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与嫦娥四号一同去看看月球背面
2021-06-12 00:57今日中国
简介月亮的背面从来未曾示人，嫦娥四号探测器则承载着人类的希望，首次踏上这片土地一窥究竟。在鹊桥号中继卫星的帮助下，嫦娥四号得以和地球建立通讯，着陆器与玉兔二号月球车也相互配合，在月背进行科学探测工作。 神秘的月球背面一片荒凉，毫无生气。这里没有...
月亮的背面从来未曾示人，嫦娥四号探测器则承载着人类的希望，首次踏上这片土地一窥究竟。在鹊桥号中继卫星的帮助下，嫦娥四号得以和地球建立通讯，着陆器与玉兔二号月球车也相互配合，在月背进行科学探测工作。
神秘的月球背面一片荒凉，毫无生气。这里没有风，没有水，看不见云雾雨雪，也听不见任何声音，广寒宫阙和吴刚伐桂的传说更是无处可寻。与月球正面相比，这里拥有更多山地和高原，满目的碎石与浮土上从未有过人类的脚印。
2019年1月3日，这块寂寥的土地上来了一位访客，它缓缓降落，从金色的外壳上徐徐展开太阳能帆板，用相机照下了眼前的景象，照片随即传回了38万公里以外那颗蓝色的星球。这位访客就是来自中国的嫦娥四号探测器，也是人类首个在月背着陆及巡视探测的航天器。嫦娥四号为何要去往月球背面？月背究竟藏着甚么秘密？这一切都得从与嫦娥四号同名的那项探月工程说起。
嫦娥工程
1994年，中国科学家开始进行探月活动必要性和可行性论证。经过十年时间，月球探测工程获得批准，并命名为嫦娥工程，以表现中国人奔月的决心。按照计划，嫦娥工程分为绕、落、回三期，简单来说就是实现环绕月球探测、月面软着陆和自动巡视勘察以及无人採样返回。
经过三年的研製，中国第一颗月球探测衞星嫦娥一号于2007年发射，开展绕月探测。此次任务主要为了获取月球表面三维影像，分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，探测月壤特性，检测地月空间环境。嫦娥一号任务的完成也标誌着探月工程一期圆满成功。
2010年发射的嫦娥二号是二期工程的先导星，其开展多项科学探测的同时还验证了部分技术。完成预定任务后，嫦娥二号飞离月球轨道，成为了绕太阳飞行的人造小行星。而二期工程的主角则是2013年发射的嫦娥三号。它在完成绕月飞行和动力下降后，于月球正面预选着陆区成功着陆。嫦娥三号任务突破了软着陆、月面巡视勘察、深空测控通信等关键技术，调查了月表形貌、地质构造、物质成分和可利用资源等。至此，探月二期工程也已完成。
嫦娥四号本是嫦娥三号的备份星，嫦娥三号任务成功后，中国国家航天局组织科学家共同论证，决定在进行月面採样之前，先实施更有意义的人类首次探测月球背面活动，所以嫦娥四号也被看作为探月四期的首次任务。
探访月背
曾经无数次举头望明月的你是否知道，我们看到的月亮永远只是一面，而月球的背面从来不曾展示在我们眼前？这是为甚么呢？
因为地球与月球之间具有相互的引力，叫做潮汐力。潮汐力的作用使得地球好像把月球拴住一样，并让月球绕地球公转一圈的时间和月球自转一圈的时间基本相同，所以月球始终保持一面对着地球。在天文学中，这叫做同步自转或潮汐锁定。
也正因如此，关于月球背面的各种传说甚嚣尘上，甚至有人说月球背面已经被外星人佔领了，他们在那监视着地球人类的活动。其实早在1959年苏联发射的月球三号探测器就已经拍摄了第一张月球背面照片，让人们对这块陌生的土地有了初步的了解。嫦娥一号与嫦娥二号绕月飞行中也都拍摄了清晰的月背影像。嫦娥四号正是在这些基础上，对月背进行更近距离的探索。
从科学角度来讲，此次嫦娥四号到达月球背面，选择着陆在月球最古老的撞击坑——冯·卡门（Von Kármán）撞击坑，这个撞击坑的形成时间超过40亿年，它的地质构造、矿物组成都有极高的科研价值。另外月球背面还有一个特殊的优势，这里可以遮挡地球的低频电磁波干扰，是开展低频射电天文观测的有利场所，帮助人类研究太阳的爆发及宇宙早期的信息，这是许多科学家和天文爱好者梦寐以求的机遇。BBC新闻网科技编辑保罗·林孔（Paul Rincon）也指出，嫦娥四号成功在月球背面着陆将有助于研究月球的历史、填补天文观测的空白，并且能让人类对月球上的辐射有更多了解。
而在嫦娥四号造访月背之前，还有一项重要的任务，就是建立通讯系统。由于受月球自身遮挡，嫦娥四号将无法与地球直接进行测控通信与数据传输，所以必须先建立一个通信中继站。2018年5月21日，中国发射了鹊桥号中继卫星，飞往地月拉格朗日L2点Halo轨道，在那搭建起嫦娥四号与地球间的通信桥樑。鹊桥中继星也是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点的通信卫星。
拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange，1736~1813），法国数学家。他与瑞士数学家欧拉（Leonhard Euler）推算出在天体运动中，一个小物体在两个大物体的引力作用下，基本保持静止的五个点。
2018年12月8日嫦娥四号探测器由长征三号乙运载火箭搭载升空，经过太空剎车和变轨，进入近月点高度约15公里的椭圆轨道。2019年1月3日嫦娥四号成功着陆在月背艾托肯盆地（South Pole–Aitken basin）的冯·卡门撞击坑，着陆器与搭载的玉兔二号月球车（巡视器）顺利实现两器分离。所有巡视、探测数据都经过鹊桥中继星传回地球。嫦娥四号配置了13台载荷，其中包括与德国、瑞典、荷兰、沙特合作的四台科学载荷，还搭载了龙江号环月微衞星。此次任务旨在探测着陆区地形地貌，巡视区月表、浅层结构、物质成分以及月背空间环境，此外，还将开展超地月距离的反射式激光测距技术试验和月表生物圈科普试验。
1月11日，中国国家航天局宣布，着陆器和月球车工作正常，两器完成了互拍，图像与各项数据均顺利传输，中外科学载荷探测数据也正常下传，达到了既定工程目标。此后，工程任务转入了科学探测阶段。
劳逸结合
随着嫦娥四号着陆区进入月夜，巡视器与着陆器分别于1月12日和1月13日相继进入月夜休眠模式。人需要休息，机器怎么也需要休息？
机器之所以也要劳逸结合，这是由月球的环境决定的。月球因为自转运动，也会有面向太阳的月昼和背对太阳的月夜，只有月昼期间，嫦娥四号和玉兔二号才能获得作为主要能源的太阳能。月球自转一周约为27.32天，所以一个月昼或月夜大约等于地球的14天。没有光照的情况下，月表温度会很快降低至-180℃左右，嫦娥四号与玉兔二号大部分科学载荷只能暂时断电休眠，不进行科学探测任务，此外在月昼正午时分，玉兔二号也需要进行午休。为确保着陆器、巡视器及其科学载荷安全度过月夜，科学家们引入放射性同位素热源，在月夜期间供应热量，保证设备仪器的存储温度要求。
1月29日及30日，玉兔二号巡视器与嫦娥四号着陆器完成自主唤醒，退出月夜休眠模式，按照预定程序相继通电开机。两器在月背经受住了极低温环境考验，继续进行月面巡视和科学探测工作。往后，嫦娥和玉兔就将这样在月背过着日出而作，日落而息的生活。
嫦娥四号与玉兔二号需要长时间休息，地球对它们的关注却一直没有停息。美国国家航空航天局（NASA）提出，希望利用正在月球轨道上运行的美国月球观测衞星（LRO）对嫦娥四号探测器进行观测，供科学家研究。中美双方科学家对此进行了密切沟通并交换了信息。另外，美国科学家还希望中方延长鹊桥中继星的使用寿命，以帮助美国后续的登月活动。
国家航天局秘书长、新闻发言人李国平表示，国家航天局高度重视航天国际合作与交流，愿意同各国航天机构、科研院所，以及空间探测爱好者分享载荷所获取的科学数据，同时也欢迎国际社会利用鹊桥中继星继续开展科学研究工作。
目前，国家航天局基本明确了探月工程四期还有三次任务：将在月球南极进行採样和综合探测，并进行更加深入的月面实验，包括探索建立月球科研基地。今年年底，嫦娥五号还将登陆月球完成自主採样返回任务。来自中国的探测器将在月球及其他行星上留下更多足迹，人类对宇宙深空的探索也永不会停止。
参考资料：
《鹊桥呼叫嫦娥四号：我已到站既能看到月背又能看到地球，等你！》 界面新闻 2018/6/17
《国新办举行探月工程嫦娥四号任务有关情况新闻发布会》 国新网 2019/1/14
《嫦娥四号与玉兔二号预计将于1月底被唤醒开展探测工作》 澎湃新闻 2019/1/28
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