巖、斜長巖等原始結晶巖碎屑。

                                    土木工程是地球上人類生存生產的基本需求,而月球上的土木工程研究與應用,看似是遙遙無期的未來場景,但這種研究應該有長期儲備,當工程有需求時再開展研究可能為時已晚,超前的、充滿想象力而又具實踐性的研究已經在清華大學開展。比如,這次展出的激光燒結模擬月壤和微波燒結模擬月壤展項分別是用800瓦功率的激光和2450赫茲的微波加熱模擬月壤形成的月壤磚,硫磺月壤混凝土則使用硫作為膠結劑,使得模擬月壤顆粒黏結而實現固化。

                                    此外,本次展覽還有一件3D打印的月球科研站模型,這是清華大學土木系的馮鵬教授等研究人員基于模塊化、標準化的理念提出的,它采用充氣氣囊、月壤磚、月壤袋結構,充氣氣囊可以自主展開,主體結構構件則是月壤磚,外面則用月壤袋加以保護,這些構件最終使用機械臂拼裝——設計充滿了“未來感”。

                                    (作者系清華大學科學史系博士后)

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