科技 新浪科技 嫦娥四號將發射!神秘的月球背面,中國即將抵達!

嫦娥四號將發射!神秘的月球背面,中國即將抵達!

新浪科技 2018-12-07 09:58

  來源:科學大院

  中國的探月工程,最終要實現的目標,一是以機器人為代表,在月球建立無人月球科考站;二是載人登月;三是在月球建立有人基地。

  為順利實現這些目標,中國前期已經發射了嫦娥一號、嫦娥二號和嫦娥三號。

嫦娥一號軌道示意圖。(圖片來自中國探月與深空探測網)嫦娥一號軌道示意圖。(圖片來自中國探月與深空探測網)

  嫦娥一號的主要任務是「繞」,也就是開展繞月探測。任務結束后,嫦娥一號於2009年3月1日受控撞月。

嫦娥二號軌道示意圖(圖片來自中國探月與深空探測網)嫦娥二號軌道示意圖(圖片來自中國探月與深空探測網)
嫦娥三號軌道示意圖。(圖片來自中國探月與深空探測網)嫦娥三號軌道示意圖。(圖片來自中國探月與深空探測網)

  嫦娥二號、三號和四號的主要任務是「落」,也就是實現月球軟著陸和月面巡視勘察。

   嫦娥四號

  跟二號和三號不同的是,嫦娥四號是首次在月球背面著陸,並放出無人月球車,難度遠超以往。

動圖:從距離地球160萬公裡外的太空,深空氣候觀測衛星拍攝的月球畫面上, 只能看到月球背面。(圖片來自NASA/EPIC)  動圖:從距離地球160萬公裡外的太空,深空氣候觀測衛星拍攝的月球畫面上, 只能看到月球背面。(圖片來自NASA/EPIC)

  由於潮汐鎖定,自人類誕生以來,就從未有人在地球上見過月球背面,無形中,這給月球背面蒙上了一層神秘的面紗。

動圖:圖為潮汐鎖定示意圖,從地球上看不到月球背面。(圖片來自Stigmatella aurantiaca)動圖:圖為潮汐鎖定示意圖,從地球上看不到月球背面。(圖片來自Stigmatella aurantiaca)
動圖:圖為非潮汐鎖定示意圖,這種情況下能看到月球背面。(圖片來自Stigmatella aurantiaca)動圖:圖為非潮汐鎖定示意圖,這種情況下能看到月球背面。(圖片來自Stigmatella aurantiaca)

  雖然歷史上已經有多顆環月探測器對月球背面進行了遙感探測,但至今從未有航天員或探測器在月球背面著陸並進行實地探測。

  相對於正面,在月球背面軟著陸的難度要大得多。原因是月球擋住了電磁波,使得地球上難以遙控和指揮背面的探測器。

   嫦娥未動,鵲橋先行

  為解決這個大難題,2018年5月21日,中國已提前發射了鵲橋號中繼衛星,此刻,它正運行在地月系第二拉格朗日點的Halo軌道上。

動圖:鵲橋號始終位於月球背面,提供信號中繼服務(圖片來自吳偉仁等)動圖:鵲橋號始終位於月球背面,提供信號中繼服務(圖片來自吳偉仁等)

  地月系的第二拉格朗日點是地球和月球的引力平衡點。在這個點周圍,衛星只需耗用極少的燃料就能長期維持在軌道上。而鵲橋號是世界上第一顆運行於地月第二拉格朗日點的通信衛星。在95%的時間里,鵲橋號既面對月球的背面,又同時面對地球,完美充當數據傳輸的中繼站。

   困難多但優勢明顯

圖片來自NASA圖片來自NASA

  雖然在月球背面進行探測難度不小,但月球背面的好處也十分明顯。

  大名鼎鼎的500米口徑球面射電望遠鏡FAST,其工作頻率在70MHz至3GHz之間。要想在地球上進行頻率低於10 MHz的射電天文觀測是一件極其困難的事,原因來自於地球電離層的干擾。

  即使是在大氣層上空的地球軌道上,甚至是在月球正面進行射電天文觀測時,同樣也會受到地球電離層、閃電、極光,以及人工無線電的干擾。

  但在月球背面建立射電天文觀測站,則來自地球上的這些干擾就能迎刃而解。

   超300攝氏度溫差

  月球上晝夜溫差超過300攝氏度,為抵抗夜晚的低溫,嫦娥四號上的月球車配置兩種能源系統,一是兩翼的太陽能面板,可在白天時進行發電。二是鈈238同位素溫差發電器,發電的同時提供源源不斷的熱量,以抵抗月球上最低零下196℃的低溫。

圖為正放出大量熱量的鈈238。(圖片來自Cournoyer)圖為正放出大量熱量的鈈238。(圖片來自Cournoyer)

  鈈238半衰期為87.74年,衰變時釋放阿爾法粒子,同時放出大量熱,可自燃。溫差發電器正是利用鈈238發出的熱來發電。

  嫦娥四號的著陸點為月球南極,且處於月球背面艾特肯盆地內的某個撞擊坑。

  艾特肯盆地直徑大約2500公里,深13公里,從坑底最深處到最高壁頂處落差大約16公里,這是太陽系已知的最大撞擊坑之一,同時也是月球上最大、最深和最古老的撞擊盆地。

圖為月球南極且大部分處於月球背面的艾特肯盆地,紅色代表高海拔地區、藍色為低海拔地區。(圖片來自Ittiz)  圖為月球南極且大部分處於月球背面的艾特肯盆地,紅色代表高海拔地區、藍色為低海拔地區。(圖片來自Ittiz)

  相信嫦娥四號上的月球車對這個古老盆地進行各種科學探測后,關於月球以及月球上最大盆地內的一些秘密會被揭曉出來。

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