探訪月球另一面

文楊羊/整理

北京時間2019年1月3日10：26，中國第二顆月球著陸器嫦娥四號成功實現人類首次月球背面降落，并在11：40通過中繼衛星傳回人類歷史上第一幅月球背面的地表圖像，引發網絡刷屏狂潮。

第一張近距離拍攝的月背影像圖

從嫦娥一號拍攝的全月球影像圖到嫦娥二號首次實現對小行星的飛越探測，再到嫦娥三號成功實現落月夢想，中國探月工程自2004年啟動以來取得一個又一個突破，對月球及深空探測的持續發展產生了重大影響。此次嫦娥四號登陸月球背面將開啟人類探測月球的新篇章。

月球背面有什么

月球背面有什么？有人說有外星人，有人說有飛碟甚至二戰飛機等，這些說法都沒有科學依據。

1959年，蘇聯發射的月球2號探測器在飛越月球時第一次拍到了月球背面的圖像。20世紀六七十年代，美國和蘇聯的月球探測器多次獲得月球背面圖像，阿波羅8號宇航員還飛到月球背面，看到了月球之背的荒涼景象。

21世紀以來，美國、中國、印度、日本、歐洲的探測器對月球進行了更高分辨率的探測。2009年6月19日，美國發射的月球勘測軌道器獲得了分辨率優于1米的全月球影像，可以清晰辨認阿波羅登月時遺留在月球表面的月球車、登月艙等，當然也包括月球背面的高清影像。

自2003年以來，已經有包括嫦娥一號、二號、三號在內的11個月球探測器飛臨月球，獲得了大量月球背面的探測數據，包括地形地貌、物質成分等詳細信息。

所有這些探月任務都沒有在月球背面發現外星人的基地，也沒有發現任何人工建筑物或人為活動的痕跡。月球背面看起來只是一片保存了幾十億年之久的荒涼大陸。

為什么看不到月球背面

為什么地球上的人們無法觀察到月亮的另一面？這要從月球最初形成時說起。

一般認為，月球形成于大約45億年前，就在地球形成后不久。關于它的起源有多種假說，其中最受科學界青睞的是“大碰撞分裂說”——地球在形成早期受到一顆火星大小的天體撞擊，撞擊出的碎片逐漸形成了月球。

月球形成時的公轉、自轉并不同步。那時的月球在地球重力的牽引下形成了一個橢圓形的球體，其長球端面向地球。由于公轉與自轉不同步，月球的長球端會逐漸背離地球，但地球的引力又會將它牽拉回來。同時，這種不斷的牽拉作用會影響月球的自轉速度。

經過一千年左右的“拉拉扯扯”，地球逐漸調整好月球的自轉和公轉，實現了潮汐鎖定。

人們看到的月球也并非是剛剛好的一半。因為月球的橢圓形軌道使它的自轉軸相對地球傾斜，就產生了“月球的四季”，在這種情況下，我們可以多看到9%的月球，但仍有41%的月球無法看到。

探測月球背面有多難

在月球背面飛行和著陸的探測器由于月球本身的阻擋，不能直接與地球表面進行無線電通信。地面控制人員無法了解飛船的運行狀況，也無法把測控信號傳輸給飛船。

嫦娥四號巡視器車輪

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，而月球車或登月艙要成功在月球背面著陸就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。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，通過中繼衛星傳輸數據和發送測控信號。

此外還需要解決探測器在復雜地形的安全著陸難題。月球背面到處都是高山和撞擊坑，可供選擇的著陸區范圍只有正面的1/8。嫦娥三號著陸時可供選擇的區域范圍長約300千米、寬約90千米，而嫦娥四號只能在有限的撞擊坑內尋找相對平坦的位置作為著陸區，選擇范圍長、寬各為十幾千米。

在復雜的地形中，嫦娥四號要做到近乎垂直降落，著陸時間短、航程短，風險無疑較大。

探測月球背面的意義

接收遙遠天體發出的射電輻射是研究天體的重要手段，被稱為射電觀測。由于這些天體的距離遙遠，發出的信號十分微弱，地球上“喧鬧”的電磁環境會對射電天文觀測產生干擾。所以天文學家一直希望找到一片完全安靜的區域，監聽來自宇宙深處的微弱電磁信號。

月球背面屏蔽了來自地球的各種無線電干擾信號，因而可以監測到地面無法分辨的電磁信號，為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

此外，月球背面保留著更原始的狀態，具有不同于正面的地質構造，對研究月球和地球的早期歷史具有重要價值。

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潮汐鎖定

天文學中把由于重力梯度使天體永遠以同一面對著另一個天體的現象稱為潮汐鎖定。

潮汐鎖定現象在宇宙中十分普遍，如太陽系中，地球鎖定了月球，火星鎖定了2顆衛星，木星鎖定了8顆衛星，土星鎖定了15顆衛星，天王星鎖定了5顆衛星，海王星鎖定了2顆衛星。

以上例子中行星的個頭都遠遠大于其鎖定的衛星，然而，潮汐鎖定是一種相互的影響，不僅僅作用于個頭較小的衛星，對于行星也有影響。比如地球潮汐鎖定了月球，同時地球也受月球的影響，自轉逐漸減緩。

如果兩個相互影響的天體個頭相差不大，那么就有可能產生相互潮汐鎖定的現象，比如矮行星冥王星和它的衛星卡戎就是這樣，它們之間相互潮汐鎖定，只能從冥王星的一個半球看見卡戎，反之亦然。