探秘月球背面

沈臻懿

月球不仅是距离地球最近的自然天体，也是地球唯一的天然卫星。当我们仰望夜空，除了满眼闪烁的星星外，还有一轮明月高挂空中。38.4万公里外的月球，在与地球相伴数十亿年间，对地球文明带来了深远的影响。自古以来，人类对月球的探索就从未停歇。不过，我们目光所及的更多是月球的正面；对于望远镜无法窥探的月球背面，人类依旧怀抱着无尽的想象和好奇！

人们不免会问，为何月球总是只有一面对着地球呢？直到人类对于引力作用有了科学的认识后，这一谜团才得以揭开。原来，潮汐力的存在，令月球的自转与围绕地球公转的周期相同。地球引力作用于月球，便引起了潮汐。反之，月球引力也作用于地球。不过，鉴于地球体积远远大于月球，因而地球潮汐变化并不显著。正是由于这一相互作用，月球才得以被“固定”在某一特殊位置，这也使得我们只能看到月球的一面，而其另一面似乎始终隐藏于阴影之中。如果说，这一解释仍有些抽象的话，我们可以试想一下用一根绳子将皮球绑住后转圈的情形；我们会发现，被绳子绑住的皮球总是只有一面朝向转圈者。如果将皮球看作是月球的话，那根拴紧的绳子，便是地月间的潮汐引力。人类虽然无法从地球上直接观测月球背面，但科学家们通过雷达、太空探测器等各类技术，已经持续展开了对于月球背面的研究。

月球不仅是距离地球最近的自然天体，也是地球唯一的天然卫星；38.4万公里之外的月球，在与地球相伴数十亿年间给地球文ded79514e1eea2ca2d7cb003ff0b0523fa02f669747603ae8e1db460ef36c7a8明带来了深远影响

1959年10月4日，苏联发射的月球3号探测器，成为人类历史上首个拍摄到月球背面照片的航天器。其在飞过月球背面时拍摄的29张照片，覆盖了月球背面70%的区域。尽管最后得到的照片清晰率较低，但其还是记录了人类第一次对月球背面的观察，向人类呈现出此前从未见到的景象。从20世纪60年代末起，人类曾启动过7次载人登月任务，共12名宇航员登陆了月球表面。不过，人类首先实现月球背面软着陆，还是近几年的事情。2019年1月3日10时26分，我国嫦娥四号探测器顺利在月背预选区冯·卡门撞击坑内（地点东经177.5991°，南纬45.4446°）实施软着陆，标志着人类历史上首次实现了在月球背面的软着陆和巡视勘察、首次实现了月球背面同地球的中继通信，并通过“鹊桥号”中继卫星传回了世界上首张近距离拍摄的月球背面照片。

由于月球自转周期与其围绕地球公转的周期相同，使得月球41%左右的月面始终背对地球。航天器一旦飞到月球背面，就无法通过直接无线电通信同地球联系。这也是长期以来，人类航天器难以在月球背面着陆和探测的一大原因。為了解决这一超级难题，就必须在太空中架起“鹊桥”，从而将月球背面和地球相“连接”。为此，科学家们首先需要将作为“鹊桥”的中继卫星发射至月球轨道，以实现地球、中继卫星和月球背面航天器之间的通信。

作为通信卫星的中继卫星，被誉为“卫星中的卫星”。其任务就是为航天器等传输数据，并建立起航天器和地面测控网络之间的联系。这就要求中继卫星既能“直视”月背，又能“见到”地球。由于中继卫星承担着为月球背面的航天器着陆传输信息的任务，其位置只能处于月球背面。然而，在深邃无垠的茫茫宇宙中，最为适合中继卫星这一“鹊桥”的位置又在哪里呢？

对于月球背面的探索，不仅可以揭开月背的“神秘面纱”，还可为人类提供有关月球形成和地质演变的全新视角

艾特肯盆地的直径将近2500公里，最深处约12公里，是人类在整个太阳系中发现的最古老、最大的陨石坑

众所周知，牛顿提出的物体之间相互作用的万有引力，对天体运动有着决定性的作用。但三个天体之间的作用力关系则尤为复杂，亦被称之为“三体问题”（Three-Body Problem）。三个天体中，有些点的位置极为特殊。在这些点上，最小的天体相对于其他两个大天体来说基本保持着静止。而这些点，则被称之为拉格朗日点。科学家们发现，特殊的空间位置以及天体力学的特点，使得拉格朗日点成为空间探测的最优位置。因而，月球背面一侧的拉格朗日L2点也就成了科学家们选定的中继卫星放置点，可实现对于中继通信的覆盖。拉格朗日L2点正好处于地月之间的引力平衡点，中继卫星在此接收到来自地球的信号后，可转发给位于月球背面的航天器，同时也可将航天器上的图像和数据传回地球。有意思的是，中继卫星在该点绕地球转动的周期和月球绕地球转动的周期相同，故用以维系L2点所需的能源亦相对较少。

人类对于月球背面的探索，不仅可以揭开月背的“神秘面纱”，还可为人类提供有关月球形成和地质演变的全新视角。整体而言，月球背面相较于月球正面更为古老，还存在着目前太阳系中已知的最大撞击坑之一的——艾特肯盆地（South Pole-Aitken Basin）。2023年9月29日，据中国国家航天局官网报道，探月工程嫦娥六号计划将于2024年上半年发射。人类历史上已先后有过10次月球采样返回，但均位于月球的正面。此次嫦娥六号的任务，则是月球背面采样返回，以期能够对不同年龄和地域的月壤进行发现和采集。

根据物质成分与地貌特征的不同，月球可分为克里普岩地体、斜长高地岩地体和艾特肯盆地三大地体。艾特肯盆地的直径将近2500公里，最深处约12公里，是人类在整个太阳系中发现的最古老、最大的陨石坑。面对如此巨大的撞击坑，可以想象彼时的撞击程度有多剧烈！科学家们分析，这一撞击坑在43亿年前形成。也就是说，月球在形成不到10亿年间就遭到了撞击。该次撞击直达月球地幔，很有可能导致大量月球地幔物质冲出表面。加之彼时的月球活动极为活跃，地幔物质甚至还可能包括了部分月核物质。

为了更好地实现月球背面的航天器和地球之间的通信，新研制的“鹊桥二号”中继卫星计划于2024年上半年发射，并先期抵达拉格朗日L2点。而承担月球背面采样任务的嫦娥六号，主要由上升器、着陆器、返回器、轨道器等结构组成，目标则是采集2千克月球样品。同时，嫦娥六号还搭载了法国氡气探测仪、欧空局负离子探测仪、意大利激光角反射镜和巴基斯坦立方形等国家的载荷和卫星。届时，当嫦娥六号着陆月球背面，并从月背采集样品返回地球后，人们便可知晓更多有关月球背面的秘密！

编辑：黄灵    yeshzhwu@foxmail.com