石豪：最初的梦想——月球背面探索史

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石豪：最初的梦想——月球背面探索史
- 石豪科研工作者、航空航天观察者
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2018-12-07 15:11:46 字号：A- A A+ 来源：观察者网

关键字: 嫦娥四号月球探测器月球背面照片月球背面为什么去不了中国航天中国登月

【文/观察者网专栏作者石豪】

备受关注的嫦娥四号月球探测器，于北京时间2018年12月8日凌晨2时23分发射升空，前往人类从未踏足的月球背面，执行历史上首次月背着陆探测。

从今天开始，笔者将与各位读者一起，回顾月球探索的发展历程，追踪嫦娥四号的任务进程，品读中国航天人的开拓精神。

一、永恒之暗

自从数万年前先人第一次仰望夜空起，人类对月球的好奇与求索从未停止。

随着时间的流逝，人们渐渐发现，月亮表面的“图案”似乎是固定的，只是伴随着月盈月亏而若隐若现。

月有阴晴圆缺，只是朱颜不改

随着天文学的发展，人类逐渐意识到，月亮和地球一样，都是球状的天体，月亮是地球的一颗天然卫星，在围绕地球公转的同时，自身也在自转。

而月球终年只以一面示人的原因在于，月球的自转周期与公转周期是基本一致的，就像这样：

图片作者：gracie@tumblr

这并不是个神奇的巧合，而是自然法则作用下长期磨合的结果。

我们来看一下真实比例下的地球、月球和地月距离：

图片作者：Melikamp@Wikipedia

在地月系统中，尽管月球的半径只相当于地月平均距离的1/220，但这依然不足以将月球的尺寸忽略不计。在地球的引力场中，月球朝向地球的一面，总会比背离地球的一面受到更多的引力，这种不平衡的引力对月球构造产生“撕扯”，并最终将月球塑造成了一个略扁的球体。

图片作者：Robert Frost@NASA

上图中，月球近端B受到的引力就明显大于远端A。

在月球公转一个角度后，如果月球的自转速度与其公转速度有差别，那么月球远端A、近端B和地球引力中心就不在一条直线上，不平衡的引力将产生一个力矩，影响月球的自转速度，使得AB两点与地球引力中心保持共线。

具体到上图的例子，月球的自转比公转快（蓝色箭头），不平衡引力产生的力矩（红色箭头）就会减慢月球的转动，最终使月球的自转与公转速度相同。

这就是我们长期以来只能看到月球一个面的原因，在天文学中被称为月球的“同步自转”。这种原理在航天器设计中被称作重力梯度效应，科学家甚至利用重力梯度作为卫星的稳定与控制手段，美国海军早期的“子午仪”导航卫星就是基于这种原理。

“子午仪”导航卫星，包含一根伸长的重力梯度稳定杆

顺带一提，基于重力梯度稳定的卫星会绕着它的质心像天平那样摆动，这被称为天平动效应，需要额外的阻尼来克服。而月球没有这种人工阻尼，因此天平动比较明显，我们也能通过天平动看到月球背面的18%。

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标签中国航天月球 NASA 嫦娥
- 原标题：石豪：最初的梦想——月球背面探索史
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- 责任编辑:李泠
- 最后更新: 2018-12-08 08:07:59
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