探尋月球的背面

苗千

8月15 日，中國國家國防科技工業(yè)局探月與航天工程中心在北京舉行儀式，展示嫦娥四號(hào)任務(wù)月球車月面效果圖

2018年12月8日凌晨2時(shí)23分，在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，一架長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功地把嫦娥四號(hào)探測(cè)器送上了太空。一個(gè)人類前所未有的科學(xué)探測(cè)之旅開始了。

月球是地球唯一的天然衛(wèi)星，它的自轉(zhuǎn)周期與圍繞地球的公轉(zhuǎn)周期相同，因此出現(xiàn)了“潮汐鎖定”（Tidal Locking）現(xiàn)象——它始終以同一面對(duì)著地球，地球上的人類因而只能看到大約月球表面的59%，其余41%的月球表面似乎是永遠(yuǎn)地隱沒于黑暗之中。因此，從地球的角度來說，月球的表面也就自然分為沖著地球的“正面”和背向地球的“背面”。這一次，嫦娥四號(hào)探測(cè)器所要探測(cè)的正是月球神秘的背面。

正是因?yàn)榈厍蛏系娜祟愔荒芸吹皆虑虻恼?，很多人自然而然地想象月球的背面是其“暗面”，這一面沉浸在永久的黑暗之中。甚至曾有人想象，月球的背面其實(shí)是外星人探測(cè)地球的基地。而實(shí)際上，月球同樣在圍繞著太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)月球與太陽位于地球的同一側(cè)時(shí)，它背向地球的背面就會(huì)被陽光照射，這個(gè)時(shí)候也正是人類探測(cè)那個(gè)區(qū)域的好時(shí)機(jī)。

1959年，蘇聯(lián)發(fā)射的月球三號(hào)太空船拍攝到了月球背面的第一張照片，這個(gè)神秘的區(qū)域第一次為人所見。隨后在1968年，阿波羅8號(hào)載人飛行任務(wù)離開了近地軌道進(jìn)行繞月航行，三位宇航員在月球軌道上航行了20個(gè)小時(shí)，人類第一次親眼見到了月球的背面。時(shí)至2009年，美國航空航天局發(fā)射的月球勘測(cè)軌道飛行器（Lunar Reconnaissance Orbiter）拍攝了更多高精度的月球背面照片，也依此繪制了更清晰的月球地圖。

盡管人類此前對(duì)于月球背面的形態(tài)已經(jīng)有了大致了解，但是還從沒有對(duì)這個(gè)神秘的區(qū)域進(jìn)行過實(shí)地考察，因此可以說嫦娥四號(hào)對(duì)月球背面進(jìn)行實(shí)地探測(cè)的科學(xué)意義尤為重要——這不僅創(chuàng)造了一個(gè)人類歷史上的第一次，它還將在月球背面進(jìn)行很多獨(dú)特的科學(xué)探測(cè)和準(zhǔn)備工作。

月球的背面與正面在諸多方面都有很大不同。從外觀上看，月球多有由冷卻的巖漿形成的表面相對(duì)平滑的大面積“月?！?，差不多覆蓋了月球表面17%的區(qū)域，這些區(qū)域幾乎都在月球的正面，而且出于人們目前還無法理解的原因，月球正面的輻射強(qiáng)度要比背面更大。而月球的背面則不僅多山，也多是各種形狀、在各個(gè)時(shí)期形成的撞擊坑。探測(cè)顯示，月球背面的月殼也比正面更厚。科學(xué)家們相信，在形成初期，月球處于一種熔化的高溫液體狀態(tài)，之后才逐漸冷卻下來。月球的背面冷卻速度相對(duì)更快，因此這一面的月殼厚度更大。

另外因?yàn)橐恢北诚虻厍?，不?huì)受到來自地球的無線電波的影響，月球背面也是人類進(jìn)行太空探測(cè)的絕佳位置，能否在這里設(shè)立天文望遠(yuǎn)鏡？這個(gè)區(qū)域的巖石和土壤構(gòu)成與正面有何不同，人類是否能夠加以利用？對(duì)于這些問題，嫦娥四號(hào)都會(huì)試著尋找答案。

此前，嫦娥三號(hào)探測(cè)器在2013年12月登陸月球表面的虹灣地區(qū)，并且釋放了玉兔號(hào)月球車。嫦娥四號(hào)是三號(hào)的備用星，它也將沿著三號(hào)的路線到達(dá)月球軌道——這大概會(huì)花3至5天的時(shí)間——隨后它將會(huì)在月球軌道上盤旋數(shù)日，進(jìn)行準(zhǔn)備工作，之后大約會(huì)在2019年1月初進(jìn)行在月球背面的軟著陸。

12月8日，中國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭成功發(fā)射嫦娥四號(hào)探測(cè)器，開啟了月球探測(cè)的新旅程

2019年的第一個(gè)新月將出現(xiàn)在1月6日，此時(shí)對(duì)于地球上的人類觀察者來說，月球幾近于隱沒，也正是在這個(gè)時(shí)候，月球的背面將沐浴在陽光的照射之下，此時(shí)正是嫦娥四號(hào)對(duì)這個(gè)區(qū)域進(jìn)行細(xì)致探測(cè)和拍照的絕佳機(jī)會(huì)。按照計(jì)劃，嫦娥四號(hào)將會(huì)在月球背面南極-艾特肯盆地（South Pole-Aitken）的馮·卡門環(huán)形山（Von Kármán）進(jìn)行軟著陸，隨后著陸器與探測(cè)器分離。根據(jù)此前的探測(cè)，這個(gè)區(qū)域的地質(zhì)條件與月球其他區(qū)域的地質(zhì)條件有明顯的不同，很有可能是在幾十億年前由一個(gè)小行星撞擊形成，嫦娥四號(hào)將會(huì)對(duì)這個(gè)猜測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，考察月球形成初期的歷史。

嫦娥四號(hào)搭載了國內(nèi)眾多高校的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也與荷蘭、德國、瑞典和沙特等國有合作項(xiàng)目，攜帶了攝像頭、雷達(dá)和頻譜儀等科學(xué)儀器。在著陸之后，探測(cè)器將會(huì)巡視這個(gè)區(qū)域的地形，鉆研月球背面的土壤，檢測(cè)月球土壤和巖石的成分，測(cè)量月球背面中子輻射劑量等環(huán)境參數(shù)，并研究太陽風(fēng)對(duì)于月球表面的影響。除此之外，嫦娥四號(hào)還裝備了一個(gè)微型生物實(shí)驗(yàn)室，它攜帶著一個(gè)3公斤重的容器，里面裝了馬鈴薯、擬南芥等植物的種子和蠶卵，將在月球背面的微重力環(huán)境中進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。在生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)把溫度維持在1至30攝氏度之間，并精確控制濕度和養(yǎng)分，讓陽光照射進(jìn)來，觀察植物的種子是否能發(fā)芽，蟲卵能否順利孵化。

在月球的背面進(jìn)行探測(cè)，由于月球自身的阻擋，嫦娥四號(hào)無法與地球進(jìn)行直接聯(lián)絡(luò)，只能借助中繼的傳輸。嫦娥四號(hào)升空之前，2018年5月21日在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心，長征四號(hào)丙運(yùn)載火箭已將鵲橋號(hào)中繼衛(wèi)星送上了太空。它攜帶了一個(gè)直徑5米的傘狀天線，可以為嫦娥四號(hào)與地球之間的通信進(jìn)行中繼服務(wù)，不僅如此，鵲橋號(hào)還可以為未來更多的月球背面探測(cè)器向地球傳送數(shù)據(jù)。

嫦娥四號(hào)進(jìn)行的人類探測(cè)器在月球背面的首次著陸，也將是在月球的高緯度極地進(jìn)行的首次著陸。實(shí)際上，這只是中國一系列月球探測(cè)計(jì)劃中的一環(huán)。在嫦娥四號(hào)完成任務(wù)之后，計(jì)劃中的嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)會(huì)將探測(cè)更進(jìn)一步，它們將帶著月球的巖石和土壤樣本返回地球。

對(duì)于中國人來說，月球似乎有著獨(dú)特的意義。千百年來，中國人對(duì)于這顆地球的自然衛(wèi)星寄托了深厚的感情。無數(shù)的詩詞歌賦都是以月亮為題，所謂“月有陰晴圓缺，人有悲歡離合”，中國人愿意相信，自身命運(yùn)的發(fā)展，感情的走向，都在冥冥之中與這個(gè)在夜空中不斷變化形狀的天體有關(guān)。如今，中國制造的探測(cè)器正在探測(cè)月球不為人知的另一面，也必定會(huì)引發(fā)中國人更深層的思索和感慨。