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“嫦娥”再奔月 缘何向“背面”

2018-12-13 07:57 来源:中国青年报 参与互动 
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  “嫦娥”再奔月 缘何向“背面”

  中国青年报·中青在线记者 邱晨辉

  备受期待的年终“航天大戏”终于来了。

  12月8日2时23分,嫦娥四号探测器从西昌卫星发射中心出发,向遥远的月球飞去,人类首次月球背面软着陆巡视探测的大幕正式拉开。

  千百年来,月亮一直是人类心中的神秘之所,思乡的情怀、探索宇宙的渴望,都交织在“举头望明月”的目光中。此前,我国探月工程也曾分别实施嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号等任务,对月球进行探测。然而,中国人及其探测器目光所及之处,仅仅是月亮的正面。

  月球背面究竟是什么样,嫦娥四号将第一次“身临其境”地“触摸”它。

  此前100多个人类探测器都未曾到过“背面”?

  很多人看过月球照片,也见过大大小小的月球模型,却很难想象,站在地球上的人类自己,竟然看不到月亮的背面。

  中国工程院院士、中国探月工程总设计师吴伟仁给出过这样一个解释:由于月球的自转周期恰好等于公转周期,且都是逆时针方向,加上被地球潮汐锁定,地球强大的引力让月球总是一面朝向地球——所以站在地球上的人类,只能看见月球的正面,而背面永远也看不见。

  要想看到,人类只能借助科学技术,“延伸自己的视力”。比如,研制能够飞向太空的探测器。

  2018-12-13,苏联“月球三号”探测器传回月球背面的第一张照片后,月球背面的“真容”第一次被揭开了。

  依照这些珍贵的照片资料,苏联在2018-12-13出版了第一份月球背面地图;一年之后,苏联又制作了第一个月球仪,更加清晰地呈现出月球背面的初步特征。

  乍一看,月球背面这张“面孔”并不漂亮,陨石坑的数量比月球正面要多得多,放眼望去随处可见,密密麻麻;月球背面的“皱纹”也比较多,布满了沟壑、峡谷和悬崖,而月球正面相对平坦的地方比较多。

  那里还有几处巨大的“暗疮”,与月面的普通物质相比,月背暗斑中的物质有很大不同,这种现象似乎能够说明月球背面由于毫无遮拦地暴露在太空里,而遭遇了大量天体的直接撞击。

  2018-12-13,苏联“探测器三号”传送回了25张画质更好的月球背面照片,从照片中可以看到月球背面有一条长数千百米的链状陨石坑。

  至于人类第一次与月球背面“面对面”,则发生在3年后,即1968年。那是“阿波罗八号”进行载人登月任务试验时,宇航员威廉·安德斯看到的。

  按照他的描述,“月球背面看起来像我在孩提时玩过的沙堆,它们全都被翻起来,没有边界,到处是一些碰撞痕和坑洞”。

  从那时开始,“阿波罗十号”一直到“阿波罗十七号”的宇航员都曾看到过月球的背面。

  然而,60年过去,人类已经发射了100多个月球探测器,其中包括65个月球着陆器,却仅有不载人的环绕月球轨道器和载人的阿波罗号“看到过”月球背面。

  换句话说,至今没有任何一个月球探测器能够实现在月球背面软着陆,目前得到的有关月球背面信息,也都是通过遥感探测和所拍照片获得的。

  探月工程副总指挥、国家国防科工局探月与航天工程中心主任刘继忠说,“正因如此,关于月球背面存在着许多猜测,并出现在各种科幻小说和电影中。”

  而这,也是中国选择将嫦娥四号送到月球背面的一个原因:一探究竟。

  把“天文台”搬到了月球背面?

  中国科学院院士、中国航天科技集团科技委主任包为民告诉记者,曾有人问他,为什么一定要到月球背面去,甚至还有不少人说:“美国人都登月了,为什么中国还要探测月球?”

  他说,过去人类探月只探测了一些局部区域,到月球背面去,就可能发现一些在月球正面没有得到的数据,而这具有“发现”意义。

  比如,月球背面是个“厚脸皮”——其月壳从整体来讲比正面更厚一些,但究竟是什么原因导致月壳厚度不一样,众说纷纭,成为天文学界的未解之谜。

  在中国科学院月球与深空探测总体部主任邹永廖看来,这个“看不见”的一面,对人类认识月球甚至宇宙都十分重要,因为无论是物质成分、形貌构造,还是岩石年龄,月球背面和正面都有很大差异。

  他还表示,针对月球背面的探测,还可以推动月基科学研究的不断深入。

  月球背面没有来自地球无线电波的干扰,是进行射电天文观测的最佳场所,如果能利用这一自然地形架设无线电望远镜,就好比把“天文台”搬到了月球背面。“这是天文学家梦寐以求的,可以填补射电天文领域在低频观测段的空白。”邹永廖说。

  按照计划,嫦娥四号着陆器在月球背面软着陆后,将开展月基低频射电天文观测研究,可以进一步认识月球的演化细节,研究宇宙起源和星球起源等;而对月表环境里的中子辐射剂量、中性原子等探测,可以研究宇宙粒子辐射和太阳风,预计可获得一批原创性科学成果。

  月球背面探测,还将有助于推动月球资源的研究和开发利用。邹永廖说,月球蕴藏着丰富的矿产和能源资源,而开发和利用月球资源,是人类探测月球的源动力之一。

  近年来,美国等国家相继制定了月球背面资源调查研究计划。邹永廖说,通过嫦娥四号对着陆区地形地貌、矿物组分、巡视区浅层结构、地幔物质等进行科学探测与研究,将为月球资源的开发利用提供极有价值的第一手资料。

  当然,嫦娥四号的科学和工程目标远不止于此。

  邹永廖认为,对于任何一个地外天体而言,探测其空间和表面环境、地形地貌、物质成分、内部结构等,是远远不够的,还应从比较行星学的方法论出发,系统地开展对地球、火星、月球等天体的比较研究,这样才能更好地认识它们。“从这个意义上讲,嫦娥四号对后续深空探测有重要意义。”

  此次任务落月点是一块“处女地”?

  嫦娥四号探测器由航天科技集团五院负责总研制,按照该院科研人员的说法,由于月球背面探测的难度,嫦娥四号要完成前无古人的月球背面之旅,面临几大技术难点:地月拉格朗日L2平动点轨道精确设计与控制,地月拉格朗日L2点远距离数据中继,复杂地形环境下的安全着陆等。

  要突破这些技术难点,我国航天界不得不为此完成3个国际首次:首次月球背面软着陆和巡视探测、首次月球拉格朗日L2点中继与探测、首次月基低频射电天文观测,以及国内首次实测月夜期间浅层月壤温度。

  “这一重大科学创新工程的实施,将推动航天技术和其他科学领域相关技术的持续发展。”刘继忠说,从表面上看,在月球背面和正面着陆在“落月”本质上没有区别,实际上,实现在月球背面软着陆和巡视探测,是工程技术和空间科学的双重跨越和创新。

  根据计划,嫦娥四号将会降落到90%的面积都分布在月球背面的艾肯盆地上。

  月球分为三大地体,即克里普岩地体、斜长高地岩地体、艾肯盆地地体,其中前两个地体美国、苏联都曾着陆和探测过,只有艾肯盆地地体没有近距离探测过。邹永廖说:“这里可谓一块‘处女地’,在科学上会有很多新的发现。”

  他进一步解释,艾肯盆地是目前发现的太阳系固体天体中最大最深的盆地,直径大概2500公里,深度约12公里,对其进行探测可以获取月球深部物质的信息。

  更让他感兴趣的是,艾肯盆地被科学界认为是39亿年前撞击形成的,但按照常规理论,撞击密度、频度、强度越大,形成时间应该越早,“为什么这个峰值出现在39亿年而不是更早?”

  吴伟仁说,一般认为,这个盆地有可能是当时宇宙大爆炸或者后来小天体撞击形成的,隐含着宇宙最早的一些信息,“在此地探测,有助于我们获取月球深部物质的信息”。

  然而,由于目前还没有宇航员或月球车登上月球的背面,人类对它的详细情况除了借助照片判断,其他知之不多。

  正在飞向月球的嫦娥四号,将为人类揭开月球背面的神秘面纱迈出了关键一步。邹永廖很期待,或许,嫦娥四号到艾肯盆地开展精细探测,就可以打开“39亿年撞击峰值”这个科学之谜。

  中国青年报·中青在线记者 邱晨辉 来源:中国青年报

【编辑:郭梦媛】
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