北京时间今天凌晨,嫦娥四号月球探测器在西昌卫星发射中心,由长征三号乙改型(CZ-3B)运载火箭发射升空。这是中国的第5次探月任务(算上嫦娥五号 T1的话),也是继5年前的嫦娥三号任务成功完成之后的新进程。本次嫦娥四号任务计划着陆在月球背面,这是人类首次尝试着陆和实地探测月球背面,也将是对我国轨道控制、着陆和通讯技术的巨大挑战。
由于被地球的引力锁定(也就是“潮汐锁定”),月球始终只有相同的一面朝向地球,这导致地球上的我们永远只能看到月球的正面。不过,需要注意的一点是,“月之背面”并不是“月之暗面”,事实上,月球的背面和正面都会轮流被阳光照射到。
尽管自1959年苏联的月球3号传回了第一张月球背面的影像以来,人类已经派出上百艘探测器在环绕月球飞行的过程中用各种遥感手段把月球背面的影像、光谱、成分、重力等各种信息“看”了个清清楚楚。但着陆探测又是另一回事了。
确实,自1958年开始尝试探索月球以来,人类和无人探测器已经成功着陆过月球数十次,总计有20台着陆器、6台月球车、12个宇航员安全上过月球表面这块不算遥远但依然神秘的土地,其中包括我国2013年12月成功着陆的嫦娥三号着陆器和玉兔号月球车。但这些着陆任务全部位于月球正面。
着陆背面相比于正面有很多困难,但最重要的一条是通讯障碍。由于被地球潮汐锁定,月球背面的探测器无法和地球直接通讯。
这也是之前美国和苏联数个月球着陆任务都安排在月球正面的一大原因。为了配合嫦娥四号挑战月球背面,我国已在半年前(5月21日)预先发射了一枚通讯中继卫星“鹊桥”,作为接下来的着陆器/月球车与地球进行通讯的“桥梁”。这枚通讯中继卫星已于6月14日顺利抵达预定的地月拉格朗日L2晕轨道(halo轨道),就等着为嫦娥四号的两位主角服务了。但困难的另一面,也是机遇。
由于没有地球大气层的干扰,月球背面有得天独厚的天文观测环境,本次嫦娥四号也会充分利用月球背面的观测优势。
嫦娥四号计划去哪里?这个被选中的地方叫做南极-艾肯盆地(简称SPA),是一个盘踞月球背面南半球的巨型陨石坑。对南极-艾肯盆地的认识变化,贯穿了人类短短几十年的月球探测史。
早在20世纪60年代初甚至更早,地基天文观测者们就已经注意到月球背面南半球很可能有一个大型盆地(我们通常把直径300公里以上的撞击坑叫做撞击盆地),因为它的一小部分有时候会从正面观测到一点痕迹。但直到1968年苏联的Zond 6号探测器传回了这一区域的照片,人们才最终确定了这一区域的存在。
再直到1994年的克莱门汀号探测器,人们才从地形数据中真正认识到了SPA盆地的轮廓,还告诉我们这里略微有一点富铁。再然后,1998年月球勘探者号获取的矿物成分分布数据又告诉我们这里不仅富铁,而且富钍,而且SPA盆地其实并不是一个正圆,而是一个2400×2050公里的椭圆。
嫦娥四号不管是外形还是携带的科学仪器都很大程度上继承了嫦娥三号,两者都由一台陆器和一台巡视器(月球车)组成,乍一看简直傻傻分不清楚。不过,如果知道它们实际带了什么科学仪器,就很好分辨啦!嫦娥三号和嫦娥四号都各自携带了8个科学仪器,嫦娥四号根据实际探测目标和探测环境的变化对携带的科学仪器做出了新的调整。
嫦娥四号在嫦娥三号的基础上保留下来的仪器们主要用于拍摄着陆过程和着陆区附近的照片(着陆相机、地形地貌相机、全景相机)、探测月球车沿途的矿物成分(红外成像光谱仪)和浅表层结构(测月雷达)。而替换的新仪器们(低频射电频谱仪、月表中子及辐射剂量探测器、中性原子探测器)则侧重于利用月球背面得天独厚的天文环境进行探索性观测。
总之,这些观测将有助于人类加深对月球地质、月球的生存和探索环境、月球背面独特的射电天文环境的认识。去往从未踏足过的地方,需要一点勇气;但更大的挑战也意味着更大的压力。尤其是一线航天工作人员,他/她们既为这些航天任务付出了最多的心血和汗水,也为这些航天任务承担了更多来自方方面面的压力。期待嫦娥四号的月球背面之旅,也致敬航天人的付出。希望你们能暂时松一口气,好好休息几天吧。
嫦娥四号预计于1月初左右抵达月球。