明年登陸月球背面 "嫦娥"會看到什麼

  白天紅日高懸，夜晚明月普照，已是人類最為普遍的認識，但有沒有想過，太陽、月亮、地球間存在著極為奇妙的聯繫。

  月球離地球，平均距離約為38萬公里。太陽離地球，平均距離約為1億5千萬公里。兩兩相除，可以得到太陽到地球的距離約為月球到地球的395倍遠；而太陽直徑和月球直徑，兩兩相除，得出的數字也大致如此。

  幾乎相同的倍數，距離抵消了大小，於是乎，在人們的視野里，太陽和月亮這兩個天體在地球上空看起來，它們的圓面就變得幾乎是一樣大了。

  這個現象是自然產生的，還只是一種巧合？

  從地面上看過去，兩個約略同大的天體，一個管白天，一個管夜晚，太陽系中，還沒有第二個同例。著名科學家艾西莫夫曾說過：「從各種資料和法則來衡量，月球不應該出現在那裡。」他還說，「月球正好大到能造成日蝕，小到仍能讓人看到日冕，在天文學上找不出理由解釋此種現象，這真是巧合中的巧合。」

  與其他行星的衛星相比，月球似乎顯得有些大，用數據來說話：地球直徑12756 公里，衛星月球直徑3467 公里，是地球的27%；火星直徑6787公里，有兩個衛星，大的直徑有23公里，是火星的0.34%；木星直徑142800公里，有13個衛星，最大的一個直徑5000 公里，是木星的3.5%；土星直徑120000 公里，有23個衛星，最大的一個直徑4500公里，是土星的3.75%……

  看一看其他行星的衛星，直徑都沒有超過母星的百分之五，但是我們的月球卻大到百分之二十七，這樣比較之後，貌似感覺月球實在大得有些「不自然」。

  自1969年阿波羅號飛船登陸月球后，人類首次從月球表面採集到岩石標本，通過對月岩進行年代分析，發現月岩非常古老，有許多岩石的年代超過地球上最古老的岩石。根據統計， 發現99％的月岩年齡超過地球上90％的岩石。

  科學家還進行了月震的實驗。通過放置在月球上的月震儀測得月球表面的震動，這個震動持續超過十五分鐘，就像用鎚子用力敲擊大鐘一樣，震動持續很長時間才慢慢消失。當人們用力敲擊一個空心鐵球時，會發出嗡嗡而持續的震動，而敲擊實心鐵球的時候，只會維持短暫的震動，時間不長就停止了。這個持續震動的現象讓科學家開始設想月球是否是空心的。

  一個實心的物體遭受撞擊時，可以測出兩種波，一種是縱波，一種是表面波，而空心的物體只能測到表面波。「縱波」是一種穿透波，可以穿透物體，由表面的一邊經過物體中心傳導到另一邊。「表面波」如同它的名字一樣，只能在極淺的表面傳遞。但是，放置在月球上的月震儀，經過長時間的記錄，都沒有記錄到縱波，全部都是表面波。根據這個現象，科學家有個大膽的假設：月球可能是空心的。

  相比地球上的隕石坑，月球上的隕石坑都比較淺，通過對月球土壤樣品的分析檢測，發現含有地球上極稀有的金屬元素，如鈦、鉻、釔等，大部分是一種很硬的金屬成分，就是用來建造太空船的「鈦」金屬。難怪會這麼堅硬了。所以月球的整體構造可以說就像是一個空心的金屬球。這些金屬都很堅硬、耐高溫、抗腐蝕。難怪隕石坑都很淺。月球從構造上來說，可能是一個巨大的空心金屬球。

  從月球表面的特點來看，月球正面比較光滑，大多數月海都是在月球的正面，背面則是密密麻麻的環形山，使得月球能以非常高的效率反射太陽光，成為夜空中最耀眼的主角。

  月球的背面究竟是什麼樣

  人類已經六次登月，100多次探測月球，其中阿波羅8號宇航員以及之後登月的阿波羅宇航員都飛到了背面，在月球上空，人類親眼看到了月球之背的荒涼景象。

  中科院天文台研究院、行星專家鄭永春說，進入本世紀后，美國、、印度、日本、歐洲的月球探測器又對月球進行了更高解析度的詳細探測。自2003年以來，包括嫦娥一號、二號、三號在內的多個月球探測器飛臨月球，獲得了月球背面的大量探測數據，包括地形地貌、物質成分、表面環境等詳細信息。均沒有發現任何人工建築物或人為活動的痕迹。

  據鄭永春介紹，從整體上，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域，實際上是一些寬廣的平原，一滴水也沒有。這些區域對太陽光的反射比較弱，看上去比周圍更暗一些，很像地球上的海洋，約佔月表面積的17%。月球上共有22個月海，其中19個分佈在月球的正面，約佔整個正面半球表面積的一半。

  月海是月殼形成后，內部岩漿湧出月表，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，類似於地球上的盆地，具有圓形封閉的特點。月海的地勢比月陸要低得多，如靜海和澄海比月球平均水準面約低1700米。最低的是月海，比月球平均水準面低6000多米。

  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。根據月球形成的大碰撞學說，46億年前，一顆火星大小的天體撞擊原始地球，撞擊拋射物質在地球軌道形成了月球。月球形成后出現全球性的岩漿熔融，熔融岩漿在冷卻過程中發生結晶和分異，密度較重的物質被下沉到月幔，而密度較輕的物質漂浮在月球表面，冷卻凝固后形成了古老的月殼。月海則是在月殼形成后，從月殼裂縫中湧出的岩漿形成的。因此，月陸比月海更古老。

  月陸的反射率較高，看上去比較明亮。整體上，月陸面積約佔月球表面積的83%。月球正面的月陸與月海面積大致相等，但月球背面月陸佔據著絕對主導地位。

  不管是月海還是月陸，整個月球表面都分佈著密密麻麻的撞擊坑，記錄著40多億年來小天體撞擊月球留下的痕迹。月球表面越古老，撞擊坑分佈密度越大。月球背面月陸面積占絕對優勢，因此月球背面的撞擊坑密度更高，地形更崎嶇。

  「嫦娥」要去月球背面看看

  深空探測任務細節近日首度公開，有關方面宣布，2018年將發射嫦娥四號，將抵達人類探測器未曾觸及的月球背面。目前，探測器研製進展順利。

  嫦娥四號，原本是2013年12月在月球表面成功實現軟著陸的月球探測器嫦娥三號的備份。在嫦娥三號任務圓滿成功后，科研人員為嫦娥四號賦予了新的任務，這就是，要抵達月球的背面。

  鄭永春介紹，因為月球背面地形複雜，地勢崎嶇，嫦娥四號陸區的選擇將是一個重要問題。此外，通信也是一個考驗，如果是飛行在月球上空數十至上百千米高度的探月衛星，在通信中斷的情況下，還可以依照慣性保持原姿態繼續飛行。而在月球背面飛行和著陸的探測器，由於月球本身的阻擋，不能直接和地面進行無線電通信。地面控制人員無法了解到飛船的運行狀況，也無法把測控信號傳輸給飛船進行各種操作。

  若是月球車或者登月艙要成功著陸在月球背面，需要實時測量飛行軌道，發送測控信號以調整降落速度和著陸姿態，才能實現安全著陸。因此，要確保嫦娥四號在月球背面安全著陸，首先需發射一顆中繼衛星，建立探測器和地面之間的通信聯繫，通過中繼衛星傳輸數據和發送測控信號。

  據國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠介紹，著陸在月球背面，通信只能靠中繼星，因此我們在地月L2點專門放置了中繼星，進行通信。同時利用月球背面非常好的電磁環境，在全球首次開展低頻探測的工作，這些都是原創性成果。

  登陸月球背面后，將會開展哪些科學研究？鄭永春從科學家的角度分析，對天文學研究而言，月球背面是一片難得的寧靜之地。接收遙遠天體發出的射電輻射，是研究天體的重要手段，稱為射電觀測。地球上的電磁環境會對射電天文觀測產生顯著干擾，所以天文學家一直希望找到一片完全寧靜的地區，用來監聽來自宇宙深處的微弱電磁信號，為研究恆星起源和星雲演化提供重要資料。

  除此之外，月球背面更為古老，保留著更為原始的狀態，具有不同於月球正面的地質構造，對研究月球和地球的早期歷史具有重要價值。

  在月球背面探測方面，地形測繪仍然是基礎目標。與月球正面著陸區不同，月球背面的探測對象和科學目標也將有所改動。比如，用於觀測地球等離子體的極紫外望遠鏡，在月球背面將無法再看到地球；月球塵埃作為月面探測面臨的首要環境問題，是未來月面探測的關注點之一。

  據國家航天局探月與航天工程中心主任劉繼忠透露，嫦娥四號將首次把以重慶大學牽頭的科普載荷——月面微生態圈送入月球表面，同時搭載了哈工大的兩個微型小衛星和中山大學的激光角反射鏡，整個任務還是很複雜的。他表示，除了探索未知的月球背面以外，嫦娥四號搭載的「乘客」要比嫦娥三號更多，依靠這樣一個平台，來推動空間技術的創新。

  本報記者 蔡文清 J177