100多個人類探測器都未曾到過“背面”?為什麼中國能做到

剛剛,嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面的南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑內

這是人類探測器首次軟著陸在月球背面!


100多個人類探測器都未曾到過“背面”?為什麼中國能做到

▲此圖片為嫦娥四號著陸器拍攝的著陸點南側月球背面圖像,巡視器將朝此方向駛向月球表面。


100多個人類探測器都未曾到過“背面”?為什麼中國能做到

▲此圖片為嫦娥四號探測器動力下降過程降落相機拍攝的圖像。


100多個人類探測器都未曾到過“背面”?為什麼中國能做到

▲此圖片為嫦娥四號探測器月球背面軟著陸後降落相機拍攝的圖像。

來自國防科工局、國家航天局的消息顯示,1月3日上午10時26分,嫦娥四號探測器成功著陸在月球背面東經177.6度、南緯45.5 度附近的預選著陸區,並通過“鵲橋”中繼星傳回了世界第一張近距離拍攝的月背影像圖,揭開了古老月背的神秘面紗。

此次任務實現了人類探測器首次月背軟著陸、首次月背與地球的中繼通信,開啟了人類月球探測新篇章。

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:由於月球的自轉週期恰好等於公轉週期,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,人類只能藉助科學技術,“延伸自己的視力”。比如,研製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後,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;一年之後,蘇聯又製作了第一個月球儀,更加清晰地呈現出月球背面的初步特徵。


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▲月球背面

乍一看,月球背面這張“面孔”並不漂亮,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,佈滿了溝壑、峽谷和懸崖,而月球正面相對平坦的地方比較多。

那裡還有幾處巨大的“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於毫無遮攔地暴露在太空裡,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。

至於人類第一次與月球背面“面對面”,則發生在3年後,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。


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▲美宇航局製成的清晰月球背面圖

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,關於月球背面存在著許多猜測,並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,為什麼一定要到月球背面去,甚至還有不少人說:“美國人都登月了,為什麼中國還要探測月球?”

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,但究竟是什麼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,還是岩石年齡,月球背面和正面都有很大差異。


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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後,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;而對月表環境裡的中子輻射劑量、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。


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月球背面探測,還將有助於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於此。

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鄒永廖認為,對於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,嫦娥四號對後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製,按照該院科研人員的說法,由於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;複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。


100多個人類探測器都未曾到過“背面”?為什麼中國能做到


“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%的面積都分佈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:“這裡可謂一塊‘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。

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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,“為什麼這個峰值出現在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後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,有助於我們獲取月球深部物質的信息”。

然而,由於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藉助照片判斷,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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