月背寂寞億萬載喜迎“嫦娥”舞翩躚

科學研究表明，在地球上用肉眼或天文望遠鏡只能觀測到約59%的固定的那一部分月面。隨著科技發展，月亮背面那層神秘面紗逐漸被我們揭開。

早在1959年，蘇聯的“月球三號”探測器首次拍攝到月球背面，并把圖像成功傳回地球，制作了世界上第一個月球儀。1968年12月，阿波羅8號完成環月飛行后返回地球，三位宇航員成為第一次用肉眼看到月球背面的人類。其中一位宇航員William Anders這樣形容他看到的月球背面景象：月球的背面看起來就像是我家孩子們玩了一段時間的沙堆，到處坑坑洼洼，亂糟糟一片。1962年，美國宇航局的“徘徊者”月球探測器由于計算機出現故障無法工作，最終撞擊在月球背面粉身碎骨，成了首顆在月球背面硬著陸的探測器，當然沒有發回任何有用的資料。之后，美國宇航局通過“月球軌道飛行器”項目系列探測器獲取了大量有關月球背面的信息。

月球背面與正面的地形有很大不同。在月球的正面，分布大量的月海，占正面總面積的31%。月海并不是月球上的海洋，而是指月面上比較低洼的平原。在月球背面則布滿了大大小小的環形山，月海面積僅占1%。

嫦娥四號的著陸點位于月球背面南極的馮·卡門環形山，它是一座巨大的古撞擊坑，直徑大約180千米，形成于45.5億～39.2億年前。馮·卡門環形山位于更大的艾特肯盆地中。該盆地是太陽系內已知的最大、最古老的撞擊坑。該盆地保存了原始月殼的巖石，收集這個區域巖石的數據可以幫助科學家們更好地理解月球的組成，具有極高的科學研究價值。

為什么月球固定一面對地球？

現在，月球繞地球公轉一圈和月球自轉一圈的時間，都是28天左右，在天文學中，這叫同步自轉。因此表現出來就是月亮總是以固定一面朝向地球。

然而，有研究表明，月球形成早期，自轉速度比現在快多了。數億年來，月球自轉速度不斷變慢，慢到自轉和公轉時間幾乎一樣，才導致它始終一面對著地球。那誰給月球自轉踩了剎車呢？

首先，潮汐力難辭其咎。地球和月球相互繞轉，且相互具有萬有引力，彼此都會給對方施加潮汐力。月球在繞地球轉時，會受到地球帶來的潮汐力。地球潮汐力讓月球正對和背對地球的面都鼓起來，并在月球內部形成不斷涌動的固體潮。這種固體潮導致月球幔層之間不斷摩擦，轉變為月殼內部的熱能。幾十億年，這可以耗散月球部分動能，讓月球自轉減緩。不過，潮汐力這種作用很小，不能直接給月球自轉踩剎車。

有天文學者認為，最直接的剎車機制是地球與月球之間的力矩作用。力矩是指作用力使物體繞著轉動軸或支點轉動的趨向。月球在逐漸變扁的過程中，依然要在繞著地球公轉的同時自轉。想象在月球內部，有一條與地心和月心連線方向一致的長軸。長軸在瞬間是指著地心的，但由于月球要自轉，下一瞬間這條長軸就會偏過去，不再指著地心。這時，來自地球的潮汐力對月球這個長軸的兩端都會產生力矩。這個力矩與長軸偏移過去的方向相反，也就是跟月球自轉方向正好相反。這會直接改變月球自轉的角動量，導致月球自轉速度逐漸減慢。

總之，由于以上原因，月球自轉逐漸變慢，直到自轉周期和公轉周期相差無幾，而使月球只能有一面背對地球，也就被地球“潮汐鎖定”了。

在宇宙中，受潮汐力和力矩的影響，所有的行星-衛星系統，甚至恒星-行星系統都在趨向于這種結果。只不過，這個過程非常之慢，可能在實現潮汐鎖定之前，天體系統就消亡了。或許有一天，地球也可能只有一面對著太陽，另一面永遠成了“背面”。

探測月球的背面有必要嗎？

答案是肯定的！

月球是離地球最近的天體，且沒有大氣層，具有得天獨厚的對天觀測、對地觀測和對月觀測條件。特別值得一提的是，月球南北兩極的永久陰影區溫度極低，可以進行紅外天文觀測；月球背面是一片難得的寧靜區域，沒有任何人為的無線電噪聲干擾，能更靈敏地監聽來自宇宙深處的微弱電磁信號，可獲得更暗弱的宇宙信息。

月球的地質結構相對更穩定，有利于開展長期精密的天文觀測。此外，在月球上建立觀測站，可對地球進行全球大尺度觀測，如地殼結構的起伏、地球表面植被和全球氣候變化等。

由于月球幾乎沒有大氣和地質活動，巖石受到的損壞不大，研究月球巖石相當于研究地球40億～39億年前的標本，可了解許多地球早期大氣狀態的信息，甚至有助于人們認識生命、地球、太陽系乃至整個宇宙起源和演化歷史。

由于獨特的環境，月球是探測深空非常理想的中轉站，以及測試各種載人航天技術的訓練場。在月球上組裝和發射航天器，利用原地資源生產所需的燃料，將為人類走向深空提供重要支撐。建月球基地，再從月球發射航天器到火星，是具有現實可行性的選擇，能節省大筆開支。

月球上還擁有巨大的能源儲備，因此被稱為21世紀的波斯灣。由于沒有大氣層，月球表面土壤中有大量通過太陽風吹來的氦3，這是一種清潔、安全和高效的核聚變發電燃料，在月球上建核電站不用擔心核泄漏。俄羅斯的一項估算則顯示，開發月球氦3并運回地球也有利可圖。此外，月球上蘊藏著大量的自然資源，已知有100多種礦物，其中5種是地球上沒有的。因為月球表面幾乎沒有大氣，太陽輻射可以長驅直入，在月面可以建造高效率的太陽能發電站。

嫦娥四號奔月之旅

2018年12月8日2時23分，嫦娥四號探測器搭乘長征三號乙運載火箭，開始了奔月之旅。經過兩次“太空剎車”，12月30日，嫦娥四號成功進入近月點高度約15千米、遠月點高度約100千米的橢圓環月軌道，為擇機著陸做準備。

2019年1月3日，在高度15千米的軌道上，嫦娥四號上的發動機反推剎車，減小軌道速度，進入動力下降階段。由于月球上沒有空氣，只能采用火箭發動機反推的方式徐徐下降。通過主減速階段使嫦娥四號軌道速度降低，并下降至8千米的高度；通過快速調整期進入落月姿態；在反推火箭發動機的托舉下，逐漸下降高度至100米，稍作懸停，對著陸區域進行檢測尋找安全的落點；進入躲避障礙階段，最后30米緩速落月。

嫦娥四號探測器成功落月后，科技人員按計劃開展了著陸器與巡視器分離的各項準備工作，對“鵲橋”中繼星狀態、著陸點環境參數、設備狀態、太陽入射角度等兩器分離的實施條件，進行了最終檢查確認。

2019年1月3日15時07分，科技人員通過“鵲橋”中繼星向嫦娥四號探測器發送指令，兩器分離開始。從北京航天飛行控制中心飛控大廳屏幕上看到，嫦娥四號著陸器矗立月面，太陽翼呈展開狀態。巡視器立于著陸器頂部，展開太陽翼，伸出桅桿。隨后，巡視器開始向轉移機構緩慢移動。轉移機構正常解鎖，在著陸器與月面之間搭起一架斜梯，巡視器沿著斜梯緩緩走向月面。22時22分，巡視器踏上月球表面，完成兩器互拍后分別展開探測工作。

嫦娥四號登月亮點紛呈

我國嫦娥四號登月之旅取得巨大技術成就，有專家總結簡述如下：

1.實現人類首次月球背面軟著陸與巡視勘察。

2.實現月球背面探測器與地面站間的中繼衛星通信。由此可見，我國遠距離通信技術已躋身世界前列。

3.國際首次實現在月球背面的甚低頻射電天文觀測。嫦娥四號或許能為我們打開一扇觀測宇宙的新窗口。

4.入軌精度達到國際先進水平。地球距離月球38萬多千米，航天器從地球發射，并能精確抵達月球，由此可見，我國的精確導航和定位技術水平已經到達了非常了不起的水平。運載火箭發射嫦娥四號并非直飛月球，而是要通過多次機動變軌，才能抵達月球，這期間任何一次機動失敗，整個工程都將功虧一簣。整個飛行過程當中要使用到航天變軌技術和戰術導彈的機動變軌技術基本上一脈相承，同時整個飛行過程都有自動化的星載計算機進行控制，因此也體現了我國導彈技術的可靠性和高精度。

嫦娥四號工程分為中繼衛星和探測器兩部分，中繼衛星“鵲橋”是由長征四號丙運載火箭送到地-月L2點，探測器則由長征三號乙運載火箭送入軌道。同嫦娥三號相比，嫦娥四號工程對運載火箭提出了更高精度和可靠性要求。

5.嫦娥四號首次采用了同位素核電池(钚-238)供電方式，但還只是輔助作用，主要還是靠太陽能板供電。這次使用的核電源功率僅2瓦，僅在月夜采集溫度的時候采用。

6.國際上首次開展超地月距離的反射式激光測距試驗。

7.國際首次開展月背中子及輻射劑量、中性原子分布和地-月L2點低頻射電天文觀測研究。

嫦娥四號任務的順利實施不僅體現我國航天航空科技的迅猛發展，也凝聚著諸多參與國的貢獻。中國國家航天局愿與各國航天機構、空間科學研究機構和空間探索愛好者攜手合作，共同探索太空奧秘。