月球的背面到底有什么？

關(guān)于月球背面一些流傳已久的預(yù)言是否屬實(shí)？月球背面還隱藏著哪些未解之謎呢？我們今天就來(lái)一次大揭秘，掀開(kāi)月球之背的神秘面紗。

一直以來(lái)，我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到有關(guān)于月球背面的各種傳言。很多科幻小說(shuō)聲稱，月球背面是外星人的基地，從月球背面圖像中可以識(shí)別出外星人的宇宙飛船，甚至美軍在二戰(zhàn)末期失蹤的轟炸機(jī)也出現(xiàn)在了月球背面，在百慕大失蹤的飛機(jī)輪船也都被外星人劫持到了月球背面。他們聲稱，阿波羅登月的航天員在月球背面見(jiàn)到了令人吃驚的物體，可能是外星人在月球上的遺留物，等等。也有傳言認(rèn)為，月球內(nèi)部是空心的，里面是外星人居住的巨大城市。這些以訛傳訛的傳言經(jīng)過(guò)不斷演繹，甚至堂而皇之地登上了正規(guī)出版物，讓人難辨真假。

“阿波羅”17號(hào)航天員在月面駕車考察

出現(xiàn)這些傳說(shuō)的根源在于從地球上觀測(cè)月球時(shí)，看不到月球背面絕大部分區(qū)域。因此，在沒(méi)有月球探測(cè)器之前，月球背面一直是一個(gè)神秘的未知世界。現(xiàn)在民間流傳的月背傳說(shuō)，多源于航天器探月之前。但即便在航天器數(shù)十次飛臨月球背面，獲得大量影像資料之后，科幻迷們?nèi)匀荒軓姆糯蠛舐燥@模糊的圖像中找到線索，為這些傳言提供佐證。

月球?yàn)槭裁磿?huì)出現(xiàn)正面和背面

月球背面之所以顯得神秘，原因在于我們無(wú)法從地球上直接觀測(cè)到月球背面。但月球?yàn)槭裁磿?huì)出現(xiàn)正面和背面？首先要從月球的運(yùn)動(dòng)說(shuō)起。月球可以被視作一個(gè)剛性的球體，它的運(yùn)動(dòng)可分為質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)（公轉(zhuǎn)）和環(huán)繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)（自轉(zhuǎn)）兩部分。

在研究月球的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們通常將月球和地球近似視為全部質(zhì)量集中在質(zhì)心的質(zhì)點(diǎn)，并且只有彼此相互吸引的引力作用，構(gòu)成地月系統(tǒng)。從慣性坐標(biāo)系內(nèi)觀察，地月二體系統(tǒng)的公共質(zhì)心繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，月球和地球又分別繞它們的公共質(zhì)心作相互轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)二體運(yùn)動(dòng)理論可知，月球圍繞地球質(zhì)心作平面橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，月球和地球的赤道與其軌道的幾何關(guān)系見(jiàn)圖1，其中，月球赤道與月球軌道面的夾角為6度41分；月球軌道與黃道的夾角平均值為5度9分，夾角的變化范圍4度57分~5度19分。

月球繞地球旋轉(zhuǎn)軸和軌道幾何關(guān)系

由于地球由西向東自轉(zhuǎn)，所以天體都是從東方升起到西方落下。月球也不例外，我們每天看到的月球東升西落，實(shí)際上是月球繞地球在星座間自西向東移動(dòng)，反映了地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。月球繞地球一周經(jīng)歷的時(shí)間稱為一個(gè)“恒星月”，歷時(shí)27天7小時(shí)43分11.47秒。之所以稱為“恒星月”，因?yàn)檫@是以恒星定標(biāo)的，即月球從某顆恒星的近旁出發(fā)，又返回到該星附近同一位置的時(shí)間間隔。月球在自己的軌道上繞地球運(yùn)行的平均速度為1.02千米/秒。平均每天東移13度。因此，月球每天升起的時(shí)間是不同的，有時(shí)候白天升起，有時(shí)候晚上升起，升起時(shí)間平均每天比前一天推遲50分鐘，一個(gè)月之后，又恢復(fù)原來(lái)的升起時(shí)間。

月球背向地球的半球離地球較遠(yuǎn)，受到的地球引力較面向地球的半球小，即月球的腹背受力是不同的。如果月球自轉(zhuǎn)周期與繞地球的公轉(zhuǎn)周期不相等，那么月球上同一部位受到的地球引力是隨時(shí)間變化的，將導(dǎo)致月球不同巖層之間摩擦，逐漸減慢自轉(zhuǎn)的速度，最終使得月球自轉(zhuǎn)的周期恰好等于它繞地球公轉(zhuǎn)的周期，即月球被地球的引力潮汐鎖定。潮汐鎖定后，從地球上看月球，就永遠(yuǎn)只能看到月球的一面。

由于月球的天平動(dòng)，月盤邊緣區(qū)域有時(shí)候會(huì)露出一點(diǎn)點(diǎn)側(cè)背?？傮w上，從地球上可以觀測(cè)到整個(gè)月球表面的59%。

月球背面不神秘

既然地面觀測(cè)看不到月球的背面，那怎樣才能看到月球背面呢？月球背面究竟是什么樣的？背面和正面又有何差異？

1959年，蘇聯(lián)發(fā)射的“月球”2號(hào)探測(cè)器在飛越月球時(shí)，第一次拍到了月球背面的圖像。上世紀(jì)六七十年代，美國(guó)和蘇聯(lián)的月球探測(cè)器多次獲得了月球背面圖像，“阿波羅”8號(hào)航天員、以及之后登月的阿波羅航天員都飛到了背面，從月球上空親眼看到了月球之背的荒涼景象。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)、中國(guó)、印度、日本、歐洲的月球探測(cè)器對(duì)月球進(jìn)行了更高分辨率的詳細(xì)探測(cè)。2009年6月19日發(fā)射的“月球勘測(cè)軌道器”（LRO）已經(jīng)獲得了分辨率優(yōu)于1米的全月球影像，可以清晰辨認(rèn)出阿波羅登月時(shí)遺留在月球表面的月球車、登月艙等，當(dāng)然也包括月球背面的高清影像。除登陸月球的著陸器和月球車外，月球探測(cè)器大多采用極軌方式運(yùn)行，即從北極往南極再飛回北極。因此，每一圈飛行中都有半圈在月球背面，半圈在月球正面。

月球正面和背面的比較。正面以地形平坦、月海居多，背面顏色較亮，月陸居多，撞擊坑分布密度也比正面高，地形更崎嶇

自2007年以來(lái)，我國(guó)已經(jīng)發(fā)射了6個(gè)嫦娥系列月球探測(cè)器，獲得了大量的探測(cè)數(shù)據(jù)。其中，嫦娥四號(hào)、六號(hào)先后著陸月球背面南極-艾特肯盆地，分別進(jìn)行巡視探測(cè)及采樣返回探測(cè)。但所有這些探月任務(wù)都沒(méi)有在月球背面發(fā)現(xiàn)外星人的基地，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何人工建筑物或人為活動(dòng)的痕跡。月球背面看起來(lái)只是一片保存了40億年之久的荒涼大陸。

嫦娥六號(hào)著陸器全景相機(jī)拍攝影像圖

整體上，月球表面可分為月海和月陸兩大地理單元。

月海是指月球上大片顏色較深的黑斑區(qū)域，實(shí)際上是一些寬廣的平原，一滴水也沒(méi)有。這些區(qū)域?qū)μ?yáng)光的反射比較弱，看上去比周圍更暗一些，很像地球上的海洋，約占月表面積的17%。月球上共有22個(gè)月海，其中19個(gè)分布在月球的正面，包括雨海、靜海、云海、冷海、風(fēng)暴洋等，約占整個(gè)正面半球表面積的一半，北半球的月海分布尤為顯著。月球背面只有東海、莫斯科海和智海等3個(gè)月海。

月海是月殼形成后，內(nèi)部巖漿涌出月表，填充低洼盆地后形成的大型平原。月海平原大多為山脈所包圍，類似于地球上的盆地，具有圓形封閉的特點(diǎn)。最典型的例子是雨海，其四周環(huán)繞著亞平寧山脈、高加索山脈、阿爾卑斯山脈、朱拉山脈和喀爾巴阡山脈。月海的地勢(shì)比月陸要低得多，如靜海和澄海比月球平均水準(zhǔn)面（為一等勢(shì)面，其平均半徑與采用激光測(cè)高得到的月球地形平均半徑相等）約低1700米，濕海低5200米，最低的是雨海東南部，其最深處比月球平均水準(zhǔn)面低6000多米。月海中也常見(jiàn)到一些突起的山嶺，包括弧形海嶺、呈對(duì)角線分布的海嶺和脈狀不規(guī)則海嶺。

除月海外，月球上顏色較淺的部分類似地球上的“陸地”，稱為月陸。根據(jù)月球形成的大碰撞學(xué)說(shuō)，46億年前，一顆火星大小的天體撞擊原始地球，撞擊拋射物質(zhì)在地球軌道形成了月球。月球形成后出現(xiàn)全球性的巖漿熔融，熔融巖漿在冷卻過(guò)程中發(fā)生結(jié)晶和分異，密度較重的物質(zhì)被下沉到月幔，而密度較輕的物質(zhì)漂浮在月球表面，冷卻凝固后形成了古老的月殼。月海則是在月殼形成后，從月殼裂縫中涌出的巖漿形成的。因此，月陸比月海更古老。

月陸的主要成分是密度較輕的斜長(zhǎng)巖，反射率較高，看上去比較明亮。月陸的地勢(shì)一般高出月球水準(zhǔn)面約2千米～3千米，所以也稱月球高地。整體上，月陸面積約占月球表面積的83%。月球正面的月陸與月海面積大致相等，但月球背面月陸占據(jù)著絕對(duì)主導(dǎo)地位。

不管是月海還是月陸，整個(gè)月球表面都分布著密密麻麻的撞擊坑，記錄著40多億年來(lái)小天體撞擊月球留下的痕跡。月球表面越古老，撞擊坑分布密度越大。月陸的撞擊坑密度更高，地形更崎嶇。因此，嫦娥四號(hào)的著陸區(qū)選擇將是一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題。

月球表面的巖石類型比地球上要簡(jiǎn)單得多，在變質(zhì)巖、火成巖和沉積巖三大巖石類型中，月球上只有火成巖。月海主要是玄武巖，月陸主要是斜長(zhǎng)巖，都是由各種硅酸鹽礦物和金屬氧化物組成，主要包括氧、硅、鐵、鈣、鋁等元素。

為何去月球背面

早在1972年“，阿波羅”17號(hào)完成人類最后一次登月之后“，阿波羅”17號(hào)航天員，也是一位唯一登月的地質(zhì)學(xué)家哈里森·施密特曾建議“阿波羅”18號(hào)飛船登陸月球背面，到齊奧爾科夫斯基撞擊坑開(kāi)展科學(xué)考察。遺憾的是，阿波羅計(jì)劃就此終止，登陸月球背面的設(shè)想沒(méi)能最終實(shí)現(xiàn)。

登陸月球背面比登陸正面究竟難在何處？在月球背面飛行和著陸的探測(cè)器，由于月球本身的阻擋，不能直接和地面進(jìn)行無(wú)線電通信。地面控制人員無(wú)法了解到飛船的運(yùn)行狀況，也無(wú)法把測(cè)控信號(hào)傳輸給飛船進(jìn)行各種操作。如果是飛行在月球上空數(shù)十至上百千米高度的探月衛(wèi)星，在通信中斷的情況下，還可以依照慣性保持原姿態(tài)繼續(xù)飛行。若是月球車或者登月艙要成功著陸在月球背面，需要實(shí)時(shí)測(cè)量飛行軌道，發(fā)送測(cè)控信號(hào)以調(diào)整降落速度和著陸姿態(tài)，才能實(shí)現(xiàn)安全著陸。因此，要確保月球探測(cè)器在月球背面安全著陸，首先需發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星，建立探測(cè)器和地面之間的通信聯(lián)系，通過(guò)中繼衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)和發(fā)送測(cè)控信號(hào)。

玉兔二號(hào)月球車

鵲橋系列數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星

對(duì)天文學(xué)研究而言，月球背面是一片難得的寧?kù)o之地。接收遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的射電輻射，是研究天體(包括太陽(yáng)、行星及太陽(yáng)系外天體)的重要手段，稱為射電觀測(cè)。由于這些天體的距離遙遠(yuǎn)，電磁信號(hào)十分微弱，在地球上，日常生產(chǎn)生活的電磁環(huán)境會(huì)對(duì)射電天文觀測(cè)產(chǎn)了顯著干擾。所以天文學(xué)家一直希望找到一片完全寧?kù)o的地區(qū)，監(jiān)聽(tīng)來(lái)自宇宙深處的微弱電磁信號(hào)。月球背面屏蔽了來(lái)自地球的各種無(wú)線電干擾信號(hào)，因而可以監(jiān)測(cè)到地面和地球附近的太空無(wú)法分辨的電磁信號(hào)，為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

除此之外，月球背面更為古老，保留著更為原始的狀態(tài)，具有不同于月球正面的地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)研究月球和地球的早期歷史具有重要價(jià)值。而地球上經(jīng)歷了多次滄海桑田，早期地質(zhì)歷史的痕跡早已消失殆盡，我們只能寄望于從月球上仍保存完好的地質(zhì)記錄中挖掘地球的早期歷史。

根據(jù)國(guó)際月球科研站建設(shè)方案，2030年前，我國(guó)將陸續(xù)發(fā)射嫦娥七號(hào)、嫦娥八號(hào)，建成國(guó)際月球科研站基本型，開(kāi)展月球環(huán)境探測(cè)和資源利用試驗(yàn)驗(yàn)證；2040年前建成完善型，開(kāi)展日地月空間環(huán)境探測(cè)及科學(xué)試驗(yàn)；之后建設(shè)應(yīng)用型月球科研站，由科研型試驗(yàn)站逐步升級(jí)到實(shí)用型、多功能的月球基地。

國(guó)際月球科研站基本型

月球基地建設(shè)離我們還很遠(yuǎn)，但對(duì)月球基地的設(shè)計(jì)和探索已悄然起步。2024年7月“世界月球日活動(dòng)”期間，由中國(guó)宇航學(xué)會(huì)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、國(guó)際月球村協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦的月球基地2050國(guó)際創(chuàng)新大賽全球總決賽頒獎(jiǎng)儀式及國(guó)際月球基地論壇將在哈爾濱工業(yè)大學(xué)舉行。屆時(shí)，來(lái)自國(guó)內(nèi)外高校的參賽選手將展示他們?cè)谠虑蚪ㄖ⒃虑蚰茉?、月球機(jī)器人、月球交通與運(yùn)輸、宇航員生命與健康保障方面的奇思妙想，與全球航天專家共探月球基地奧秘。