“鵲橋”連天地 “嫦娥”吻“月背”

蘇更新

“七夕今宵看碧霄，牽?？椗珊訕??！逼呦?jié)要到了，相傳在每年的農(nóng)歷七月初七的晚上，織女與牛郎都會(huì)在鵲橋相會(huì)。不過，今年的“鵲橋”比較忙，在給牛郎、織女牽線之前，它還得去替“嫦娥”先去趟月球！

皎潔明月懸夜空 神秘“月背”倉謎團(tuán)

探測月球的美好愿景令人神往，然而進(jìn)軍“月背”（月球背面）談何容易！46年前，美國曾計(jì)劃發(fā)射“阿波羅18號”登陸“月背”，但由于未能突破“月背”和地面的通信難題而被迫放棄。

我國第一個(gè)探月工程——“嫦娥工程”于2004年3月1日正式啟動(dòng)。2007年10月24日，我國“嫦娥一號”繞月探測器載著中華民族的“奔月”夢想，踏上了飛奔月空的漫漫旅程。之后，“嫦娥二號”，“嫦娥三號”以及“嫦娥五號”相繼奔赴月球，完成了既定的科學(xué)探測目標(biāo)，為后續(xù)探月積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2018年年底，我國將發(fā)射“嫦娥四號”登月探測器?！版隙鹚奶枴痹臼恰版隙鹑枴钡囊粋€(gè)備份星，然而被賦予了更加艱巨的探月使命，那就是在“月背”進(jìn)行“軟著陸”，從而揭示“月背”的更多秘密。

或許同學(xué)們會(huì)疑惑，為什么科學(xué)家對“月背”情有獨(dú)鐘呢？人類探月的目的就在于了解月球的前世今生，從而為開發(fā)太空資源以及深空探測提供科學(xué)依據(jù)。然而，科學(xué)認(rèn)識月球，需要關(guān)于月球的完整資料的支撐。如果沒有“月背”探測數(shù)據(jù)的支撐，那么人類對月球的認(rèn)識總是不完備的。

有趣的是，月球在運(yùn)行過程中總是把靚麗的那一面對著我們，這就是我們通常所說的“皎潔之月”，而我們卻始終無法看到月球的背面。人們對于“月背”有著各種各樣的猜測，其中不乏外星人基地之說。我國的“嫦娥”系列月球探測器多次飛臨月球，獲得了“月背”的大量探測數(shù)據(jù)，包括地形地貌、物質(zhì)成分、表面環(huán)境等詳細(xì)信息。

也許，迄今科學(xué)家并沒有發(fā)現(xiàn)所謂的外星人基地，也沒有發(fā)現(xiàn)人為活動(dòng)的蹤跡，然而，神秘的“月背”還是激發(fā)了人類的探索熱情，這就是人類走向月球和進(jìn)行深空探測不可回避的一個(gè)環(huán)節(jié)。

為什么我們看不到“月背”？

月球的自轉(zhuǎn)周期與其繞地球公轉(zhuǎn)的周期是一樣的，都是27.3天。這樣一來，對于地球觀察者來說，就永遠(yuǎn)無法看到月球的背面了。

如果月球只是繞地球公轉(zhuǎn)而沒有自轉(zhuǎn)的話，那么它公轉(zhuǎn)一圈，我們就能看到它的全部了。然而，月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期是相同的，這是由于地球?qū)υ虑驈?qiáng)大的潮汐作用造成的。因此，月球公轉(zhuǎn)了多少，就自轉(zhuǎn)了多少，所以我們永遠(yuǎn)看不到月球的另一面。

不過，這只是一個(gè)近似的說法。由于月球的運(yùn)動(dòng)既復(fù)雜又不均勻，而且月球內(nèi)部物質(zhì)的分布也是不均勻的，因此月球的“臉”還是會(huì)發(fā)生一些變化的。一般來說，月球的“臉”有41%是始終面向我們的，有18%是時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的，有41%是我們永遠(yuǎn)看不到的。

破解“月背”原始“密碼”

揭開月球千古“啞謎”

根據(jù)此前拍攝的“月背”照片，“月背”看起來只是一片保存了近40億年之久的荒涼大陸，地貌崎嶇不平，甚至找不出一塊平坦的場地來做宇宙飛船的登陸點(diǎn)。并且布滿了大大小小的隕石坑和密密麻麻的環(huán)形山，這些環(huán)形山縱橫交錯(cuò)，重疊相連，有的綿延數(shù)百千米。

神秘的“月背”無疑是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的“啞謎”，但我國科學(xué)家依然知難而進(jìn)。我們賴以生存的地球曾經(jīng)經(jīng)歷了多次滄海桑田，早期的地質(zhì)歷史痕跡已經(jīng)不復(fù)存在。還原地球的歷史，一個(gè)可能的途徑就是從月求的地質(zhì)記錄中尋找答案。從這個(gè)意義上來說，“月背”的價(jià)值是得天獨(dú)厚的！相對于月球正面來說，“月背”的地質(zhì)構(gòu)造更為古老，保留著更為原始的自然狀態(tài)，因此是研究月球和地球早期歷史的理想樣本。

同時(shí)，“月背”獨(dú)特的環(huán)境優(yōu)勢也具有重要的利用價(jià)值。由于“月背”屏蔽了來自地球的各種無線電干擾信號，因此是監(jiān)聽來自宇宙深處微弱電磁信號的理想場所。

“嫦娥四號”登月探測器的“月背”之旅，將開啟“月背”探測的新征程?！版隙鹚奶枴辈粌H有望破解“月背”的原始“密碼”，而且有助于揭開月球的千古“啞謎”，其科學(xué)意義是十分深遠(yuǎn)的。

登陸月球本身就是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的難題，而登陸“月背”則要比登陸月球正面更難。由于月球本身的阻隔，在“月背”飛行和著陸的探測器，是不能直接與地面進(jìn)行無線電通信的。沒有了通信，就等于沒有了交流，科學(xué)家自然就無法了解探測器的運(yùn)行狀況，精準(zhǔn)控制也就成了空談。

為了確?！版隙鹚奶枴蹦茉凇霸卤场卑踩?，我國科學(xué)家開創(chuàng)性地提出了地月中繼通信的科學(xué)想法?！谤o橋”中繼衛(wèi)星作為“嫦娥四號”的“先行官”，已于今年5月發(fā)射，它將成為我國空間探測的中繼“通訊站”。

“鵲橋”巧布奇妙點(diǎn)

遠(yuǎn)端“嫦娥”一星牽

中繼衛(wèi)星作為一個(gè)在太空運(yùn)行的數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”，其主要功能是進(jìn)行天基測控和空天數(shù)據(jù)中繼，為衛(wèi)星、飛船等航天器提供數(shù)據(jù)中繼和測控服務(wù)。相比于地基測控，天基測控的最大優(yōu)勢就是覆蓋率高、具有實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。

然而，茫茫宇宙中，“鵲橋”中繼衛(wèi)星放在哪才能發(fā)揮作用呢？作為“嫦娥四號”登月探測器的中繼衛(wèi)星，“鵲橋”中繼衛(wèi)星將運(yùn)行在地月系統(tǒng)拉格朗日L2點(diǎn)，這樣才能更好地為“嫦娥四號”登月探測器提供地月中繼通信支持和服務(wù)。

拉格朗日點(diǎn)是宇航領(lǐng)域非常重要的奇異點(diǎn)，因由法國數(shù)學(xué)家拉格朗日提出而得名。其中的地月系統(tǒng)拉格朗日L2點(diǎn)與人類的航天活動(dòng)關(guān)系最為密切，因此是國際深空探測領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。

地月系統(tǒng)拉格朗日L2點(diǎn)位于地球和月球連線的延長線上，中繼衛(wèi)星工作在這個(gè)點(diǎn)上可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對地通信。位于地球和中繼衛(wèi)星之間的月球要比地球小得多，因此幾乎遮擋不住地球和中繼衛(wèi)星之間的信號傳播。

工作在地月系統(tǒng)拉格朗日L2點(diǎn)的“鵲橋”中繼衛(wèi)星，由于受地月引力作用平衡而保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，因此可以節(jié)省衛(wèi)星燃料，有利于對其進(jìn)行軌道控制。

如今，“鵲橋”中繼衛(wèi)星就像是在月地之間搭建的一座“鵲橋”，從而為“嫦娥四號”登月探測器和地面之間建立一種可靠的通信聯(lián)系通道，從而保證科學(xué)家對處于“月背”的“嫦娥四號”登月探測器了如指掌。