季海

“明月幾時有？把酒問青天。”

“春江潮水連海平，海上明月共潮生。”

“露從今夜白，月是故鄉(xiāng)明?！?/p>

“但愿人長久，千里共嬋娟?！?/p>

“舉杯邀明月，對影成三人?！?/p>

……

關(guān)于月亮，從古至今，人們留下了太多優(yōu)美的詩句。無數(shù)次仰望蒼穹的你，是否曾經(jīng)想過，眼前的這輪明月，我們看到的始終只是玉兔和月桂樹的這一面？

沒錯，千百年來，月亮始終只有一面凝望著地球，另一面則默默地背對著我們。

對于人類來說，月球背面是“秘境中的秘境”，有著許多未知等待著解答。

2018年12月8日凌晨，我國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，世界矚目的人類首次月球背面軟著陸探測的大幕正式拉開啦！

月球背面作為一個神秘的存在，多年來催生了許多和外星人、宇宙飛船、神秘基地、金字塔、神廟有關(guān)的傳說和影視作品。它到底是什么樣子的呢？

月球背面是啥樣

由于月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等，加上地球強(qiáng)大的引力，月球總是一面朝向地球。這就像用一條繩子系著的物體被甩起來一樣，它總是只有一面朝著繩子的方向，這就是“潮汐鎖定”現(xiàn)象。所以我們在地球上只能看見月球的正面，而永遠(yuǎn)也看不見它的背面。

人類并非完全看不到月球背面。1959年10月7日，蘇聯(lián)月球三號探測器傳回月球背面的第一張照片，第一次揭開了月球背面的面紗。1965年7月20日，蘇聯(lián)探測器三號傳送回了25張畫質(zhì)更好的月球背面照片，可以看到月球背面有一條數(shù)百千米長的鏈狀隕石坑。

2010年12月21日，美國國家航空航天局的月球勘測軌道器拍攝了一組高清月球背面照片，解析度是以往所拍月球背面照片的106倍，所呈現(xiàn)的細(xì)節(jié)的精細(xì)程度也創(chuàng)下了歷史紀(jì)錄。根據(jù)這些最新照片的數(shù)據(jù)，美國宇航局繪制了月球背面數(shù)字海拔地形圖，直觀地揭示了月球背面的地形。

從照片上看，月球背面的“面孔”并不漂亮，是一張“麻子臉”，隕石坑的數(shù)量比月球正面要多得多。“皺紋”也多，布滿了溝壑、峽谷和懸崖。

月球背面暗斑中的物質(zhì)與月球正面普通物質(zhì)相比有很大不同。這似乎能夠說明，月球背面由于毫無遮攔地暴露在太空里，遭遇了大量天體的直接撞擊。

此外，月球正面有19個月海，而月球背面上卻只有3個，分別叫東海、莫斯科海和智海。月球正面有許多巨大綿延起伏的山巒，而背面卻沒有那么多。

雖然我們只能看到月球的一面，但這并不是說另外一面永遠(yuǎn)是黑暗的。事實上，當(dāng)我們看到整個月球正面的時候，即滿月時，它的另一面是黑暗的;當(dāng)我們看不到月球的時候，月球背面則是陽光普照。

由于目前還沒有宇航員或月球車登上月球的背面，人們除了借助照片判斷，對月球背面的詳細(xì)情況知之甚少。而我國的嫦娥四號探測器，為人類逐步揭開月球背面的奧秘邁出了關(guān)鍵的一步。因為沒有別的探測器到過月球背面，所以不論是探地形還是探月壤成分，應(yīng)該都是人類第一次獲得的一手?jǐn)?shù)據(jù)。

看似“雙胞胎”，其實大不同

嫦娥四號探測器原本是嫦娥三號探測器的備份，可以說是一對“雙胞胎”。當(dāng)“三姐”圓滿完成任務(wù)后，原本作為替補(bǔ)的“四妹”被賦予了新的任務(wù)，成為在月球背面軟著陸和巡視勘察的先鋒。

為了應(yīng)對全新任務(wù)帶來的挑戰(zhàn)，科研團(tuán)隊對嫦娥四號進(jìn)行了精心的改進(jìn)。雖然“四妹”與“三姐”外貌一樣，其實已經(jīng)“脫胎換骨”了。

嫦娥三號有效載荷大致可以分為三類：第一類用來觀察月球，包括全景相機(jī)、地形地貌相機(jī)、測月雷達(dá)等;第二類用來觀測宇宙，主要由月基光學(xué)望遠(yuǎn)鏡承擔(dān);第三類用來觀察地球周圍的等離子層。三種載荷各有所長，相互配合。

由于月球背面可以屏蔽地球無線電干擾，對許多科學(xué)研究項目來說具有天然優(yōu)勢。根據(jù)著陸區(qū)域和科學(xué)目標(biāo)的變化，科研團(tuán)隊為嫦娥四號配備了8臺有效載荷。其中，著陸器攜帶了地形地貌相機(jī)、降落相機(jī)和低頻射電頻譜儀等，巡視器裝有全景相機(jī)、紅外成像光譜儀和測月雷達(dá)等。

值得一提的是，此次任務(wù)還搭載了“國際范兒”裝備，分別與荷蘭、德國、瑞典、沙特開展科學(xué)載荷方面的國際合作。同時，嫦娥四號還搭載了3項由哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)、重慶大學(xué)等中國國內(nèi)高校開發(fā)的科學(xué)技術(shù)試驗項目。

當(dāng)年嫦娥三號著陸區(qū)是月球正面的虹灣，那里布滿了月海玄武巖，地勢較為開闊、平坦，有利于科學(xué)勘察目標(biāo)的選擇。而嫦娥四號的主著陸區(qū)位于艾肯盆地，那里大坑套小坑，地形復(fù)雜。嫦娥四號在凸凹不平的地方軟著陸，需要具有比嫦娥三號更準(zhǔn)確的著陸精度，并采取幾乎垂直的降落方式。可見，“四妹”必須青出于藍(lán)勝于藍(lán)，才能圓滿完成任務(wù)。

月球那么大，“嫦娥四妹”去哪里

艾肯盆地位于月球背面南端，是一個巨型隕石坑。對艾肯盆地的認(rèn)識變化，貫穿人類短短幾十年的月球探測史。

早在20世紀(jì)60年代初甚至更早，天文學(xué)家就猜測月球背面可能有一個大型盆地。直到1968年蘇聯(lián)的Zond6號探測器傳回了這一區(qū)域的照片，人們才最終確定了這個盆地的存在。

為什么科學(xué)家對艾肯盆地那么感興趣？原來，這個盆地藏有許多秘密。如果能破解這些秘密，人類會對月球、太陽系乃至宇宙的形成有更深入的了解。

首先是大。艾肯盆地是太陽系中目前已知的最大的撞擊盆地，直徑達(dá)2500平方千米。它可以幫助我們了解太陽系中的超大型撞擊事件的過程是怎樣的，會帶來什么。

其次是深。艾肯盆地深達(dá)13千米，是月球上最深的撞擊盆地。這意味著當(dāng)年的撞擊事件很可能撞出了月殼深處甚至月幔的物質(zhì)，這些被撞出的物質(zhì)，會是我們研究月球內(nèi)部成分的鑰匙。

最后是古老。據(jù)估計，艾肯盆地形成于月球的前酒海紀(jì)，是月球上最古老的大型撞擊盆地之一。

對艾肯盆地開展探測，有可能揭開“39億年撞擊峰值”之謎。此前，科學(xué)家從太陽系撞擊歷史中發(fā)現(xiàn)一個奇特的規(guī)律：在地球、月球形成的46億年歷史中，撞擊密度、頻度和力度最高的時候，并不是最初的46億年，而在39億年，其原因困擾科學(xué)界已久。

為了讓嫦娥四號到這里精耕細(xì)作，我國科學(xué)家為月球車探測艾肯盆地專門設(shè)計了一條“路線”，能夠獲取地形地貌、物質(zhì)成分及淺層結(jié)構(gòu)等信息，將在國際上首次建立月球“綜合地質(zhì)剖面”。

“鵲橋”相伴，“飛鴿”傳書

無論探測器飛多遠(yuǎn)，都需要測控通信系統(tǒng)作為聯(lián)絡(luò)的紐帶。深空探測任務(wù)周期長、信號衰減明顯，測控通信難度很大，對星上設(shè)備、地面設(shè)備都有很高的要求。而落在月球背面的嫦娥四號，通信信號完全被月球遮擋，與地面通信更是難上加難。

既然無法像嫦娥三號那樣直接和地面聯(lián)系，“飛鴿傳書”的任務(wù)只能落到中繼衛(wèi)星身上。2018年5月21日，也就是嫦娥四號升空前半年，我國發(fā)射了一顆名為“鵲橋”的中繼衛(wèi)星，并將其架設(shè)在地月拉格朗日L2點的環(huán)形軌道上。通過它實現(xiàn)通信信號“接力”，嫦娥四號才能夠跟“家鄉(xiāng)的親人”聯(lián)絡(luò)。

2018年12月12日，嫦娥四號經(jīng)過約110小時的飛行，到達(dá)了月球附近。在順利完成近月制動后，于當(dāng)天16時45分成功進(jìn)入環(huán)月橢圓軌道，開始繞月飛行。12月30日8時55分，嫦娥四號成功實施變軌控制，進(jìn)入月球背面著陸準(zhǔn)備軌道。

2019年1月3日10時26分，在反推發(fā)動機(jī)和著陸緩沖機(jī)構(gòu)的“保駕護(hù)航”下，一噸多重的嫦娥四號成功降落在月球背面的預(yù)定著陸區(qū)——艾肯盆地的馮·卡門撞擊坑。

落月后，北京航天飛行控制中心通過“鵲橋”中繼星發(fā)出指令，讓嫦娥四號展開了太陽翼和定向天線。1月3日11時40分，嫦娥四號拍攝了世界第一張近距離月背影像圖，并順利傳回地面。當(dāng)天晚上22時22分，玉兔二號巡視器從嫦娥四號駛出，踏上了月球表面，開始了勘察活動。

驚喜！月球上長出植物嫩芽

在接下來的幾天，嫦娥四號搭載的各項科學(xué)儀器也先后開機(jī)，對月球表面進(jìn)行考察，并進(jìn)行科學(xué)實驗。1月11日下午，科研人員執(zhí)行了一項有趣的任務(wù)，他們通過“鵲橋”中繼星發(fā)出指令，讓嫦娥四號與玉兔二號互相拍照。圖像清晰顯示了著陸地區(qū)周圍的地形地貌，“嫦娥”和“玉兔”身上的五星紅旗分外醒目。

這次在月球上進(jìn)行的生物科普試驗，選擇了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物作為樣本，將它們的種子和蟲卵帶到月球上進(jìn)行培育。1月15日，嫦娥四號上搭載的生物科普試驗載荷發(fā)布了最新試驗照片，棉花的嫩芽長勢良好。這是在經(jīng)歷月球低重力、強(qiáng)輻射、高溫差等嚴(yán)峻環(huán)境考驗后，月球上長出的第一株植物嫩芽，實現(xiàn)了人類首次月面的生物生長培育實驗。

由于各項科學(xué)活動進(jìn)展得十分順利，中國探月工程可以說取得了“五戰(zhàn)五捷”。在未來的日子里，嫦娥四號和玉兔二號將繼續(xù)在月面進(jìn)行考察，它們還會傳來哪些令人驚喜的好消息呢？讓我們拭目以待。