嫦娥四号将发射！神秘的月球背面，中国即将抵达！

中国的探月工程，最终要实现的目标，一是以机器人为代表，在月球建立无人月球科考站;二是载人登月;三是在月球建立有人基地。

为顺利实现这些目标，中国前期已经发射了嫦娥一号、嫦娥二号和嫦娥三号。

 

2分钟回顾中国探月之路！

嫦娥一号轨道示意图。（图片来自中国探月与深空探测网）

嫦娥一号的主要任务是“绕”，也就是开展绕月探测。任务结束后，嫦娥一号于2009年3月1日受控撞月。

 

嫦娥二号轨道示意图（图片来自中国探月与深空探测网）

 

嫦娥三号轨道示意图。（图片来自中国探月与深空探测网）

嫦娥二号、三号和四号的主要任务是“落”，也就是实现月球软着陆和月面巡视勘察。

嫦娥四号

跟二号和三号不同的是，嫦娥四号是首次在月球背面着陆，并放出无人月球车，难度远超以往。

 

动图：从距离地球160万公里外的太空，深空气候观测卫星拍摄的月球画面上，
只能看到月球背面。（图片来自NASA/EPIC）

由于潮汐锁定，自人类诞生以来，就从未有人在地球上见过月球背面，无形中，这给月球背面蒙上了一层神秘的面纱。

 

动图：图为潮汐锁定示意图，从地球上看不到月球背面。（图片来自Stigmatella aurantiaca）

动图：图为非潮汐锁定示意图，这种情况下能看到月球背面。（图片来自Stigmatella aurantiaca）

虽然历史上已经有多颗环月探测器对月球背面进行了遥感探测，但至今从未有航天员或探测器在月球背面着陆并进行实地探测。

相对于正面，在月球背面软着陆的难度要大得多。原因是月球挡住了电磁波，使得地球上难以遥控和指挥背面的探测器。

嫦娥未动，鹊桥先行

为解决这个大难题，2018年5月21日，中国已提前发射了鹊桥号中继卫星，此刻，它正运行在地月系第二拉格朗日点的Halo轨道上。

 

动图：鹊桥号始终位于月球背面，提供信号中继服务（图片来自吴伟仁等）

地月系的第二拉格朗日点是地球和月球的引力平衡点。在这个点周围，卫星只需耗用极少的燃料就能长期维持在轨道上。而鹊桥号是世界上第一颗运行于地月第二拉格朗日点的通信卫星。在95%的时间里，鹊桥号既面对月球的背面，又同时面对地球，完美充当数据传输的中继站。

困难多但优势明显

 

图片来自NASA

虽然在月球背面进行探测难度不小，但月球背面的好处也十分明显。

大名鼎鼎的500米口径球面射电望远镜FAST，其工作频率在70MHz至3GHz之间。要想在地球上进行频率低于10 MHz的射电天文观测是一件极其困难的事，原因来自于地球电离层的干扰。

即使是在大气层上空的地球轨道上，甚至是在月球正面进行射电天文观测时，同样也会受到地球电离层、闪电、极光，以及人工无线电的干扰。

但在月球背面建立射电天文观测站，则来自地球上的这些干扰就能迎刃而解。

超300摄氏度温差

月球上昼夜温差超过300摄氏度，为抵抗夜晚的低温，嫦娥四号上的月球车配置两种能源系统，一是两翼的太阳能面板，可在白天时进行发电。二是钚238同位素温差发电器，发电的同时提供源源不断的热量，以抵抗月球上最低零下196℃的低温。

 

图为正放出大量热量的钚238。（图片来自Cournoyer）

钚238半衰期为87.74年，衰变时释放阿尔法粒子，同时放出大量热，可自燃。温差发电器正是利用钚238发出的热来发电。

嫦娥四号的着陆点为月球南极，且处于月球背面艾特肯盆地内的某个撞击坑。

艾特肯盆地直径大约2500公里，深13公里，从坑底最深处到最高壁顶处落差大约16公里，这是太阳系已知的最大撞击坑之一，同时也是月球上最大、最深和最古老的撞击盆地。

 

图为月球南极且大部分处于月球背面的

艾特肯盆地，红色代表高海拔地区、蓝色为

低海拔地区。（图片来自Ittiz）

相信嫦娥四号上的月球车对这个古老盆地进行各种科学探测后，关于月球以及月球上最大盆地内的一些秘密会被揭晓出来。

 

本文由科普中国融合创作出品，寒木钓萌制作，中国科学院计算机网络信息中心监制，“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌

本文转载自“中国科普博览”公众号

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