探訪月球另一面

文楊羊/整理

北京時(shí)間2019年1月3日10：26，中國第二顆月球著陸器嫦娥四號成功實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面降落，并在11：40通過中繼衛(wèi)星傳回人類歷史上第一幅月球背面的地表圖像，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)刷屏狂潮。

第一張近距離拍攝的月背影像圖

從嫦娥一號拍攝的全月球影像圖到嫦娥二號首次實(shí)現(xiàn)對小行星的飛越探測，再到嫦娥三號成功實(shí)現(xiàn)落月夢想，中國探月工程自2004年啟動以來取得一個(gè)又一個(gè)突破，對月球及深空探測的持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。此次嫦娥四號登陸月球背面將開啟人類探測月球的新篇章。

月球背面有什么

月球背面有什么？有人說有外星人，有人說有飛碟甚至二戰(zhàn)飛機(jī)等，這些說法都沒有科學(xué)依據(jù)。

1959年，蘇聯(lián)發(fā)射的月球2號探測器在飛越月球時(shí)第一次拍到了月球背面的圖像。20世紀(jì)六七十年代，美國和蘇聯(lián)的月球探測器多次獲得月球背面圖像，阿波羅8號宇航員還飛到月球背面，看到了月球之背的荒涼景象。

21世紀(jì)以來，美國、中國、印度、日本、歐洲的探測器對月球進(jìn)行了更高分辨率的探測。2009年6月19日，美國發(fā)射的月球勘測軌道器獲得了分辨率優(yōu)于1米的全月球影像，可以清晰辨認(rèn)阿波羅登月時(shí)遺留在月球表面的月球車、登月艙等，當(dāng)然也包括月球背面的高清影像。

自2003年以來，已經(jīng)有包括嫦娥一號、二號、三號在內(nèi)的11個(gè)月球探測器飛臨月球，獲得了大量月球背面的探測數(shù)據(jù)，包括地形地貌、物質(zhì)成分等詳細(xì)信息。

所有這些探月任務(wù)都沒有在月球背面發(fā)現(xiàn)外星人的基地，也沒有發(fā)現(xiàn)任何人工建筑物或人為活動的痕跡。月球背面看起來只是一片保存了幾十億年之久的荒涼大陸。

為什么看不到月球背面

為什么地球上的人們無法觀察到月亮的另一面？這要從月球最初形成時(shí)說起。

一般認(rèn)為，月球形成于大約45億年前，就在地球形成后不久。關(guān)于它的起源有多種假說，其中最受科學(xué)界青睞的是“大碰撞分裂說”——地球在形成早期受到一顆火星大小的天體撞擊，撞擊出的碎片逐漸形成了月球。

月球形成時(shí)的公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)并不同步。那時(shí)的月球在地球重力的牽引下形成了一個(gè)橢圓形的球體，其長球端面向地球。由于公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)不同步，月球的長球端會逐漸背離地球，但地球的引力又會將它牽拉回來。同時(shí)，這種不斷的牽拉作用會影響月球的自轉(zhuǎn)速度。

經(jīng)過一千年左右的“拉拉扯扯”，地球逐漸調(diào)整好月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了潮汐鎖定。

人們看到的月球也并非是剛剛好的一半。因?yàn)樵虑虻臋E圓形軌道使它的自轉(zhuǎn)軸相對地球傾斜，就產(chǎn)生了“月球的四季”，在這種情況下，我們可以多看到9%的月球，但仍有41%的月球無法看到。

探測月球背面有多難

在月球背面飛行和著陸的探測器由于月球本身的阻擋，不能直接與地球表面進(jìn)行無線電通信。地面控制人員無法了解飛船的運(yùn)行狀況，也無法把測控信號傳輸給飛船。

嫦娥四號巡視器車輪

飛行在月球上空數(shù)十至上百千米高度的探月衛(wèi)星在通信中斷的情況下還可以依照慣性保持原姿態(tài)繼續(xù)飛行，而月球車或登月艙要成功在月球背面著陸就需要實(shí)時(shí)測量飛行軌道，發(fā)送測控信號以調(diào)整降落速度和著陸姿態(tài)。因此，要確保嫦娥四號在月球背面安全著陸，首先需發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星，建立探測器和地面之間的通信，通過中繼衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)和發(fā)送測控信號。

此外還需要解決探測器在復(fù)雜地形的安全著陸難題。月球背面到處都是高山和撞擊坑，可供選擇的著陸區(qū)范圍只有正面的1/8。嫦娥三號著陸時(shí)可供選擇的區(qū)域范圍長約300千米、寬約90千米，而嫦娥四號只能在有限的撞擊坑內(nèi)尋找相對平坦的位置作為著陸區(qū)，選擇范圍長、寬各為十幾千米。

在復(fù)雜的地形中，嫦娥四號要做到近乎垂直降落，著陸時(shí)間短、航程短，風(fēng)險(xiǎn)無疑較大。

探測月球背面的意義

接收遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的射電輻射是研究天體的重要手段，被稱為射電觀測。由于這些天體的距離遙遠(yuǎn)，發(fā)出的信號十分微弱，地球上“喧鬧”的電磁環(huán)境會對射電天文觀測產(chǎn)生干擾。所以天文學(xué)家一直希望找到一片完全安靜的區(qū)域，監(jiān)聽來自宇宙深處的微弱電磁信號。

月球背面屏蔽了來自地球的各種無線電干擾信號，因而可以監(jiān)測到地面無法分辨的電磁信號，為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

此外，月球背面保留著更原始的狀態(tài)，具有不同于正面的地質(zhì)構(gòu)造，對研究月球和地球的早期歷史具有重要價(jià)值。

延伸閱讀：

潮汐鎖定

天文學(xué)中把由于重力梯度使天體永遠(yuǎn)以同一面對著另一個(gè)天體的現(xiàn)象稱為潮汐鎖定。

潮汐鎖定現(xiàn)象在宇宙中十分普遍，如太陽系中，地球鎖定了月球，火星鎖定了2顆衛(wèi)星，木星鎖定了8顆衛(wèi)星，土星鎖定了15顆衛(wèi)星，天王星鎖定了5顆衛(wèi)星，海王星鎖定了2顆衛(wèi)星。

以上例子中行星的個(gè)頭都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其鎖定的衛(wèi)星，然而，潮汐鎖定是一種相互的影響，不僅僅作用于個(gè)頭較小的衛(wèi)星，對于行星也有影響。比如地球潮汐鎖定了月球，同時(shí)地球也受月球的影響，自轉(zhuǎn)逐漸減緩。

如果兩個(gè)相互影響的天體個(gè)頭相差不大，那么就有可能產(chǎn)生相互潮汐鎖定的現(xiàn)象，比如矮行星冥王星和它的衛(wèi)星卡戎就是這樣，它們之間相互潮汐鎖定，只能從冥王星的一個(gè)半球看見卡戎，反之亦然。