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李会超:嫦娥四号首探月之暗面,将揭开什么样的谜题
关键字: 登月嫦娥四号嫦娥四号发射成功月之暗面探月【文/ 观察者网专栏作者 李会超】
在2018年即将结束时,已经在年内取得丰硕成果的中国航天即将迎来一次重要的发射任务:嫦娥四号探测器将从西昌卫星发射中心,由长征3-B型运载火箭发射升空。在经过约27天的奔月旅程后,她将在地球上永远无法看到的“月之暗面”着陆,实现人造航天器首次在月球背面的软着陆,为探月二期工程画上一个圆满的句号,也将在科学上为人类带来许多全新的认识。
月之暗面,久藏玄冥
在农历每月之中,尽管有阴晴圆缺的月相变化,但月球却始终将自己的同一面朝向地球,似乎没有旋转。但实际上,月球在公转的同时也在自转。而我们之所以总看到月球的同一面,是因为它的公转周期和自转周期相同,均为27.3天(月相变化的周期为29.5天,多出的2.2天来自于地球绕太阳的公转)。这样,当月球向一个方向自传一定角度后,地球相对于月球的位置会向相同方向移动相同的角度,月球朝向地球的就总会是同一面了。
由于潮汐锁定效应,月球朝向地球的总是同一面
形成这种奇特现象的原因是地球与月球间的潮汐锁定现象。在地球与月球长期的相互作用中,月球朝向地球和背向地球部分的受力情况不尽相同,由此产生的潮汐力使的月球的自转周期和公转周期最终趋于一致。由于在地球上难以一睹月球背面的神秘面容,人们将月球背面冠以“月之暗面”(dark side of the moon)的别名。有人甚至想象过,月之暗面上存在着外星人的秘密基地或是敌对国家的核武器库。
左图为月球朝向地球的一面,右图为月球背向地球的一面,可见两者的地貌存在较大不同
但事实上,月之暗面并不是一个特别准确的称呼。除了满月的那天,月球背面和月球的其他部分一样,也能被太阳照射到。1959年,苏联发射的月球2号探测器第一次拍摄了月球背面的图像。随后,苏联、美国发射多艘飞船对月球进行全球探测,阿波罗8号和之后登月的宇航员们更用肉眼看到了月之暗面的独特景象:这里一片荒凉,没有秘密基地。这里见不到月球正面广泛存在的平坦的月海,取而代之的是密密麻麻、大小不一的撞击坑。
阿波罗16号宇航员拍摄的月球背面照片
虽然人类对月球背面已经有过探测,但那些探测都是由环绕月球飞行的探测器,从距离月球表面较远的轨道上完成的。随阿波罗17号完成人类最后一次登月的宇航员兼地质学家哈里森•施密特曾经向NASA提议,发射一艘新飞船,搭载宇航员到月球背面的齐奥尔科夫斯基撞击坑着陆,在那里展开探测。由于月球背面无法与地球直接建立通讯联系,要实现施密特的建议,还要额外发射一颗通讯中继卫星到月球附近。1969年,后来为多个太空任务设计过轨道的罗伯特•法夸尔,在他的博士论文中给出了地月通信中继卫星的轨道设计方案。然而,NASA的决策者认为在当时的技术条件下,这样的计划风险高、耗资大,加上美苏在探月方面的太空竞赛已经逐渐平息,该计划最终仅停留在了纸面上。
替补队员实现人类历史上的第一次
2013年12月2日,当嫦娥三号发射升空时,中国航天的仓库中还有一颗与嫦娥三号技术状态基本一致的备份星。如果嫦娥三号在发射或飞行过程中遭遇意外,这位“替补队员”将再次出发,完成嫦娥三号没有完成的任务。当嫦娥三号顺利完成探月工程二期着陆月球的目标时,科学家和工程师们也开始考虑将这位“替补队员”转正,在最大限度的利用现有产品的基础上对嫦娥三号的探测任务进行补充和拓展。在经过分析和研究后,这位替补队员被命名为嫦娥四号,并将成为人类历史上第一艘在月球背面软着陆的探测器。
玉兔号月球车
与嫦娥三号一样,嫦娥四号着陆器在月球表面着陆后,也将放出一台月球车(学名为“巡视器”)。而与嫦娥三号不同的是,为了在月球背面保持与地球的持续通信,还需要为嫦娥三号专门发射一颗中继通信卫星。今年5月,这颗被命名为“鹊桥”的中继星被长征4-C火箭发射,并成进入地月L2点的Halo轨道上,为嫦娥四号的到来做好了准备。
中继星执行通信中继任务的示意图
标签 登月-
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- 责任编辑:程小康
- 最后更新: 2018-12-08 16:53:57
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