月球背面首個地球訪客，它將來自中國！
編者按
據《中國青年報》報道，12月12日16時45分，嫦娥四號探測器歷經約110小時飛行結束地月轉移段旅程，並按計劃完成近月制動，順利進入環月軌道。目前探測器功率平穩，一切運行正常。
嫦娥四號是中國自主研發的探測器，12月8日凌晨2時23分成功在西昌衛星發射中心發射。
根據計劃，嫦娥四號探測器將實現人類史上首次月球背面著陸。
撰文 | 馬超
責編 | 陳曉雪
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月球是地球唯一的天然衛星，浩瀚宇宙中離我們最近的鄰居，對地球上的氣候和生命演化有著深遠的影響，它是黑夜裡光輝四射的天使，魅力無窮的精靈，對於沒有各種電器照明的古人來說意義非凡，千百年來，人們寄予它無盡的遐想，由此誕生出的神話故事也數之不盡。
由於地月系統之間的潮汐鎖定，使月球的自轉周期正好等於公轉周期（約為27.3天），如此一來導致的結果是，月球總是以同一面朝向地球，其背面卻從不顯露，無論是一億年前的恐龍還是擁有高度智商的現代人，看到的也只是這半面月亮。
月球的公轉周期與自轉周期相等，因此月球總是以同一面朝向地球。
圖源: http://www.astrobob.areavoices.com（Bob King繪圖）
月球背面一直被神秘面紗所籠罩，那裡到底有什麼，長久以來人們產生了大量的臆想和猜測，其中最為著名的當屬月球背面存在外星人基地了。自1959年前蘇聯的月球3號拍得首批月球背面圖像以來，直到現在已有上百艘無人探測器飛掠過月球背面，並傳回富含各種信息的圖像。
科學家們發現，背面的景象與靠近我們的那一面截然不同！那裡的地勢崎嶇不平，地形更加複雜，缺少平坦的暗色月海，遍布大大小小的隕石坑，猶如一張滿臉痘坑的大臉，當然也不存在什麼外星人基地。
月球的正反面對比圖，背面的隕石坑數量遠遠大於正面，幫地球攔下了無數次的隕石撞擊，可以說為地球的安危兩肋插刀了。圖源：NASA（文字為作者標註）
自太空時代以來，總共有20台著陸器和12名宇航員成功登陸過月球，但僅限於月球正面。截至到目前，人類還從未有過任何探測器登陸過月球背面。
令人激動的是，中國自主研發的嫦娥四號探測器，計劃實現人類史上首次月球背面著陸，登上那片遙遠未知的土地一探究竟。
12月8日凌晨2時23分，嫦娥四號探測器已於我國西昌衛星發射中心，用長征三號乙型運載火箭成功發射！
嫦娥四號發射升空時的場景
升空後，嫦娥四號探測器將用27天的時間，飛往距離地球38萬公里之遙的月球，並預計於2019年1月4日左右在月球背面艾肯盆地內的馮·卡門環形山實現軟著陸。屆時，我國將成為全球首個可以在月球背面實現軟著陸的國家。
中國科學院月球與深空探測總體部主任鄒永廖在接受《中國青年報》採訪時表示：「嫦娥四號首次在月球背面著陸和就位巡視，這是創造歷史的重大成就。」
嫦娥4號著陸點示意圖，不同的顏色代表月面不同的海拔高度，中間的一大塊紫色區域即為艾肯盆地（South Pole-Aitken Basin），直徑達2500公里，是月球上已知的最大撞擊盆地。著陸區為馮·卡門環形山（Von Kármán Crater），以世界著名航空航天專家馮·卡門命名，他是錢學森的恩師。 圖源： Paul D. Spudis from http://airspacemag.com
月球背面著陸的難度要比正面大的多，任何探測器一旦進入月球背面都將失去與地球基站的聯繫，因為月球會擋住地球基站與探測器之間的任何通訊信號，這也是為什麼之前的著陸器都無一例外的降落在月球正面。
為了解決在月球背面的通訊問題，我國已於今年5月21日預先發射了一顆通訊中繼衛星 「鵲橋」號。它被放置在地月系統的拉格朗日點（L2點）附近，這是地球與月球兩者引力的平衡點之一，「鵲橋號」將環繞此點運行，在這裡既能看見月球背面又能看見地球，且只需要消耗很少的燃料就能保證長期運行。鵲橋號將扮演通訊橋樑的角色，連通原本彼此被信號隔絕的地面基站與月面探測器，為它們提供持續的信號中繼服務。
鵲橋號中繼通訊衛星軌道示意圖
圖源：吳偉仁等（2017）
嫦娥四號由著陸器和巡視器（月球車）組成，目的是為了實現國際首次月球背面軟著陸和巡視探測。著陸器重約3.6噸，設計壽命6個月，主要用於著陸並搭載月球車，它將以近乎垂直的方式於月面著陸（避免撞到峭壁），隨後釋放月球車。
嫦娥四號著陸器 圖源： CNSA
著陸器上還配置了4台科學儀器，包括著陸相機（LCAM）、地形地貌相機（TCAM）、低頻射電頻譜儀（LFS）和月表中子與輻射劑量探測儀（LND）。
（嫦娥四號月球車） 圖源：新華社
月球車僅重140公斤，是迄今為止最輕的月球車，設計壽命約為三個月。上面同樣配置了4台科學儀器，包括全景相機（PCAM）、紅外成像儀（VNIS）、測月雷達（LPR） 和中性原子探測儀（ASAN）。
月球車上配置的中性原子探測儀，將在月表開展國際首次能量中性原子探測，研究月表與太陽風相互作用機制。
此次任務除了保留嫦娥三號原有設備外（如著陸相機、地形地貌相機、全景相機主要用於拍攝著陸過程和著陸區附近的圖像；測月雷達和紅外成像儀，分別用於分析月面淺表層結構和礦物成分），其餘新設備最大的亮點是利用月球背面得天獨厚的天文環境進行科研觀測。
月球背面是天文觀測的絕佳場所，這裡既無大氣層的阻隔，又能屏蔽掉來自地球的各種無線電波的干擾，尤其適合射電天文的觀測，能夠探測到遙遠宇宙微弱的信號，對於宇宙輻射探測和宇宙起源的探索意義重大。
應特別指出的是，我國的科研人員將利用其上搭載的低頻射電頻譜儀，開展人類歷史上在月球背面的首次低頻射電天文觀測，有望填補人類在0.1～40 MHz範圍內的射電觀測空白。
另外，除了直接考察月球背面的地質、資源信息外，著陸器上還搭載了一個月面微型生態系統，首次嘗試研究動植物在月球低重力環境下的生長狀況。
月面微型生態圈，科學家將在這個小空間里創造動植物生長環境，實現生態循環。內部將放置馬鈴薯種子、擬南芥種子、蠶卵、土壤、水、營養液和空氣以及微型相機和信息傳輸系統等科研設備。
嫦娥四號的各項技術嘗試極具創新性，毫無經驗可以借鑒，任務本身就是對我國多項深空探測技術的一次巨大考驗。希望嫦娥四號能一切順利，平安抵達，揭開月球背面的神秘面紗，在廣袤的深空書寫更多的中國奇蹟，為未來探索更加遙遠的星體做準備！
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