探秘月球背面

沈臻懿

月球不僅是距離地球最近的自然天體，也是地球唯一的天然衛星。當我們仰望夜空，除了滿眼閃爍的星星外，還有一輪明月高掛空中。38.4萬公里外的月球，在與地球相伴數十億年間，對地球文明帶來了深遠的影響。自古以來，人類對月球的探索就從未停歇。不過，我們目光所及的更多是月球的正面；對于望遠鏡無法窺探的月球背面，人類依舊懷抱著無盡的想象和好奇！

人們不免會問，為何月球總是只有一面對著地球呢？直到人類對于引力作用有了科學的認識后，這一謎團才得以揭開。原來，潮汐力的存在，令月球的自轉與圍繞地球公轉的周期相同。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。不過，鑒于地球體積遠遠大于月球，因而地球潮汐變化并不顯著。正是由于這一相互作用，月球才得以被“固定”在某一特殊位置，這也使得我們只能看到月球的一面，而其另一面似乎始終隱藏于陰影之中。如果說，這一解釋仍有些抽象的話，我們可以試想一下用一根繩子將皮球綁住后轉圈的情形；我們會發現，被繩子綁住的皮球總是只有一面朝向轉圈者。如果將皮球看作是月球的話，那根拴緊的繩子，便是地月間的潮汐引力。人類雖然無法從地球上直接觀測月球背面，但科學家們通過雷達、太空探測器等各類技術，已經持續展開了對于月球背面的研究。

月球不僅是距離地球最近的自然天體，也是地球唯一的天然衛星；38.4萬公里之外的月球，在與地球相伴數十億年間給地球文ded79514e1eea2ca2d7cb003ff0b0523fa02f669747603ae8e1db460ef36c7a8明帶來了深遠影響

1959年10月4日，蘇聯發射的月球3號探測器，成為人類歷史上首個拍攝到月球背面照片的航天器。其在飛過月球背面時拍攝的29張照片，覆蓋了月球背面70%的區域。盡管最后得到的照片清晰率較低，但其還是記錄了人類第一次對月球背面的觀察，向人類呈現出此前從未見到的景象。從20世紀60年代末起，人類曾啟動過7次載人登月任務，共12名宇航員登陸了月球表面。不過，人類首先實現月球背面軟著陸，還是近幾年的事情。2019年1月3日10時26分，我國嫦娥四號探測器順利在月背預選區馮·卡門撞擊坑內（地點東經177.5991°，南緯45.4446°）實施軟著陸，標志著人類歷史上首次實現了在月球背面的軟著陸和巡視勘察、首次實現了月球背面同地球的中繼通信，并通過“鵲橋號”中繼衛星傳回了世界上首張近距離拍攝的月球背面照片。

由于月球自轉周期與其圍繞地球公轉的周期相同，使得月球41%左右的月面始終背對地球。航天器一旦飛到月球背面，就無法通過直接無線電通信同地球聯系。這也是長期以來，人類航天器難以在月球背面著陸和探測的一大原因。為了解決這一超級難題，就必須在太空中架起“鵲橋”，從而將月球背面和地球相“連接”。為此，科學家們首先需要將作為“鵲橋”的中繼衛星發射至月球軌道，以實現地球、中繼衛星和月球背面航天器之間的通信。

作為通信衛星的中繼衛星，被譽為“衛星中的衛星”。其任務就是為航天器等傳輸數據，并建立起航天器和地面測控網絡之間的聯系。這就要求中繼衛星既能“直視”月背，又能“見到”地球。由于中繼衛星承擔著為月球背面的航天器著陸傳輸信息的任務，其位置只能處于月球背面。然而，在深邃無垠的茫茫宇宙中，最為適合中繼衛星這一“鵲橋”的位置又在哪里呢？

對于月球背面的探索，不僅可以揭開月背的“神秘面紗”，還可為人類提供有關月球形成和地質演變的全新視角

艾特肯盆地的直徑將近2500公里，最深處約12公里，是人類在整個太陽系中發現的最古老、最大的隕石坑

眾所周知，牛頓提出的物體之間相互作用的萬有引力，對天體運動有著決定性的作用。但三個天體之間的作用力關系則尤為復雜，亦被稱之為“三體問題”（Three-Body Problem）。三個天體中，有些點的位置極為特殊。在這些點上，最小的天體相對于其他兩個大天體來說基本保持著靜止。而這些點，則被稱之為拉格朗日點。科學家們發現，特殊的空間位置以及天體力學的特點，使得拉格朗日點成為空間探測的最優位置。因而，月球背面一側的拉格朗日L2點也就成了科學家們選定的中繼衛星放置點，可實現對于中繼通信的覆蓋。拉格朗日L2點正好處于地月之間的引力平衡點，中繼衛星在此接收到來自地球的信號后，可轉發給位于月球背面的航天器，同時也可將航天器上的圖像和數據傳回地球。有意思的是，中繼衛星在該點繞地球轉動的周期和月球繞地球轉動的周期相同，故用以維系L2點所需的能源亦相對較少。

人類對于月球背面的探索，不僅可以揭開月背的“神秘面紗”，還可為人類提供有關月球形成和地質演變的全新視角。整體而言，月球背面相較于月球正面更為古老，還存在著目前太陽系中已知的最大撞擊坑之一的——艾特肯盆地（South Pole-Aitken Basin）。2023年9月29日，據中國國家航天局官網報道，探月工程嫦娥六號計劃將于2024年上半年發射。人類歷史上已先后有過10次月球采樣返回，但均位于月球的正面。此次嫦娥六號的任務，則是月球背面采樣返回，以期能夠對不同年齡和地域的月壤進行發現和采集。

根據物質成分與地貌特征的不同，月球可分為克里普巖地體、斜長高地巖地體和艾特肯盆地三大地體。艾特肯盆地的直徑將近2500公里，最深處約12公里，是人類在整個太陽系中發現的最古老、最大的隕石坑。面對如此巨大的撞擊坑，可以想象彼時的撞擊程度有多劇烈！科學家們分析，這一撞擊坑在43億年前形成。也就是說，月球在形成不到10億年間就遭到了撞擊。該次撞擊直達月球地幔，很有可能導致大量月球地幔物質沖出表面。加之彼時的月球活動極為活躍，地幔物質甚至還可能包括了部分月核物質。

為了更好地實現月球背面的航天器和地球之間的通信，新研制的“鵲橋二號”中繼衛星計劃于2024年上半年發射，并先期抵達拉格朗日L2點。而承擔月球背面采樣任務的嫦娥六號，主要由上升器、著陸器、返回器、軌道器等結構組成，目標則是采集2千克月球樣品。同時，嫦娥六號還搭載了法國氡氣探測儀、歐空局負離子探測儀、意大利激光角反射鏡和巴基斯坦立方形等國家的載荷和衛星。屆時，當嫦娥六號著陸月球背面，并從月背采集樣品返回地球后，人們便可知曉更多有關月球背面的秘密！

編輯：黃靈? ? yeshzhwu@foxmail.com