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“嫦娥”再奔月 緣何向“背面”
發布時間:2018-12-11   文章來源 : 中國青年報   字號:
 

  備受期待的年終“航天大戲”終于來了。
  
  12月8日2時23分,嫦娥四號探測器從西昌衛星發射中心出發,向遙遠的月球飛去,人類首次月球背面軟著陸巡視探測的大幕正式拉開。
  
  千百年來,月亮一直是人類心中的神秘之所,思鄉的情懷、探索宇宙的渴望,都交織在“舉頭望明月”的目光中。此前,我國探月工程也曾分別實施嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號等任務,對月球進行探測。然而,中國人及其探測器目光所及之處,僅僅是月亮的正面。
  
  月球背面究竟是什么樣,嫦娥四號將第一次“身臨其境”地“觸摸”它。
  
  此前100多個人類探測器都未曾到過“背面”?
  
  很多人看過月球照片,也見過大大小小的月球模型,卻很難想象,站在地球上的人類自己,竟然看不到月亮的背面。
  
  中國工程院院士、中國探月工程總設計師吳偉仁給出過這樣一個解釋:由于月球的自轉周期恰好等于公轉周期,且都是逆時針方向,加上被地球潮汐鎖定,地球強大的引力讓月球總是一面朝向地球——所以站在地球上的人類,只能看見月球的正面,而背面永遠也看不見。
  
  要想看到,人類只能借助科學技術,“延伸自己的視力”。比如,研制能夠飛向太空的探測器。
  
  1959年10月7日,蘇聯“月球三號”探測器傳回月球背面的第一張照片后,月球背面的“真容”第一次被揭開了。
  
  依照這些珍貴的照片資料,蘇聯在1960年11月6日出版了第一份月球背面地圖;一年之后,蘇聯又制作了第一個月球儀,更加清晰地呈現出月球背面的初步特征。
  
  乍一看,月球背面這張“面孔”并不漂亮,隕石坑的數量比月球正面要多得多,放眼望去隨處可見,密密麻麻;月球背面的“皺紋”也比較多,布滿了溝壑、峽谷和懸崖,而月球正面相對平坦的地方比較多。
  
  那里還有幾處巨大的“暗瘡”,與月面的普通物質相比,月背暗斑中的物質有很大不同,這種現象似乎能夠說明月球背面由于毫無遮攔地暴露在太空里,而遭遇了大量天體的直接撞擊。
  
  1965年7月20日,蘇聯“探測器三號”傳送回了25張畫質更好的月球背面照片,從照片中可以看到月球背面有一條長數千百米的鏈狀隕石坑。
  
  至于人類第一次與月球背面“面對面”,則發生在3年后,即1968年。那是“阿波羅八號”進行載人登月任務試驗時,宇航員威廉·安德斯看到的。
  
  按照他的描述,“月球背面看起來像我在孩提時玩過的沙堆,它們全都被翻起來,沒有邊界,到處是一些碰撞痕和坑洞”。
  
  從那時開始,“阿波羅十號”一直到“阿波羅十七號”的宇航員都曾看到過月球的背面。
  
  然而,60年過去,人類已經發射了100多個月球探測器,其中包括65個月球著陸器,卻僅有不載人的環繞月球軌道器和載人的阿波羅號“看到過”月球背面。
  
  換句話說,至今沒有任何一個月球探測器能夠實現在月球背面軟著陸,目前得到的有關月球背面信息,也都是通過遙感探測和所拍照片獲得的。
  
  探月工程副總指揮、國家國防科工局探月與航天工程中心主任劉繼忠說,“正因如此,關于月球背面存在著許多猜測,并出現在各種科幻小說和電影中。”
  
  而這,也是中國選擇將嫦娥四號送到月球背面的一個原因:一探究竟。
  
  把“天文臺”搬到了月球背面?
  
  中國科學院院士、中國航天科技集團科技委主任包為民告訴記者,曾有人問他,為什么一定要到月球背面去,甚至還有不少人說:“美國人都登月了,為什么中國還要探測月球?”
  
  他說,過去人類探月只探測了一些局部區域,到月球背面去,就可能發現一些在月球正面沒有得到的數據,而這具有“發現”意義。
  
  比如,月球背面是個“厚臉皮”——其月殼從整體來講比正面更厚一些,但究竟是什么原因導致月殼厚度不一樣,眾說紛紜,成為天文學界的未解之謎。
  
  在中國科學院月球與深空探測總體部主任鄒永廖看來,這個“看不見”的一面,對人類認識月球甚至宇宙都十分重要,因為無論是物質成分、形貌構造,還是巖石年齡,月球背面和正面都有很大差異。
  
  他還表示,針對月球背面的探測,還可以推動月基科學研究的不斷深入。
  
  月球背面沒有來自地球無線電波的干擾,是進行射電天文觀測的最佳場所,如果能利用這一自然地形架設無線電望遠鏡,就好比把“天文臺”搬到了月球背面。“這是天文學家夢寐以求的,可以填補射電天文領域在低頻觀測段的空白。”鄒永廖說。
  
  按照計劃,嫦娥四號著陸器在月球背面軟著陸后,將開展月基低頻射電天文觀測研究,可以進一步認識月球的演化細節,研究宇宙起源和星球起源等;而對月表環境里的中子輻射劑量、中性原子等探測,可以研究宇宙粒子輻射和太陽風,預計可獲得一批原創性科學成果。
  
  月球背面探測,還將有助于推動月球資源的研究和開發利用。鄒永廖說,月球蘊藏著豐富的礦產和能源資源,而開發和利用月球資源,是人類探測月球的源動力之一。
  
  近年來,美國等國家相繼制定了月球背面資源調查研究計劃。鄒永廖說,通過嫦娥四號對著陸區地形地貌、礦物組分、巡視區淺層結構、地幔物質等進行科學探測與研究,將為月球資源的開發利用提供極有價值的第一手資料。
  
  當然,嫦娥四號的科學和工程目標遠不止于此。
  
  鄒永廖認為,對于任何一個地外天體而言,探測其空間和表面環境、地形地貌、物質成分、內部結構等,是遠遠不夠的,還應從比較行星學的方法論出發,系統地開展對地球、火星、月球等天體的比較研究,這樣才能更好地認識它們。“從這個意義上講,嫦娥四號對后續深空探測有重要意義。”
  
  此次任務落月點是一塊“處女地”?
  
  嫦娥四號探測器由航天科技集團五院負責總研制,按照該院科研人員的說法,由于月球背面探測的難度,嫦娥四號要完成前無古人的月球背面之旅,面臨幾大技術難點:地月拉格朗日L2平動點軌道精確設計與控制,地月拉格朗日L2點遠距離數據中繼,復雜地形環境下的安全著陸等。
  
  要突破這些技術難點,我國航天界不得不為此完成3個國際首次:首次月球背面軟著陸和巡視探測、首次月球拉格朗日L2點中繼與探測、首次月基低頻射電天文觀測,以及國內首次實測月夜期間淺層月壤溫度。
  
  “這一重大科學創新工程的實施,將推動航天技術和其他科學領域相關技術的持續發展。”劉繼忠說,從表面上看,在月球背面和正面著陸在“落月”本質上沒有區別,實際上,實現在月球背面軟著陸和巡視探測,是工程技術和空間科學的雙重跨越和創新。
  
  根據計劃,嫦娥四號將會降落到90%的面積都分布在月球背面的艾肯盆地上。
  
  月球分為三大地體,即克里普巖地體、斜長高地巖地體、艾肯盆地地體,其中前兩個地體美國、蘇聯都曾著陸和探測過,只有艾肯盆地地體沒有近距離探測過。鄒永廖說:“這里可謂一塊‘處女地’,在科學上會有很多新的發現。”
  
  他進一步解釋,艾肯盆地是目前發現的太陽系固體天體中最大最深的盆地,直徑大概2500公里,深度約12公里,對其進行探測可以獲取月球深部物質的信息。
  
  更讓他感興趣的是,艾肯盆地被科學界認為是39億年前撞擊形成的,但按照常規理論,撞擊密度、頻度、強度越大,形成時間應該越早,“為什么這個峰值出現在39億年而不是更早?”
    
  吳偉仁說,一般認為,這個盆地有可能是當時宇宙大爆炸或者后來小天體撞擊形成的,隱含著宇宙最早的一些信息,“在此地探測,有助于我們獲取月球深部物質的信息”。
  
  然而,由于目前還沒有宇航員或月球車登上月球的背面,人類對它的詳細情況除了借助照片判斷,其他知之不多。
正在飛向月球的嫦娥四號,將為人類揭開月球背面的神秘面紗邁出了關鍵一步。鄒永廖很期待,或許,嫦娥四號到艾肯盆地開展精細探測,就可以打開“39億年撞擊峰值”這個科學之謎。

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