首登「月之暗面」的為何是中國?

「看,腳印。這是我的一小步。」1月4日,「月球車玉兔二號」在微博上發佈了自己在月球上行走的第一張照片,「炸出」無數網友回復,「兔子你醒了嗎?」「兔子回來了!」

「玉兔二號」的旅程,始自2018年12月8日淩晨2時23分。那時,”長征三號乙」運載火箭載著「嫦娥四號」探測器一一「嫦娥四號」由著陸器和巡視器(月球車)兩部分組成,後者最終被命名為「玉兔二號」——在西昌衛星發射中心升空,踏上奔月旅程。

經過26天的環月飛行,2019年1月3日10時26分,「嫦娥四號」自主著陸在了月球背面南極-艾特肯盆地——整個太陽系中最大、最深、最古老的隕石坑。

當2018年5月21日送人太空的「鵲橋號」中繼衛星,將著陸的畫面傳回位於北京郊區的指揮控制中心,所有的緊張都瞬間化作喜悅。

50多年前,阿波羅8號繞月航行20個小時,三位美國宇航員成為第一批用肉眼看到月球背面的人類;50多年後,「嫦娥四號」探測器在月球背面軟著陸,成為這片「荒原」第一個來自地球的訪客,實現了人類歷史上又一個”首次」。

「這是中國航太的一個重要里程碑。」中國探月工程總設計師吳偉仁說,「人類的本性就是探索未知。月球對我們來說是一個神秘而又未知的世界,我們有責任有義務去探究它。探測月球也會加深我們對地球和對自身的認識。」

「月之暗面」

月,一直是中國文人墨客筆下的常客。不過,當古人「舉頭望明月」,看到的其實一直是月球的正面——月球自轉一周所花時間和繞地球公轉一圈所花時間相同,加上被地球潮汐鎖定,人們從地球上只能看到月球總面積的約59%。

但這並不意味著位於月球背面的那41%是黑暗的——月球的明暗分佈取決於月相,新月的時候.地球上能看到的部分就是黑暗的,背面是明亮的。2019年的第一個新月出現在1月6日,對於「嫦娥四號」來說,這正是對這個區域進行細緻探測和拍照的絕佳機會。

與正面相比,月球背面對於科學家來說是一片難得而寧靜的科研勝地。射電觀測是研究天體的重要手段之一,即接收遙遠天體發出的射電輻射。但由於天體距離遙遠,加之地球上人類日常活動的電磁環境造成的干擾.讓本就十分微弱的電磁信號更加難以觀測。然而,月球背面遮罩了來自地球的各種無線電干擾信號,可以監測到地面和地球附近的太空無法分辨的電磁信號,從而為研究恒星起源和星雲演化提供重要資料。

此外,月球的背面相較正面來說更古老,在地質構造上也差異巨大。多山、撞擊坑、溝壑、峽谷和懸崖遍佈,月球背面保留著更為原始的狀態,對研究月球和地球的早期曆史具有重要價值——經過億年來的變遷,地球早期地質曆史的痕跡早已消失殆盡,而通過探索月球上仍保存完好的地質記錄,科學家們有望能夠瞭解地球的早期歷史。

事實上,人類也從未停止探索「月之暗面」的步伐。

1959年,蘇聯發射的「月球3號」太空船拍攝到了月球背面的第一張照片。儘管畫質模糊,但卻讓人們對這片神秘區域首次有所瞭解。依照這些照片資料,蘇聯在1960年11月6出版了第一份月球背面地圖,一年之後,又製作了第一個月球儀,更加清晰的呈現出月球背面的初步特徵。五年後,隨著「探測器三號」傳回25張畫質更好的月球背面照片,人們繪製出更加精確、完整的月球地圖。

21世紀以來,美國、中國、印度等國的月球探測器對月球進行了更髙解析度的詳細探測。2009年,美國航空航太局發射的月球勘測軌道飛行器(LRO)拍攝了更多高精度的月球背面照片,可以清晰辨認出阿波羅登月時遺留在月球表面的月球車、登月艙等,人類也依此繪製了更清晰的月球地圖。

自2003年以來,中國在十餘年裏已有包括嫦娥一號、二號、三號在內的11個月球探測器飛臨月球,獲得了月球背面的大量探測資料,包括地形地貌、物質成分、表面環境等詳細資訊。

如今,關於「月之暗面」的資訊.又將進一步完善。「嫦娥四號」探測器專案執行總監張熇此前接受採訪時也表示:「因為沒有別的探測器到過月球背面,所以不論是探地形還是探月壤成分,應該都是人類第一次獲得一手資料。」

背面唯一的車

月亮上一共有七輛車。

其中,三輛月球車屈於美國,兩輛屬於蘇聯,兩輛屬於中國;六輛位於月球正面,只有一輛位於背而——它就是「玉兔二號」。

在「嫦娥四號」之前,月球背而著陸探測尚屬國際空白。

「我們選擇去月球,不是因為它很容易,而是因為它很難。」幾十年前,時任美國總統尼克森一席話為一系列載人登月飛行任務的阿波羅計畫摁下開始鍵。

而探索月球背面,更是難上加難。「去月球背面比去正而風險增大了很多,崎嶇的地形給我們帶來必須面對的問題,但在月面更髙精度的著陸是未來所需要的。」航太科技集團五院「嫦娥四號」探測器總設汁師孫澤洲說。

此前也有人類探測器在月球竹面荇陸,但都是「硬撞」上去——比如美國的「遊騎兵四號」,因為電腦系統故障,栽在了月球背面。這種「硬著陸」往往導致探測器的損壞,無法繼續工作或提供有效資料。

2013年12月2日,中國首個月球軟著陸的無人登月探測器「嫦娥三號」進人太空,於月球正面的雨海西北部著陸。據孫澤洲介紹,與「嫦娥三號」當時以抛物線的形式著陸不同,考慮到地形,「嫁娥四號」近乎於是垂直著陸。這種著陸方式,將先前著陸器在主減速段結束後,由斜向前運動的軌跡改為垂直向下定點運動的軌跡。與之相應的是,「嫦娥四號」的著陸導航敏感器的性能必須進一步提升,需要增加著陸導航敏感器的作用距離,使得「嫦娥四號」能夠看得更遠、飛得更穩、落得更準嫦娥四號”的著陸器還攜帶了一個3公斤重的微型實驗室「微型生態圈」,內含蠶卵、土豆和擬南芥種子,該實驗由28所中國大學設計,將在月球背面的微重力環境中進行生物學實驗,觀察椬物的種子是否能發芽,蟲卵能否順利的孵化。

不僅是著陸器,「嫦娥四號」的月球車「玉兔二號」也經歷了升級。儘管外觀看起來與月球正面的”玉兔」十分相似,但「玉兔二號」更輕、更「健壯」。中國航太科技集團五院「嫦娥四號」巡視器總體主任設計師中振榮說:「如果將它(「玉兔二號」)比喻成一個孩子,雖然外表沒有太大變化,但它更成熟了,內功更強了。」

中國航太科技集團五院「嫦娥四號」探測器副總設計師賈陽介紹.新版月球車繼承了「玉兔」的全景相機、測月雷達和紅外成像光譜儀。全景相機可拍攝月表高解析度的彩色圖像;「玉兔二號」行走時身後拖著兩條長長的「尾巴」就是測月雷達,可以探測巡視路線上月壤厚度和結構;而紅外成像光譜儀可對月表物質成分和可利用資源開展調査。

開放合作的理念

今年是人類首次登月50周年。在這些年裏,中國的月球科學研究實現了巨大飛躍。

1978年,中美建交,美國總統尼克森同年訪華時,送給中國1克月岩——不過是美國381.7千克月球樣本中極其微小的部分。隨後,中國探月工程應用科學的首任首席科學家歐陽遠接到研究這塊月岩的任務,用三個多月,他基本完成研究,共發表了14篇論文出來。

這一次依貓他人與月球的親密接觸,令中國航太人對登月更加渴望。

1990年代之初,在孫家棟、歐陽自遠、薑景山等一批科學家的極力動議下,中國的探月科研逐漸進人到實瓰的籌備階段。2003年,國家正式立項,公佈了向月球進軍的實施方案。

與上世紀由大國爭霸推動的登月任務不同,「中國人的探月工程始終都懷揣著人類命運共同體的夢想,踐行著開放合作的理念。」環球網評論道,「在我國探月工程之初,我們所獲得的全月球影像與資料,都是以開放的姿態面向國際,供全球的科學家使用。」

近年來,多個國家都公佈了未來的月球計畫,但卻因為預算、技術等各方面原因一拖再拖。日本原定於2012年發射的「月亮女神二號」改至2020年發射,還提出2020年宇航員登月,2020到2030年建立月球永久性常駐趣地;印度本定於2010年發射的「月船」二號計畫延遲至今;美國亦提出「月球資源探測計畫」,預定在2020年發射登月艇。

同時,中國一系列月球探測計畫也將繼續。在「嫦娥四號」完成任務之後,計畫中的「嫦娥五號」和六號月球探測器又將更進一步,帶著月球的岩石和土壤樣本返回地球。