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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地月L2点的全称是地月第二拉格朗日点,定点在这里的卫星可以与月球同步绕着地球公转,始终处在地月连线的延长线上。而L2点的Halo轨道则是一条环绕L2点的轨道,在这里工作的中继星能够连续对地球表面的天线和月球背面的嫦娥四号可见,从而可以像一位传令兵一样连续提供地面与嫦娥四号间的通信中继服务。同时,这里还具备日照条件好、维持轨道所需能量低的优点。有趣的是,在此处部署中继星的想法,是由前文介绍过的罗伯特•法夸尔最先提出的。然而,首次实现这个想法的航天器,却来自中国。
(嫦娥四号和月球车组合飞行时的飞行器构型)
月球背面做好三件事
在地球大气层之上,还存在着由带电粒子组成的电离层。电离层对于不同频率的无线电信号有着不同的效应。如果从地球上某处发射频率在10MHz量级的电磁波,这束电磁波将会受到电离层的反射,能够传播到很远的地方。我们使用短波收音机接收来自大洋彼岸的广播信号时,利用的就是这个频段的无线电。而对于频率达到GHz级别的无线电信号,则会穿透电离层到达太空之中。
由于电离层的反射和地面无线电通信信号的干扰,很难在地面和近地轨道上接收太空中的天体发射的频率在10MHz以下射电信号,开展这个频段的射电天文观测。而在月球背面,不但已经远离了地球电离层,还通过月球本体屏蔽了来自地球的干扰。嫦娥四号将通过着陆器和中继星上搭载的射电频谱仪,开展频率范围在10MHz附近的低频射电天文观测,填补0.1~1MHz射电天文观测的估计空白。
太阳风暴对地球各技术系统的影响情况示意图
通过嫦娥四号的低频射电数据,科学家们可以揭开许多自然现象的谜题。例如,太阳风暴的爆发将引发地球附近的空间天气恶化,对航天、导航、通信、供电等一系列技术系统产生影响。太阳风暴爆发时,不但会喷射出大量高能带电粒子、高速等离子体,还会在射电波段引发剧烈的变化,形成射电爆。通过在月球表面的射电观测,科学家们将更为深入和准确的理解高能粒子在太阳附近的加速过程,以及太阳风暴从太阳传播到地球的过程中,其本身的结构与特征所发生的变化。这不但有助于我们更好的理解太空中所发生的现象,还能帮助科学家们更准确的进行空间天气预报。
此外,低频射电信号还可用于月球背面的地质特征与月球正面存在着巨大的差异,其形成这种差异的原因一直时科学家们希望搞清的问题。嫦娥4号的着陆点,选定在位于月球背面、月球南极的艾特肯撞击坑。这个撞击坑区域不但符合工程上对于航天器安全在月面着陆并开展工作的约束,还具备非常大的探测价值。艾特肯撞击坑被认为是太阳系内最大、最古老的撞击坑,保存了原始月球的岩石。同时,它的深度高达12000米,可能露出下月壳甚至月幔等圈层的物质,包含着有关月球内部物质的丰富信息。嫦娥四号和搭载的月球车,利用搭载的测月雷达对月壤厚度、浅层结构和撞击坑表面结构进行探测和研究,将有助于实现月球演化模型和理论的重大突破。
(嫦娥四号着陆区域示意图。图中的冯•卡门是艾特肯撞击坑中的一个区域,嫦娥四号即将在那着陆。)
表面物质的矿物成分也是行星探测的热点内容。由于月球背面之前从未有探测器踏足过,因此月球背面物质矿物成分的秘密也有待嫦娥四号解开。嫦娥四号月球车上配备了红外成像光谱仪,可以利用岩石的光谱信息识别其成分。在其他围绕月球的探测器对月球表面的遥感探测中,已经发现了嫦娥四号的着陆区富含镁和铁等元素,嫦娥四号的就地探测将带来这一区域矿物特征更详细的信息。通过这些信息,科学家们将有希望揭示该区域独特的地质演化历史,在国际上首次获取月球背面地形地貌、地质构造、物质成分、浅层结构等综合信息。
结语
2015年10月,国际天文联合会将嫦娥三号探测器的着陆地点命名为“广寒宫”,将附近三个撞击坑分别命名为“紫微”、“天市”、“太微” 。中国航天人用他们的智慧与辛劳,将祖先们对月球的美好幻想变成了月球上一片真实存在的区域。当嫦娥四号为中国航天带来一次“人类史上首次”的成就后,之后的嫦娥五号任务还将从月球采集样品并返回地球,为有朝一日实现中国的载人登月打下技术上的坚实基础。未来,对月球资源的开发利用,中国不会缺席;对月球科学奥秘的探索,中国也将会为人类贡献更多新的知识。
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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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