探秘月球背面

沈臻懿

月球不僅是距離地球最近的自然天體，也是地球唯一的天然衛(wèi)星。當(dāng)我們仰望夜空，除了滿眼閃爍的星星外，還有一輪明月高掛空中。38.4萬公里外的月球，在與地球相伴數(shù)十億年間，對(duì)地球文明帶來了深遠(yuǎn)的影響。自古以來，人類對(duì)月球的探索就從未停歇。不過，我們目光所及的更多是月球的正面；對(duì)于望遠(yuǎn)鏡無法窺探的月球背面，人類依舊懷抱著無盡的想象和好奇！

人們不免會(huì)問，為何月球總是只有一面對(duì)著地球呢？直到人類對(duì)于引力作用有了科學(xué)的認(rèn)識(shí)后，這一謎團(tuán)才得以揭開。原來，潮汐力的存在，令月球的自轉(zhuǎn)與圍繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同。地球引力作用于月球，便引起了潮汐。反之，月球引力也作用于地球。不過，鑒于地球體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于月球，因而地球潮汐變化并不顯著。正是由于這一相互作用，月球才得以被“固定”在某一特殊位置，這也使得我們只能看到月球的一面，而其另一面似乎始終隱藏于陰影之中。如果說，這一解釋仍有些抽象的話，我們可以試想一下用一根繩子將皮球綁住后轉(zhuǎn)圈的情形；我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，被繩子綁住的皮球總是只有一面朝向轉(zhuǎn)圈者。如果將皮球看作是月球的話，那根拴緊的繩子，便是地月間的潮汐引力。人類雖然無法從地球上直接觀測(cè)月球背面，但科學(xué)家們通過雷達(dá)、太空探測(cè)器等各類技術(shù)，已經(jīng)持續(xù)展開了對(duì)于月球背面的研究。

月球不僅是距離地球最近的自然天體，也是地球唯一的天然衛(wèi)星；38.4萬公里之外的月球，在與地球相伴數(shù)十億年間給地球文ded79514e1eea2ca2d7cb003ff0b0523fa02f669747603ae8e1db460ef36c7a8明帶來了深遠(yuǎn)影響

1959年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射的月球3號(hào)探測(cè)器，成為人類歷史上首個(gè)拍攝到月球背面照片的航天器。其在飛過月球背面時(shí)拍攝的29張照片，覆蓋了月球背面70%的區(qū)域。盡管最后得到的照片清晰率較低，但其還是記錄了人類第一次對(duì)月球背面的觀察，向人類呈現(xiàn)出此前從未見到的景象。從20世紀(jì)60年代末起，人類曾啟動(dòng)過7次載人登月任務(wù)，共12名宇航員登陸了月球表面。不過，人類首先實(shí)現(xiàn)月球背面軟著陸，還是近幾年的事情。2019年1月3日10時(shí)26分，我國嫦娥四號(hào)探測(cè)器順利在月背預(yù)選區(qū)馮·卡門撞擊坑內(nèi)（地點(diǎn)東經(jīng)177.5991°，南緯45.4446°）實(shí)施軟著陸，標(biāo)志著人類歷史上首次實(shí)現(xiàn)了在月球背面的軟著陸和巡視勘察、首次實(shí)現(xiàn)了月球背面同地球的中繼通信，并通過“鵲橋號(hào)”中繼衛(wèi)星傳回了世界上首張近距離拍攝的月球背面照片。

由于月球自轉(zhuǎn)周期與其圍繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同，使得月球41%左右的月面始終背對(duì)地球。航天器一旦飛到月球背面，就無法通過直接無線電通信同地球聯(lián)系。這也是長期以來，人類航天器難以在月球背面著陸和探測(cè)的一大原因。為了解決這一超級(jí)難題，就必須在太空中架起“鵲橋”，從而將月球背面和地球相“連接”。為此，科學(xué)家們首先需要將作為“鵲橋”的中繼衛(wèi)星發(fā)射至月球軌道，以實(shí)現(xiàn)地球、中繼衛(wèi)星和月球背面航天器之間的通信。

作為通信衛(wèi)星的中繼衛(wèi)星，被譽(yù)為“衛(wèi)星中的衛(wèi)星”。其任務(wù)就是為航天器等傳輸數(shù)據(jù)，并建立起航天器和地面測(cè)控網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系。這就要求中繼衛(wèi)星既能“直視”月背，又能“見到”地球。由于中繼衛(wèi)星承擔(dān)著為月球背面的航天器著陸傳輸信息的任務(wù)，其位置只能處于月球背面。然而，在深邃無垠的茫茫宇宙中，最為適合中繼衛(wèi)星這一“鵲橋”的位置又在哪里呢？

對(duì)于月球背面的探索，不僅可以揭開月背的“神秘面紗”，還可為人類提供有關(guān)月球形成和地質(zhì)演變的全新視角

艾特肯盆地的直徑將近2500公里，最深處約12公里，是人類在整個(gè)太陽系中發(fā)現(xiàn)的最古老、最大的隕石坑

眾所周知，牛頓提出的物體之間相互作用的萬有引力，對(duì)天體運(yùn)動(dòng)有著決定性的作用。但三個(gè)天體之間的作用力關(guān)系則尤為復(fù)雜，亦被稱之為“三體問題”（Three-Body Problem）。三個(gè)天體中，有些點(diǎn)的位置極為特殊。在這些點(diǎn)上，最小的天體相對(duì)于其他兩個(gè)大天體來說基本保持著靜止。而這些點(diǎn)，則被稱之為拉格朗日點(diǎn)。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，特殊的空間位置以及天體力學(xué)的特點(diǎn)，使得拉格朗日點(diǎn)成為空間探測(cè)的最優(yōu)位置。因而，月球背面一側(cè)的拉格朗日L2點(diǎn)也就成了科學(xué)家們選定的中繼衛(wèi)星放置點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于中繼通信的覆蓋。拉格朗日L2點(diǎn)正好處于地月之間的引力平衡點(diǎn)，中繼衛(wèi)星在此接收到來自地球的信號(hào)后，可轉(zhuǎn)發(fā)給位于月球背面的航天器，同時(shí)也可將航天器上的圖像和數(shù)據(jù)傳回地球。有意思的是，中繼衛(wèi)星在該點(diǎn)繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期和月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的周期相同，故用以維系L2點(diǎn)所需的能源亦相對(duì)較少。

人類對(duì)于月球背面的探索，不僅可以揭開月背的“神秘面紗”，還可為人類提供有關(guān)月球形成和地質(zhì)演變的全新視角。整體而言，月球背面相較于月球正面更為古老，還存在著目前太陽系中已知的最大撞擊坑之一的——艾特肯盆地（South Pole-Aitken Basin）。2023年9月29日，據(jù)中國國家航天局官網(wǎng)報(bào)道，探月工程嫦娥六號(hào)計(jì)劃將于2024年上半年發(fā)射。人類歷史上已先后有過10次月球采樣返回，但均位于月球的正面。此次嫦娥六號(hào)的任務(wù)，則是月球背面采樣返回，以期能夠?qū)Σ煌挲g和地域的月壤進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和采集。

根據(jù)物質(zhì)成分與地貌特征的不同，月球可分為克里普巖地體、斜長高地巖地體和艾特肯盆地三大地體。艾特肯盆地的直徑將近2500公里，最深處約12公里，是人類在整個(gè)太陽系中發(fā)現(xiàn)的最古老、最大的隕石坑。面對(duì)如此巨大的撞擊坑，可以想象彼時(shí)的撞擊程度有多劇烈！科學(xué)家們分析，這一撞擊坑在43億年前形成。也就是說，月球在形成不到10億年間就遭到了撞擊。該次撞擊直達(dá)月球地幔，很有可能導(dǎo)致大量月球地幔物質(zhì)沖出表面。加之彼時(shí)的月球活動(dòng)極為活躍，地幔物質(zhì)甚至還可能包括了部分月核物質(zhì)。

為了更好地實(shí)現(xiàn)月球背面的航天器和地球之間的通信，新研制的“鵲橋二號(hào)”中繼衛(wèi)星計(jì)劃于2024年上半年發(fā)射，并先期抵達(dá)拉格朗日L2點(diǎn)。而承擔(dān)月球背面采樣任務(wù)的嫦娥六號(hào)，主要由上升器、著陸器、返回器、軌道器等結(jié)構(gòu)組成，目標(biāo)則是采集2千克月球樣品。同時(shí)，嫦娥六號(hào)還搭載了法國氡氣探測(cè)儀、歐空局負(fù)離子探測(cè)儀、意大利激光角反射鏡和巴基斯坦立方形等國家的載荷和衛(wèi)星。屆時(shí)，當(dāng)嫦娥六號(hào)著陸月球背面，并從月背采集樣品返回地球后，人們便可知曉更多有關(guān)月球背面的秘密！

編輯：黃靈? ? yeshzhwu@foxmail.com