嫦娥4号月球探测器,该探测器是第一个在月球背面降落的探测器。
插图:EPA/CHINA NATIONAL SPACE ADMINISTRATION / HANDOUT
撰文:MICHAEL GRESHKO
嫦娥4号成功在月球背面着陆,未来会发生什么?

北京时间1月3日上午,中国嫦娥4号成功在月球背面着陆,此前从未有人类或探测器在此涉足。
嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭成功发射
2018年12月8日,该探测器发射升空,并于12月13日进入月球轨道。如今,这颗探测器已经稳稳地停在了月球表面。
在此次历史性的着陆之前,关于嫦娥4号着陆的细节很少。中国国家航天局向来谨小慎微,最近一次信息发布还是在12月30日。当时,官方宣布该探测器已经进入了最后的预着陆轨道。全世界许多科学家和天文爱好者们都在各种网络社交平台和论坛里火热地讨论着,从各种消息灵通的媒体人、自媒体、业余天文学家的账号上交换着小道消息。
今天中午,
嫦娥4号成功着陆的信息一传来,
迎来了一片欢呼!
中国地质大学的行星科学家肖龙教授得知成功着陆的消息后,在发给《国家地理》的邮件中写道:“这是历史性的时刻,我非常非常兴奋!成功着陆后,着陆器和月球车很快就会发回照片,我期待能看到月球背面的真正面貌!”
嫦娥4号是什么?它着陆有啥重要意义?

嫦娥4号探测器是中国国家航天局面向月球的最近一次探测任务。中国最初的两次探月任务都是发射的轨道器。第三次任务发射的是着陆器和月球车,于2013年在月球正面着陆。嫦娥4号任务由一台着陆器、一辆月球车和一颗中继卫星组成,其目标是轻柔地降落在月球背面。
巴黎圣母大学的行星科学家、月球地质专家Clive Neal评价说:“这是史无前例的创举。嫦娥4号代表着史上首次有国家在月球背面进行软着陆,并部署月球车进行探索。”
肖龙教授写道:“返回的数据将给我们解开月球谜团的珍贵数据,而且还是从未涉足过的一面!我热切祈祷着!”
等等,月球的背面是什么?

月球已经绕着地球公转了45亿多年。在此期间,地球的引力迫使月球的自转速度与其公转同步。因此,月球自转一周,与绕地球公转一周的时间都是28天左右。这意味着,月球总是把同一面朝向地球,而背面就是我们在地球上无法看到的那一面。
3分钟了解月球45亿年前世今生——
或许,你还听说过有人把月球的背面说成“暗面”,其实这是个误解。当月球绕地球公转时,它总有一半是被太阳光照亮的。在新月阶段,月亮的正面陷入黑暗中,但背面其实是完全照亮的。
供图:NASA
事实上,月球背面的颜色还要浅一些,因为它不像近面那样有许多深色的盆地,而在许多故事中,我们总是把这些深色的盆地比作人脸、玉兔或者蟾蜍。
为什么之前没有在背面着陆过?

在背面着陆时,很难维持与地球的通讯,因为月球本身会遮挡住无线电信号,所以飞到月球的背面时,就代表断绝动心与人类隔绝。
嫦娥4号探测任务用一颗中继卫星解决了这一难题。2018年5月,中国国家航天局发射了“鹊桥”卫星到L2附近的轨道(L2,是月球与地球引力的一个平衡点)。鹊桥卫星一直都能看到地球和月球背面,因此,地面控制中心与嫦娥4号着陆器之间的沟通鸿沟便不复存在。

不过,加入中继卫星,意味着无线电信号必须跨越更长的距离,反过来又会使来回的通讯延迟增加。因此,任何着落在月球背面上探测器或月球车,包括嫦娥4号,都必须慎重选择着陆地点,以避免自身干扰。
那么,嫦娥4号究竟着陆在哪里?

中国国家航天局的目标地点是南极艾特肯盆地中的冯·卡门撞击坑(Von Kármán crater)。这个位置地势低洼,直径约2400多千米,占月球表面将近四分之一。科学家认为,这个盆地是一次大规模撞击形成的,因此,研究它或将揭示月球地壳及内部的一些细节。
美国宇航局月球勘测轨道飞行器拍摄的照片中,画面中央是月亮的南极艾特肯盆地(South Pole-Aitken)。这是月球上最大的撞击盆地,也是太阳系最大的撞击盆地之一,它的最底部到顶部高差将近16千米。
供图:NASA/GODDARD
月球地质专家Clive Neal说道:
“它可以算是
全太阳系最大的坑
了。”

嫦娥4号团队的科学家对该盆地里的冯卡门撞击坑等古老撞击坑很感兴趣。他们想知道撞击坑的构成和年代。这些撞击坑记录着月球和地球在历史上曾经历的多个等级的撞击。
而我们的地球年轻时曾面临过多少个天体撞击?这些天体带来了什么?它们什么时候来的?这段历史对生命的起源意味着什么?嫦娥4号将有助于我们解开谜题。
嫦娥4号上搭载着什么设备?

嫦娥4号上搭载的许多仪器设备都是嫦娥3号的复制品。这些传承下来的衣钵包括几台相机,其中就包括嫦娥3号曾经拍下月球壮美全景的那台。嫦娥4号还装别有能够钻入月球地面的雷达。
玉兔号月球车拍摄的嫦娥三号着陆器
供图:中国科学院
嫦娥三号拍摄的玉兔号月球车
供图:中国科学院
与嫦娥3号不同,嫦娥4号携带着“月球生物圈”,其中有植物种子和蚕卵;还有一台低频率无线电光谱仪,能让研究者从太空中分析太阳的高能大气层。这台仪器还有一个额外的功能:它可以与鹊桥卫星上的一台设备配对,形成一个射电望远镜。
月球的背面是射电天文研究的理想地点,因为月球本身能挡住地球的电离层和人类的无线电通讯。

中国内蒙明安图镇的射电望远镜群。也许不久后,月球的背面也会矗立起这些“大眼睛”。
摄影:Tianhong Li
鹊桥无线电设备的项目负责人、荷兰拉德堡德大学的天文学家Marc Klein Wolt在电子邮件中写道:“这让我们第一次以低频率进行无线电观测,这在地球上不可能实现的,而且观测地点还在月球附近、月球之上。这将为未来在月球上建立大型射电设施铺平道路,将有助于研究第一批诞生前的极早期宇宙。”
嫦娥4号上的仪器并非全都是中国的。该项目的科学家与德国研究人员合作,在着陆器上安装了一个粒子探测器;瑞典研究人员在月球车上放了一个离子探测器。鹊桥卫星上的射电望远镜设备是荷兰与中国合作研发的。
为什么美国不在嫦娥4号上也放点儿仪器?

事实上,美国宇航局和中国国家宇航局的科学家们都很想合作。
但是,美国的太空机构很难合法地与中国合作。一项名为沃尔夫修正案(Wolf amendment)的规定,禁止美国宇航局与中国任何实体合作,除非某个项目由美国国会明确批准,或美国联邦调查局证明。
(本图来源于中国国家宇航局)
该规定的拥趸称,这项规定有助于美国的国家安全,因为中国国家航天局与中国军方有联系,而太空技术既能和平使用,也能用于战争。然而,美国的许多科学家都嘲笑这项规定毫无必要,尤其是现在中国已经能够将人类送入太空,在空间站里服役,还能发送嫦娥4号之类的科学探测器。
月球探索何去何从?

对于月球探测,中国拥有许多宏大的蓝图。下一个探测器嫦娥五号将会在月球地面着陆,然后将采集的样本带回地球。如果中国成功,它将成为世界上第三个从月球上带回样本的国家,也是第二个能用机器人完成这项工作的国家。
1969年,阿波罗17号任务中的月球车在4.5个小时内,共行进了35公里,采集了不少月球表面的数据。 
摄影:NASA
而且——虽然相关细节很少,但根据中国研究人员勾画的2020年后月球计划显示,中国有可能会把人类送到月球上,并在月球建立基地。
欧洲航天局:月球村是取代国际空间站最佳方法
(该图片来源于网络,侵删)
无独有偶,欧洲航空局也宣布将建立一个“月球村”。印度太空研究组织(ISRO)很快也将向月球南极发射Chandrayaan-2探测器。此外,美国宇航局正在与私营公司合作,向月球发射更多科研装备,并且雄心勃勃地提出要在2020年代在月球附近建造一个“门户”空间站。
支撑美国宇航局月球任务的月球探索分析组商业负责人Kurt Klaus说:
“如果将来我们能调动全世界的资源实现这些目标,
我们的前景必将更好。
但是,
离这一畅想的距离还有多远,
我不知道。”

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