[科普中國]-神秘的月球背面，中國即將抵達

中國的探月工程，最終要實現(xiàn)的目標，一是以機器人為代表，在月球建立無人月球科考站;二是載人登月;三是在月球建立有人基地。

為順利實現(xiàn)這些目標，中國前期已經(jīng)發(fā)射了嫦娥一號、嫦娥二號和嫦娥三號。

嫦娥一號軌道示意圖。（圖片來自中國探月與深空探測網(wǎng)）

嫦娥一號的主要任務(wù)是“繞”，也就是開展繞月探測。任務(wù)結(jié)束后，嫦娥一號于2009年3月1日受控撞月。

嫦娥二號軌道示意圖（圖片來自中國探月與深空探測網(wǎng)）

嫦娥三號軌道示意圖。（圖片來自中國探月與深空探測網(wǎng)）

嫦娥二號、三號和四號的主要任務(wù)是“落”，也就是實現(xiàn)月球軟著陸和月面巡視勘察。

嫦娥四號

跟二號和三號不同的是，嫦娥四號是首次在月球背面著陸，并放出無人月球車，難度遠超以往。

動圖：從距離地球160萬公里外的太空，深空氣候觀測衛(wèi)星拍攝的月球畫面上， 只能看到月球背面。（圖片來自NASA/EPIC）

由于潮汐鎖定，自人類誕生以來，就從未有人在地球上見過月球背面，無形中，這給月球背面蒙上了一層神秘的面紗。

動圖：圖為潮汐鎖定示意圖，從地球上看不到月球背面。（圖片來自Stigmatella aurantiaca）

動圖：圖為非潮汐鎖定示意圖，這種情況下能看到月球背面。（圖片來自Stigmatella aurantiaca）

雖然歷史上已經(jīng)有多顆環(huán)月探測器對月球背面進行了遙感探測，但至今從未有航天員或探測器在月球背面著陸并進行實地探測。

相對于正面，在月球背面軟著陸的難度要大得多。原因是月球擋住了電磁波，使得地球上難以遙控和指揮背面的探測器。

嫦娥未動，鵲橋先行

為解決這個大難題，2018年5月21日，中國已提前發(fā)射了鵲橋號中繼衛(wèi)星，此刻，它正運行在地月系第二拉格朗日點的Halo軌道上。

動圖：鵲橋號始終位于月球背面，提供信號中繼服務(wù)（圖片來自吳偉仁等）

地月系的第二拉格朗日點是地球和月球的引力平衡點。在這個點周圍，衛(wèi)星只需耗用極少的燃料就能長期維持在軌道上。而鵲橋號是世界上第一顆運行于地月第二拉格朗日點的通信衛(wèi)星。在95%的時間里，鵲橋號既面對月球的背面，又同時面對地球，完美充當數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^站。

困難多但優(yōu)勢明顯

圖片來自NASA

雖然在月球背面進行探測難度不小，但月球背面的好處也十分明顯。

大名鼎鼎的500米口徑球面射電望遠鏡FAST，其工作頻率在70MHz至3GHz之間。要想在地球上進行頻率低于10 MHz的射電天文觀測是一件極其困難的事，原因來自于地球電離層的干擾。

即使是在大氣層上空的地球軌道上，甚至是在月球正面進行射電天文觀測時，同樣也會受到地球電離層、閃電、極光，以及人工無線電的干擾。

但在月球背面建立射電天文觀測站，則來自地球上的這些干擾就能迎刃而解。

超300攝氏度溫差

月球上晝夜溫差超過300攝氏度，為抵抗夜晚的低溫，嫦娥四號上的月球車配置兩種能源系統(tǒng)，一是兩翼的太陽能面板，可在白天時進行發(fā)電。二是钚238同位素溫差發(fā)電器，發(fā)電的同時提供源源不斷的熱量，以抵抗月球上最低零下196℃的低溫。

圖為正放出大量熱量的钚238。（圖片來自Cournoyer）

钚238半衰期為87.74年，衰變時釋放阿爾法粒子，同時放出大量熱，可自燃。溫差發(fā)電器正是利用钚238發(fā)出的熱來發(fā)電。

嫦娥四號的著陸點為月球南極，且處于月球背面艾特肯盆地內(nèi)的某個撞擊坑。

艾特肯盆地直徑大約2500公里，深13公里，從坑底最深處到最高壁頂處落差大約16公里，這是太陽系已知的最大撞擊坑之一，同時也是月球上最大、最深和最古老的撞擊盆地。

圖為月球南極且大部分處于月球背面的艾特肯盆地， 紅色代表高海拔地區(qū)、藍色為低海拔地區(qū)。（圖片來自Ittiz）

相信嫦娥四號上的月球車對這個古老盆地進行各種科學(xué)探測后，關(guān)于月球以及月球上最大盆地內(nèi)的一些秘密會被揭曉出來。

（本文中標明來源的圖片均已獲得授權(quán)）