錢航

寧靜之地

對天文學(xué)研究而言，月球背面是一片難得的寧靜之地。接收遙遠天體發(fā)出的射電輻射，是研究天體（包括太陽、行星及太陽系外天體）的重要手段，稱為射電觀測。

由于這些天體的距離遙遠，電磁信號十分微弱，而且地球上的電磁環(huán)境會對射電天文觀測產(chǎn)生顯著干擾，所以天文學(xué)家一直希望找到一片完全寧靜的地區(qū)，監(jiān)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(jiān)測到地面和地球附近的太空無法分辨的電磁信號，從而為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

月球背面的寧靜使其成為天文學(xué)家監(jiān)聽來自宇宙微弱電磁信號的首選之地

潮汐鎖定

因重力梯度從而使天體永遠穩(wěn)定地以同一面對著另一個天體，這種現(xiàn)象稱為潮汐鎖定（或同步自轉(zhuǎn)、受俘自轉(zhuǎn)），如月球永遠以同一面朝向地球。潮汐鎖定的天體繞自身的軸旋轉(zhuǎn)一圈要花上繞著同伴公轉(zhuǎn)一圈相同的時間。

這種同步自轉(zhuǎn)導(dǎo)致一個半球固定不變地朝向伙伴。月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期都約為4周，因此無論何時從地球觀察月球，都只能看見同一面的半球。直到1959年，通過從蘇聯(lián)的月球3號探測器傳送回來的照片，人們才完整地看見月球背面。

?由于潮汐鎖定現(xiàn)象，月球永遠只有一面朝向地球（左圖為無月球自轉(zhuǎn)的情況，右圖為有月球自轉(zhuǎn)的情況）

月亮與潮汐

我國古代地理著作《山海經(jīng)》中就已提到潮汐與月球的關(guān)系，東漢時期的王充也在他所著的《論衡》一書中明確指出：“濤之起也，隨月升衰”。而直到牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，拉普拉斯才得以證明，潮汐現(xiàn)象是由太陽和月亮、主要是月亮的引力造成的。

月球的引潮力不僅會在地球上產(chǎn)生海潮，還會引起大氣潮。但是大氣潮遠沒有海潮這樣驚天動地、氣勢磅礴，又因我們身在其中，所以是很難察覺的。

除此之外，引潮力還會使地球的本體（包括地表）產(chǎn)生潮汐，這種潮汐稱為固體潮，固體潮引起地表的起伏很小，只有用精密的儀器才能測出來，這可能對地球的引力場有細(xì)微影響。地球內(nèi)部有一部分是液態(tài)的，因此那里也會產(chǎn)生潮汐。有人認(rèn)為，地球內(nèi)部的潮汐是誘發(fā)地震的原因之一。

?月球的溫克爾三重投影圖，綠線內(nèi)范圍即因天平動而使月球表面可見的理論范圍

天平動

盡管月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)完全被鎖定，但是由于天平動和視差，從地球重復(fù)地觀測，仍可看見月球表面的大約59%。如此看來，月球背面并不全部是暗的，而是有一部分邊緣地帶會因天平動而被觀測到。

月球天平動，指的是在地面上觀測到的月球可見面有上下左右的小幅度擺動。正是由于這種效應(yīng)，人們在地球上能觀測到月球表面的59%，其中18%時多時少。

因月球運動和自轉(zhuǎn)軸指向而造成的天平動，又稱光學(xué)天平動或幾何天平動;因月球?qū)嶋H擺動形成的天平動則稱物理天平動。

月球3號探測器

月球3號

追溯人類第一次直接看到月球背面的歷史，是1959年10月4日，蘇聯(lián)的月球3號探測器發(fā)射升空，飛往月球，它前往月球的主要任務(wù)是揭開月球背面的神秘面紗。

月球3號探測器與之前的月球1號、月球2號大不相同，它更重且設(shè)計更加巧妙。月球3號采用圓柱形的外形，首次攜帶了兩臺焦距不同的照相機，而且還使用了太陽能電池，同時采用了氣體噴嘴控制姿態(tài)。

為了完成既定任務(wù)，科研人員對發(fā)射時間和飛行軌道做了精心安排，沒有直接快速飛向月球，而是在經(jīng)過較長時間的飛行之后緩慢地繞到月球背面，在距離月球大約7000米處經(jīng)過。當(dāng)它繞到月球背面時，在地球上看到的是“新月”，太陽恰好在月球3號背面，照亮了遠離地球一側(cè)的月面，使得月球3號拍攝了人類不曾看到的月球背面圖片。

在通過月球背面的40分鐘之內(nèi)，兩個光學(xué)相機拍攝了29張照片，其中17張照片在飛行途中完成自動沖印，然后通過電視掃描轉(zhuǎn)換成電視信號，再通過無線通信裝置傳送回地面。雖然最后得到的照片分辨率很低，而且只覆蓋了月球背面70%的區(qū)域，但是卻記錄了人類對月球背面的第一次觀察，展現(xiàn)了人類以前從未看到過的景象。

通過對月球3號探測器傳回的月球背面圖片的分析發(fā)現(xiàn)，月球背面主要是高地和山脈，大面積的月海只有兩個，在照片上顯示為兩個黑暗的月球表面陰暗區(qū)。而且，背面的顏色相較于正面稍紅一些。

這一結(jié)果大大加強了人們探測月球的興趣。1966年，美國“月球軌道環(huán)行器”同樣拍攝到月球背面的照片，使得人們能夠看清月面上的那些錯落、形狀不一的圓丘。

隨著對月球背面探測的深入，如今，科學(xué)家已經(jīng)繪制成功更加詳細(xì)的月球背面圖，并按照國際規(guī)定給那些背面的山和“海”進行了命名。

除此之外，月球背面還更為古老，也保留著更為原始的狀態(tài)，它具有不同于月球正面的地質(zhì)構(gòu)造，因此，對研究月球和地球的早期歷史具有重要價值。而地球上經(jīng)歷了多次滄海桑田，早期地質(zhì)歷史的痕跡早已消失殆盡，我們只能寄望于從月球上仍保存完好的地質(zhì)記錄中挖掘地球的早期歷史。

月球3號探測器傳回的第一幅月球背面影像照片

知識鏈接：潮汐的形成

在我國古代，把發(fā)生在白晝的海水漲落稱為“潮”;把發(fā)生在夜間的海水漲落稱為“汐”，合稱“潮汐”。關(guān)于潮汐現(xiàn)象的形成原因，唐朝的天文學(xué)家竇叔蒙對此做了詳細(xì)的解釋。竇叔蒙自幼生活在潮汐現(xiàn)象頻繁發(fā)生的浙江省東部地區(qū)，面對波濤洶涌的大海，他心里總升騰起一種急于探求其中奧妙的強烈欲望。他幾乎每天都會習(xí)慣性地在固定時間出現(xiàn)在海灘上，盯著潮起潮落的海水冥思苦想。長期的觀察實踐和濃厚的求知興趣，更加之對前人資料的消化吸收，終于使他有所發(fā)現(xiàn)和收獲，經(jīng)系統(tǒng)總結(jié)后寫成了《海濤志》一書。

（責(zé)任編輯/朱文超）