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“嫦娥四号”为什么要落到月球背面?

发布时间:2021-09-15 阅读:

【原标题】“嫦娥四号”这一落 为何选在月球背面?

经过20多天的太空飞行,2019年1月3日中午,“嫦娥四号”在月球背面预选着陆区——月球南极-艾肯盆地内的冯·卡门撞击坑着陆,成为世界第一个在月球背面软着陆和巡视探测的航天器。

“嫦娥四号”为什么要落到月球背面?为何要在太空飞行20多天后才落月?……近日,新华网记者专访了中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远,为您一一解答。

为何要落月球背面?

目前,全球已进行过一百多次探月活动,对月球背面开展过地形地貌影像图的编制和载人环月飞行对月球背面的观测。1959年苏联的“月球3号”首次编制出第一幅月球背面影像图,1968年美国的“阿波罗8号”第一次实施了载人环月飞行,观测月球背面的地形地貌,但是从来没有一个探测器在月球背面进行软着陆。于人类而言,月球背面仍犹如一个“秘境中的秘境”,有许多未知等待探测。

“通过对月球正面的探测,人类基本掌握了月球正面演化的历史,而月球背面则记录着月球更古老的历史。”欧阳自远说,“月球背面的地质情况与正面有所不同,研究这里的地质演化历史,对探索月球的形成和长达40多亿年的历史具有重要的意义”。

另外,来自宇宙空间的电磁波只能被地球接收到一部分,而地球的电离层又对低频辐射电磁波产生严重干扰,低频辐射电磁波难以在地球表面和月球正面被人类接收到。因此,科学家们一直希望找到一个地方,去研究来自宇宙空间的低频电磁信号。

“月球背面是科学家们梦寐以求的地方。”欧阳自远说,因为在那里是接收低频辐射的一个完美的场所。“只有到月球背面去,才能够获得这些人类从未得到过的信息,而这些信息将蕴藏丰富的科学内容”。

报道显示,“嫦娥四号”此次登陆月球背面的主要科学任务主要是开展月球背面低频射电天文观测与研究;开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究,充实和完善月球最古老时期的演化历史;试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

为何要在太空飞行20多天后着月?

“嫦娥四号”于2018年12月8日发射成功,不久后就成功进入地月转移轨道,开始了向月球飞行的旅程,但为什么还需要经过20多天的太空飞行才能着陆月球?

欧阳自远说,“嫦娥四号”实现的是月球背面着陆,需要找准合适的时机与角度,而这合适的时机是指月球背面的昼夜时间。

地球有昼夜之分,月球的正面和背面也是有昼夜之分。“‘嫦娥四号’发射时,我们看到的月亮是个新月,也就是说月球的正面刚‘天亮’。从上弦月到满月再到下弦月,月球的背面也从黑夜转向白天。” 欧阳自远说,“嫦娥四号”发射和发射后的一段时间,月球的背面则是寒冷的黑夜,不能实施软着陆月球的背面,一定要等到月球背面阳光普照的白天,才能实施背面软着陆。

报道显示,据科研人员精确计算,算出在2018年12月30日的时候,太阳将再次照射到预定落区,而“嫦娥四号”还需调整角度,等真正着陆的时候,已经是2019年的1月初。

此外,在绕月飞行的这段期间内,“嫦娥四号”也有充分的时间进行变轨调整,使得自身处于最佳的降落轨道。

探测器可能遇到怎样的风险和挑战?

“嫦娥四号”是第一次着陆在月球背面的人类航天器,而要着陆到月球背面,探测器可能遇到怎样的风险和挑战,探测器又做了怎样的探月配备?

“如何建立与地球地面的联系,是首先要解决的问题。”欧阳自远说。

为此,去年6月,我国先把“鹊桥”月球中继星送入地月拉格朗日L2点的轨道,成功解决了探测器和地球地面之间的通信联络问题。

“相较于‘嫦娥三号’,本次的着落环境更为复杂。”欧阳自远补充说道,嫦娥三号着陆区是月球正面的虹湾,那里布满了月海玄武岩,地势较为开阔、平坦,位于大型撞击坑、月海、高地(山脉)交汇地区,有利于科学勘察目标的选择,当然也有利于与地球的通信联系。

欧阳自远介绍,嫦娥四号的主着陆区为月球背面南极的艾肯盆地内的冯·卡门撞击坑的地方,因为月球背面山峰林立,大坑套小坑,很难找出再大一些、平坦一些的地方供嫦娥四号安身。嫦娥四号着陆器在凸凹不平的地方软着陆,需要具有比“嫦娥三号”更准确地着陆精度。

“我们希望在冯·卡门撞击坑里找到更古老的岩石。”欧阳自远说,“月球车可以在坑中探测岩石的成分和分布,从而获知有关月球不为人知的历史”。

为了更好的完成探测工作,据介绍,“嫦娥四号”着陆器携带了地形地貌照相机、降落相机、低频射电频谱仪、德国的月表中子及辐射剂量探测器;月球车携带了全景相机、红外成像光谱仪、侧月雷达以及瑞典的中性原子探测仪。

“在月球车底下还放了一个雷达,月球车一边走一边向地下发射雷达波。” 欧阳自远说,根据雷达波反射,就能知道月球浅表层的底下一共分了几层,结构是如何的。

本作品为“科普中国-科技前沿大师谈”原创,转载时务请注明出处。作者: 于子茹

嫦娥四号月背之旅:

2018年12月8日2时23分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器,开启了月球探测的新旅程。

2018年12月12日16时45分,嫦娥四号探测器经过约110小时奔月飞行,到达月球附近,成功实施近月制动,顺利完成“太空刹车”,进入近月点约100公里的环月轨道。

2018年12月30日8时55分,嫦娥四号探测器在环月轨道成功实施变轨控制,顺利进入预定的月球背面着陆准备轨道。

2019年1月3日10时26分, 嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面东经177.6度、南纬45.5度附近的预选着陆区冯·卡门撞击坑,并通过“鹊桥”中继星传回世界第一张近距离拍摄的月背影像图,揭开了古老月背的神秘面纱。

2019年1月3日晚,嫦娥四号着陆器与巡视器(玉兔二号)顺利分离, 22时22分,玉兔二号巡视器驶抵月球表面。着陆器上监视相机拍摄的玉兔二号在月背留下第一道痕迹的影像图,“鹊桥”中继星顺利传回地面。

2019年1月11日16时47分,北京航天飞行控制中心大屏幕上呈现出着陆器和巡视器的互拍影像图,标志着嫦娥四号任务圆满成功。

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