“嫦娥”飛向月球背面,將會揭開哪些秘密?

來源:羊城派 作者: 發表時間:2018-05-16 10:47

  説天説地説新聞,解花解語解趣事

  羊城派原創文本/夏楊

  近日在全國兩會上,全國政協委員、中國航太科技集團五院黨委書記趙小津透露,我國今年將實施“嫦娥4號”探月任務,探測器著陸點選在月球背面,這將是人類首次在月球背面登陸。另外,初步計劃2025年開始建設月球基地,2030年實現載人登月!

今年將發射“嫦娥4號”再探月球 圖/新華社

  月球是地球的衛星,是距離地球最近的天體。千百年來,人們對這顆夜色中最大最亮的星體寄託了許多美好的想像,其中“嫦娥奔月”的神話傳説最為人所熟知。

  不過這些多是文化意義上的月亮,在科學層面上,人們對這個“熟悉”的天體認知卻很有限。比如,這次“嫦娥”要去的月球背面,此前無人去過,對其了解少之又少。

“嫦娥奔月”的神話很出名 圖/視覺中國

  因此,這次“嫦娥4號”探月活動受到全球矚目。國際權威學術期刊《自然》預測並列舉2018年全球科技大事件時,“嫦娥4號”上了榜。那麼,這又一次“嫦娥奔月”,將會揭開哪些秘密呢?

月球表面地貌照片 圖/視覺中國

  為何人類要不斷探月?

  沒有人對夜空中的月亮感覺陌生,從孩提時代起,我們的親人就帶我們看夜空,講月宮、嫦娥、玉兔等神話故事。等我們逐漸長大,又接觸到無數關於月亮的詩文、傳説。

  也基於此,我國的探月計劃又叫“嫦娥工程”,月球探測器叫“嫦娥號”,月球車叫“玉兔號”。現代科技與神話故事如此直接地聯繫了起來。

夜空中的繁星和明月 圖/視覺中國

  為何要啟動探月工程?其中一個初衷就是來自於千百年來人們的願望,以及對地球這個唯一衛星的好奇。畢竟,從科學角度講,我們對這個距地球有38萬公里的星體,了解還十分有限。比如它的身世,它的結構,以及它永遠“秘不示人”的背面等。

“嫦娥1號”傳回的月球表面圖 圖/新華社

  並且,對這個星體,還有很多神奇之處至今無解。比如我們知道,太陽和月球的個頭差距很大,但為何在我們看來兩者一樣大?科學的數據讓人吃驚:太陽的直徑是月球的395倍,太陽距地球的距離也剛好是月球距地球的395倍!為何這麼巧?

  還有,月球作為地球的衛星,它與地球的直徑之比大得出奇:月球直徑是地球的27%。相比來説,一般行星和它最大衛星的直徑比例都遠比這小,比如火星是0.34%。木星是3.5%。土星是3.75%。其他行星也沒超過母星5%的……

太陽和太陽系行星/資料圖

  關於月球,還有太多謎團。所以探測這個鄰居,是人類歷來的夙願。

  當然,各國(組織)爭相探月,也有基於探索、開發月球能源的考慮。地球上的能源總有枯竭的那一天,月球上已知礦物有100多種,其中有5種還是地球上所沒有的。

各國爭相開發月球資源 圖/中國網

  比如氦3,它是一種安全、高效、清潔的新型燃料,可改變人類社會的能源結構,但在地球上卻十分罕見。每100噸氦3原料足以解決全球一年的電力供應,而月球上的氦3儲量據估算有500萬噸,可滿足人類1萬年以上的供電需求!

月球直徑超過地球的1/4 圖/視覺中國

  此外,探月活動還有某些大國之間競爭、角力的因素。冷戰時期的蘇聯和美國,就是最早啟動探月計劃的國家。

  1959年1月,蘇聯“月球1號”飛船奔向月球,開展了繞月飛行。這是人類發射的第一個擺脫地球引力場的航太器。同年9月蘇聯又發射了“月球2號”,並成功在月球表面硬著陸,這是人類探測器第一次撞擊月球。

蘇聯月球車1號/資料圖

  美國也不甘示弱,1964年7月“徘徊者9號”飛向月球,人類第一次拍攝到了月球表面。而在兩年後,蘇聯探測器“月球9號”成功降落月球表面。

  1969年7月20日,永載人類史冊的一天到來了。美國宇航員乘坐“阿波羅11號”登陸月球,這是人類第一次踏足月球。21日阿姆斯特朗邁出登月艙時,説出了他的那句名言:“這是我個人的一小步,但卻是全人類一大步!”

  在此後,美國先後有12名宇航員登上了月球。人類迄今為止也只有這12人登上了地球以外的天體!

美國宇航員登陸月球/資料圖

  三步規劃圓夢“嫦娥奔月”

  相對於美國和蘇聯,中國的探月工程起步較晚。上世紀90年代,中國科學家開始著手把“嫦娥奔月”的夢想變為現實。經過10年醞釀,最終擬定出探月工程“繞”、“落”、“回”三階段計劃。

探月三階段劃分示意圖 圖/新華社

  大致來説,這三個階段的任務分別為:“繞”:發射探月衛星“嫦娥1號”,環繞月球飛行,對月球表面環境、地貌、地形、地質構造等進行探測。“落”:發射航太器以軟著陸的方式降落月球表面進行探測。“回”:對月面巡視勘察,為下一步建立月球基地、載人登月做準備,並採集樣本返回地球。

“嫦娥1號”衛星發射升空 圖/中新聞

  2007年10月我國成功發射“嫦娥1號”衛星,拉開了中國人探索月球的序幕。在此之前,除了美國和蘇聯,日本、歐空局已向月球發射了探測器。

  “嫦娥1號”到達月球後,繞行在距離月面200千米的橢圓形軌道上,成功獲取月球表面三維影像。它的成功發射,標誌著中國成為世界第五個發射月球探測器的國家地區。

“嫦娥1號”探月軌道示意圖/新華圖

  2010年10月,“嫦娥2號”發射升空,其主要目的是獲取更清晰、更詳細的月球表面影像數據和月球極區表面數據。為此,它的繞月軌道降低到了距月面100公里的高度。

“嫦娥2號”月球探測器 圖/新華網

  完成既定任務後,“嫦娥2號”還開展了拓展實驗。它先探測了距地球150萬公里的日地“拉格朗日2點”。又飛到700萬公里外,與圖塔蒂斯小行星擦肩而過,拍下了寶貴的照片。

  此後它不斷飛向深空,驗證我國的測控通信能力。如今它正在圍繞太陽做橢圓軌道運作,預計在2020年前後回到地球附近。

日地“拉格朗日點”示意圖/資料圖

  2013年12月“嫦娥3號”飛向月球,並成功在月球正面軟著陸,還釋放出了月球車“玉兔號”,在月球表面開展長時間的巡視探測。

“嫦娥3號”月球車“玉兔號” 圖/新華網

  至此,探月工程的前兩步已完成。原本計劃在2017年發射“嫦娥5號”(注:當時計劃就是先發“嫦娥5號”,不是“嫦娥4號”),從月球採集月壤帶回地球。但由於長征五號遙二火箭當年7月發射失利,“嫦娥5號”發射任務也就相應推遲了。

  將於今年啟動的“嫦娥4號”探月任務,如果在降落點附近發現了有價值的線索,將發射“嫦娥6號”去月球採樣返回。

探測器採樣返回地球之路 圖/新華網

  我們為啥在月球背面登陸?

  我國計劃今年實施“嫦娥4號”探月任務,探測器將實現人類首次在月球背面著陸,並釋放月球車開展原位和巡視探測。這是中國探月工程又一次踏上新征程。

“嫦娥4號”的發射意義重大/資料圖

  “嫦娥4號”選擇在月球背面著陸,將遇到一個現實的困難,即月球背面通信信號隔絕,無法與地球溝通聯繫。此前,美國國家航空航太局和歐洲航太局就是在這個難題上遲疑不決。而中國,已經找到了解決這一難題的辦法。

地月“拉格朗日點”示意圖/資料圖

  基於這個現實問題,科學家設計“嫦娥4號”登月計劃分成兩次發射任務來完成。第一步是今年上半年往地月“拉格朗日2點”上發射一顆中繼衛星。這個點位於地球和月球的延長線上,在這裡設置一個衛星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以有效完成地球和“嫦娥4號”探測器之間的信號和數據傳輸任務。

中繼衛星幫助解決通訊問題/資料圖

美國曾設想在L2點上建空間站/資料圖

  那麼,問題來了:“嫦娥4號”的著陸點為何選擇在操作難度大、且人類從未涉足的月球背面?

  設計這項探月任務的科學家認為,正是因為月球背面充滿神秘感、且人類從未踏足過,對這一區域開展科學探測才更有必要,也更有意義。

人類一直在探索未知的領域 圖/新華網

  由於月球自轉與公轉的週期相等(稱為“潮汐鎖定”),因此月球始終以同一面朝向地球,人類從未見過月球背面。有限的探知是,月球背面和月球正面的地貌地形有很大差異,正面較平坦,背面凸凹不平,分佈著大量環形山。

  科學家認為,也正基於此,深入探測月球背面,對研究月球的起源和演變,以及調查月球地質和資源分佈等有重要意義。

月球地表有很多撞擊坑 圖/視覺中國

  同時,也正因為月球背面不受來自地球的無線電波干擾,所以這裡正是將來建造科研基地的理想場所!

  科學家認為,這次探測的重點還有月球兩極。月球兩極都是很特殊的區域:一個是永久光照區,那裏可以獲得持續穩定的太陽能;一個是永久陰影區,那裏可能存在大量水冰。

“嫦娥4號”可能在月球南極登陸/資料圖

  因此,如果能通過探測確定月球兩極是否有水和其他資源,不僅能作為月球基地選址的重要參考,也有助於下一步把月球作為跳板進行載人火星探測。因為水對深空探測太重要了,不僅能維持航太員的生命,還能分解成氫和氧作為飛船的燃料!

未來還將前往探測火星 圖/環球網

  本來嘛,探測月球,就是人類探測茫茫宇宙奧秘的第一站。在這裡建立基地,將為接下來的深空探測奠定重要基礎。

  目前我國的第四期探月工程任務仍在規劃中,科學家希望在今年上半年發射中繼衛星,下半年發射“嫦娥4號”探測器後,能在2025年左右開展月球基地建設,並在2030年左右實現載人登月!

  按照這樣的規劃,中國人千百年來“嫦娥奔月”的夢想,即將真正實現了!

今年“嫦娥4號”出發再探月球/資料圖

或許未來地月距離將不再遙遠 圖/視覺中國

  來源|羊城派

  欄目主持|夏楊

  責編|樊美玲

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“嫦娥”飛向月球背面,將會揭開哪些秘密?

羊城派  作者:  2018-05-16

  説天説地説新聞,解花解語解趣事

  羊城派原創文本/夏楊

  近日在全國兩會上,全國政協委員、中國航太科技集團五院黨委書記趙小津透露,我國今年將實施“嫦娥4號”探月任務,探測器著陸點選在月球背面,這將是人類首次在月球背面登陸。另外,初步計劃2025年開始建設月球基地,2030年實現載人登月!

今年將發射“嫦娥4號”再探月球 圖/新華社

  月球是地球的衛星,是距離地球最近的天體。千百年來,人們對這顆夜色中最大最亮的星體寄託了許多美好的想像,其中“嫦娥奔月”的神話傳説最為人所熟知。

  不過這些多是文化意義上的月亮,在科學層面上,人們對這個“熟悉”的天體認知卻很有限。比如,這次“嫦娥”要去的月球背面,此前無人去過,對其了解少之又少。

“嫦娥奔月”的神話很出名 圖/視覺中國

  因此,這次“嫦娥4號”探月活動受到全球矚目。國際權威學術期刊《自然》預測並列舉2018年全球科技大事件時,“嫦娥4號”上了榜。那麼,這又一次“嫦娥奔月”,將會揭開哪些秘密呢?

月球表面地貌照片 圖/視覺中國

  為何人類要不斷探月?

  沒有人對夜空中的月亮感覺陌生,從孩提時代起,我們的親人就帶我們看夜空,講月宮、嫦娥、玉兔等神話故事。等我們逐漸長大,又接觸到無數關於月亮的詩文、傳説。

  也基於此,我國的探月計劃又叫“嫦娥工程”,月球探測器叫“嫦娥號”,月球車叫“玉兔號”。現代科技與神話故事如此直接地聯繫了起來。

夜空中的繁星和明月 圖/視覺中國

  為何要啟動探月工程?其中一個初衷就是來自於千百年來人們的願望,以及對地球這個唯一衛星的好奇。畢竟,從科學角度講,我們對這個距地球有38萬公里的星體,了解還十分有限。比如它的身世,它的結構,以及它永遠“秘不示人”的背面等。

“嫦娥1號”傳回的月球表面圖 圖/新華社

  並且,對這個星體,還有很多神奇之處至今無解。比如我們知道,太陽和月球的個頭差距很大,但為何在我們看來兩者一樣大?科學的數據讓人吃驚:太陽的直徑是月球的395倍,太陽距地球的距離也剛好是月球距地球的395倍!為何這麼巧?

  還有,月球作為地球的衛星,它與地球的直徑之比大得出奇:月球直徑是地球的27%。相比來説,一般行星和它最大衛星的直徑比例都遠比這小,比如火星是0.34%。木星是3.5%。土星是3.75%。其他行星也沒超過母星5%的……

太陽和太陽系行星/資料圖

  關於月球,還有太多謎團。所以探測這個鄰居,是人類歷來的夙願。

  當然,各國(組織)爭相探月,也有基於探索、開發月球能源的考慮。地球上的能源總有枯竭的那一天,月球上已知礦物有100多種,其中有5種還是地球上所沒有的。

各國爭相開發月球資源 圖/中國網

  比如氦3,它是一種安全、高效、清潔的新型燃料,可改變人類社會的能源結構,但在地球上卻十分罕見。每100噸氦3原料足以解決全球一年的電力供應,而月球上的氦3儲量據估算有500萬噸,可滿足人類1萬年以上的供電需求!

月球直徑超過地球的1/4 圖/視覺中國

  此外,探月活動還有某些大國之間競爭、角力的因素。冷戰時期的蘇聯和美國,就是最早啟動探月計劃的國家。

  1959年1月,蘇聯“月球1號”飛船奔向月球,開展了繞月飛行。這是人類發射的第一個擺脫地球引力場的航太器。同年9月蘇聯又發射了“月球2號”,並成功在月球表面硬著陸,這是人類探測器第一次撞擊月球。

蘇聯月球車1號/資料圖

  美國也不甘示弱,1964年7月“徘徊者9號”飛向月球,人類第一次拍攝到了月球表面。而在兩年後,蘇聯探測器“月球9號”成功降落月球表面。

  1969年7月20日,永載人類史冊的一天到來了。美國宇航員乘坐“阿波羅11號”登陸月球,這是人類第一次踏足月球。21日阿姆斯特朗邁出登月艙時,説出了他的那句名言:“這是我個人的一小步,但卻是全人類一大步!”

  在此後,美國先後有12名宇航員登上了月球。人類迄今為止也只有這12人登上了地球以外的天體!

美國宇航員登陸月球/資料圖

  三步規劃圓夢“嫦娥奔月”

  相對於美國和蘇聯,中國的探月工程起步較晚。上世紀90年代,中國科學家開始著手把“嫦娥奔月”的夢想變為現實。經過10年醞釀,最終擬定出探月工程“繞”、“落”、“回”三階段計劃。

探月三階段劃分示意圖 圖/新華社

  大致來説,這三個階段的任務分別為:“繞”:發射探月衛星“嫦娥1號”,環繞月球飛行,對月球表面環境、地貌、地形、地質構造等進行探測。“落”:發射航太器以軟著陸的方式降落月球表面進行探測。“回”:對月面巡視勘察,為下一步建立月球基地、載人登月做準備,並採集樣本返回地球。

“嫦娥1號”衛星發射升空 圖/中新聞

  2007年10月我國成功發射“嫦娥1號”衛星,拉開了中國人探索月球的序幕。在此之前,除了美國和蘇聯,日本、歐空局已向月球發射了探測器。

  “嫦娥1號”到達月球後,繞行在距離月面200千米的橢圓形軌道上,成功獲取月球表面三維影像。它的成功發射,標誌著中國成為世界第五個發射月球探測器的國家地區。

“嫦娥1號”探月軌道示意圖/新華圖

  2010年10月,“嫦娥2號”發射升空,其主要目的是獲取更清晰、更詳細的月球表面影像數據和月球極區表面數據。為此,它的繞月軌道降低到了距月面100公里的高度。

“嫦娥2號”月球探測器 圖/新華網

  完成既定任務後,“嫦娥2號”還開展了拓展實驗。它先探測了距地球150萬公里的日地“拉格朗日2點”。又飛到700萬公里外,與圖塔蒂斯小行星擦肩而過,拍下了寶貴的照片。

  此後它不斷飛向深空,驗證我國的測控通信能力。如今它正在圍繞太陽做橢圓軌道運作,預計在2020年前後回到地球附近。

日地“拉格朗日點”示意圖/資料圖

  2013年12月“嫦娥3號”飛向月球,並成功在月球正面軟著陸,還釋放出了月球車“玉兔號”,在月球表面開展長時間的巡視探測。

“嫦娥3號”月球車“玉兔號” 圖/新華網

  至此,探月工程的前兩步已完成。原本計劃在2017年發射“嫦娥5號”(注:當時計劃就是先發“嫦娥5號”,不是“嫦娥4號”),從月球採集月壤帶回地球。但由於長征五號遙二火箭當年7月發射失利,“嫦娥5號”發射任務也就相應推遲了。

  將於今年啟動的“嫦娥4號”探月任務,如果在降落點附近發現了有價值的線索,將發射“嫦娥6號”去月球採樣返回。

探測器採樣返回地球之路 圖/新華網

  我們為啥在月球背面登陸?

  我國計劃今年實施“嫦娥4號”探月任務,探測器將實現人類首次在月球背面著陸,並釋放月球車開展原位和巡視探測。這是中國探月工程又一次踏上新征程。

“嫦娥4號”的發射意義重大/資料圖

  “嫦娥4號”選擇在月球背面著陸,將遇到一個現實的困難,即月球背面通信信號隔絕,無法與地球溝通聯繫。此前,美國國家航空航太局和歐洲航太局就是在這個難題上遲疑不決。而中國,已經找到了解決這一難題的辦法。

地月“拉格朗日點”示意圖/資料圖

  基於這個現實問題,科學家設計“嫦娥4號”登月計劃分成兩次發射任務來完成。第一步是今年上半年往地月“拉格朗日2點”上發射一顆中繼衛星。這個點位於地球和月球的延長線上,在這裡設置一個衛星,既能“看到”月球背面,也能“看到”地球,可以有效完成地球和“嫦娥4號”探測器之間的信號和數據傳輸任務。

中繼衛星幫助解決通訊問題/資料圖

美國曾設想在L2點上建空間站/資料圖

  那麼,問題來了:“嫦娥4號”的著陸點為何選擇在操作難度大、且人類從未涉足的月球背面?

  設計這項探月任務的科學家認為,正是因為月球背面充滿神秘感、且人類從未踏足過,對這一區域開展科學探測才更有必要,也更有意義。

人類一直在探索未知的領域 圖/新華網

  由於月球自轉與公轉的週期相等(稱為“潮汐鎖定”),因此月球始終以同一面朝向地球,人類從未見過月球背面。有限的探知是,月球背面和月球正面的地貌地形有很大差異,正面較平坦,背面凸凹不平,分佈著大量環形山。

  科學家認為,也正基於此,深入探測月球背面,對研究月球的起源和演變,以及調查月球地質和資源分佈等有重要意義。

月球地表有很多撞擊坑 圖/視覺中國

  同時,也正因為月球背面不受來自地球的無線電波干擾,所以這裡正是將來建造科研基地的理想場所!

  科學家認為,這次探測的重點還有月球兩極。月球兩極都是很特殊的區域:一個是永久光照區,那裏可以獲得持續穩定的太陽能;一個是永久陰影區,那裏可能存在大量水冰。

“嫦娥4號”可能在月球南極登陸/資料圖

  因此,如果能通過探測確定月球兩極是否有水和其他資源,不僅能作為月球基地選址的重要參考,也有助於下一步把月球作為跳板進行載人火星探測。因為水對深空探測太重要了,不僅能維持航太員的生命,還能分解成氫和氧作為飛船的燃料!

未來還將前往探測火星 圖/環球網

  本來嘛,探測月球,就是人類探測茫茫宇宙奧秘的第一站。在這裡建立基地,將為接下來的深空探測奠定重要基礎。

  目前我國的第四期探月工程任務仍在規劃中,科學家希望在今年上半年發射中繼衛星,下半年發射“嫦娥4號”探測器後,能在2025年左右開展月球基地建設,並在2030年左右實現載人登月!

  按照這樣的規劃,中國人千百年來“嫦娥奔月”的夢想,即將真正實現了!

今年“嫦娥4號”出發再探月球/資料圖

或許未來地月距離將不再遙遠 圖/視覺中國

  來源|羊城派

  欄目主持|夏楊

  責編|樊美玲

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