月亮的背面從來未曾示人，嫦娥四號探測器則承載著人類的希望，首次踏上這片土地一窺究竟。在鵲橋號中繼衛(wèi)星的幫助下，嫦娥四號得以和地球建立通訊，著陸器與玉兔二號月球車也相互配合，在月背進(jìn)行科學(xué)探測工作。

神秘的月球背面一片荒涼，毫無生氣。這里沒有風(fēng)，沒有水，看不見云霧雨雪，也聽不見任何聲音，廣寒宮闕和吳剛伐桂的傳說更是無處可尋。與月球正面相比，這里擁有更多山地和高原，滿目的碎石與浮土上從未有過人類的腳印。

2019年1月3日，這塊寂寥的土地上來了一位訪客，它緩緩降落，從金色的外殼上徐徐展開太陽能帆板，用相機照下了眼前的景象，照片隨即傳回了38萬公里以外那顆藍(lán)色的星球。這位訪客就是來自中國的嫦娥四號探測器，也是人類首個在月背著陸及巡視探測的航天器。嫦娥四號為何要去往月球背面？月背究竟藏著甚么秘密？這一切都得從與嫦娥四號同名的那項探月工程說起。

嫦娥工程

1994年，中國科學(xué)家開始進(jìn)行探月活動必要性和可行性論證。經(jīng)過十年時間，月球探測工程獲得批準(zhǔn)，并命名為嫦娥工程，以表現(xiàn)中國人奔月的決心。按照計劃，嫦娥工程分為繞、落、回三期，簡單來說就是實現(xiàn)環(huán)繞月球探測、月面軟著陸和自動巡視勘察以及無人採樣返回。

經(jīng)過三年的研製，中國第一顆月球探測衞星嫦娥一號于2007年發(fā)射，開展繞月探測。此次任務(wù)主要為了獲取月球表面三維影像，分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點，探測月壤特性，檢測地月空間環(huán)境。嫦娥一號任務(wù)的完成也標(biāo)誌著探月工程一期圓滿成功。

2010年發(fā)射的嫦娥二號是二期工程的先導(dǎo)星，其開展多項科學(xué)探測的同時還驗證了部分技術(shù)。完成預(yù)定任務(wù)后，嫦娥二號飛離月球軌道，成為了繞太陽飛行的人造小行星。而二期工程的主角則是2013年發(fā)射的嫦娥三號。它在完成繞月飛行和動力下降后，于月球正面預(yù)選著陸區(qū)成功著陸。嫦娥三號任務(wù)突破了軟著陸、月面巡視勘察、深空測控通信等關(guān)鍵技術(shù)，調(diào)查了月表形貌、地質(zhì)構(gòu)造、物質(zhì)成分和可利用資源等。至此，探月二期工程也已完成。

嫦娥四號本是嫦娥三號的備份星，嫦娥三號任務(wù)成功后，中國國家航天局組織科學(xué)家共同論證，決定在進(jìn)行月面採樣之前，先實施更有意義的人類首次探測月球背面活動，所以嫦娥四號也被看作為探月四期的首次任務(wù)。

探訪月背

曾經(jīng)無數(shù)次舉頭望明月的你是否知道，我們看到的月亮永遠(yuǎn)只是一面，而月球的背面從來不曾展示在我們眼前？這是為甚么呢？

因為地球與月球之間具有相互的引力，叫做潮汐力。潮汐力的作用使得地球好像把月球拴住一樣，并讓月球繞地球公轉(zhuǎn)一圈的時間和月球自轉(zhuǎn)一圈的時間基本相同，所以月球始終保持一面對著地球。在天文學(xué)中，這叫做同步自轉(zhuǎn)或潮汐鎖定。

也正因如此，關(guān)于月球背面的各種傳說甚囂塵上，甚至有人說月球背面已經(jīng)被外星人佔領(lǐng)了，他們在那監(jiān)視著地球人類的活動。其實早在1959年蘇聯(lián)發(fā)射的月球三號探測器就已經(jīng)拍攝了第一張月球背面照片，讓人們對這塊陌生的土地有了初步的了解。嫦娥一號與嫦娥二號繞月飛行中也都拍攝了清晰的月背影像。嫦娥四號正是在這些基礎(chǔ)上，對月背進(jìn)行更近距離的探索。

從科學(xué)角度來講，此次嫦娥四號到達(dá)月球背面，選擇著陸在月球最古老的撞擊坑——馮·卡門（Von Kármán）撞擊坑，這個撞擊坑的形成時間超過40億年，它的地質(zhì)構(gòu)造、礦物組成都有極高的科研價值。另外月球背面還有一個特殊的優(yōu)勢，這里可以遮擋地球的低頻電磁波干擾，是開展低頻射電天文觀測的有利場所，幫助人類研究太陽的爆發(fā)及宇宙早期的信息，這是許多科學(xué)家和天文愛好者夢寐以求的機遇。BBC新聞網(wǎng)科技編輯保羅·林孔（Paul Rincon）也指出，嫦娥四號成功在月球背面著陸將有助于研究月球的歷史、填補天文觀測的空白，并且能讓人類對月球上的輻射有更多了解。

而在嫦娥四號造訪月背之前，還有一項重要的任務(wù)，就是建立通訊系統(tǒng)。由于受月球自身遮擋，嫦娥四號將無法與地球直接進(jìn)行測控通信與數(shù)據(jù)傳輸，所以必須先建立一個通信中繼站。2018年5月21日，中國發(fā)射了鵲橋號中繼衛(wèi)星，飛往地月拉格朗日L2點Halo軌道，在那搭建起嫦娥四號與地球間的通信橋樑。鵲橋中繼星也是世界首顆運行于地月拉格朗日L2點的通信衛(wèi)星。

拉格朗日（Joseph-Louis Lagrange，1736~1813），法國數(shù)學(xué)家。他與瑞士數(shù)學(xué)家歐拉（Leonhard Euler）推算出在天體運動中，一個小物體在兩個大物體的引力作用下，基本保持靜止的五個點。

2018年12月8日嫦娥四號探測器由長征三號乙運載火箭搭載升空，經(jīng)過太空剎車和變軌，進(jìn)入近月點高度約15公里的橢圓軌道。2019年1月3日嫦娥四號成功著陸在月背艾托肯盆地（South Pole–Aitken basin）的馮·卡門撞擊坑，著陸器與搭載的玉兔二號月球車（巡視器）順利實現(xiàn)兩器分離。所有巡視、探測數(shù)據(jù)都經(jīng)過鵲橋中繼星傳回地球。嫦娥四號配置了13臺載荷，其中包括與德國、瑞典、荷蘭、沙特合作的四臺科學(xué)載荷，還搭載了龍江號環(huán)月微衞星。此次任務(wù)旨在探測著陸區(qū)地形地貌，巡視區(qū)月表、淺層結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分以及月背空間環(huán)境，此外，還將開展超地月距離的反射式激光測距技術(shù)試驗和月表生物圈科普試驗。

1月11日，中國國家航天局宣布，著陸器和月球車工作正常，兩器完成了互拍，圖像與各項數(shù)據(jù)均順利傳輸，中外科學(xué)載荷探測數(shù)據(jù)也正常下傳，達(dá)到了既定工程目標(biāo)。此后，工程任務(wù)轉(zhuǎn)入了科學(xué)探測階段。

勞逸結(jié)合

隨著嫦娥四號著陸區(qū)進(jìn)入月夜，巡視器與著陸器分別于1月12日和1月13日相繼進(jìn)入月夜休眠模式。人需要休息，機器怎么也需要休息？

機器之所以也要勞逸結(jié)合，這是由月球的環(huán)境決定的。月球因為自轉(zhuǎn)運動，也會有面向太陽的月晝和背對太陽的月夜，只有月晝期間，嫦娥四號和玉兔二號才能獲得作為主要能源的太陽能。月球自轉(zhuǎn)一周約為27.32天，所以一個月晝或月夜大約等于地球的14天。沒有光照的情況下，月表溫度會很快降低至-180℃左右，嫦娥四號與玉兔二號大部分科學(xué)載荷只能暫時斷電休眠，不進(jìn)行科學(xué)探測任務(wù)，此外在月晝正午時分，玉兔二號也需要進(jìn)行午休。為確保著陸器、巡視器及其科學(xué)載荷安全度過月夜，科學(xué)家們引入放射性同位素?zé)嵩�，在月夜期間供應(yīng)熱量，保證設(shè)備儀器的存儲溫度要求。

1月29日及30日，玉兔二號巡視器與嫦娥四號著陸器完成自主喚醒，退出月夜休眠模式，按照預(yù)定程序相繼通電開機。兩器在月背經(jīng)受住了極低溫環(huán)境考驗，繼續(xù)進(jìn)行月面巡視和科學(xué)探測工作。往后，嫦娥和玉兔就將這樣在月背過著日出而作，日落而息的生活。

嫦娥四號與玉兔二號需要長時間休息，地球?qū)λ鼈兊年P(guān)注卻一直沒有停息。美國國家航空航天局（NASA）提出，希望利用正在月球軌道上運行的美國月球觀測衞星（LRO）對嫦娥四號探測器進(jìn)行觀測，供科學(xué)家研究。中美雙方科學(xué)家對此進(jìn)行了密切溝通并交換了信息。另外，美國科學(xué)家還希望中方延長鵲橋中繼星的使用壽命，以幫助美國后續(xù)的登月活動。

國家航天局秘書長、新聞發(fā)言人李國平表示，國家航天局高度重視航天國際合作與交流，愿意同各國航天機構(gòu)、科研院所，以及空間探測愛好者分享載荷所獲取的科學(xué)數(shù)據(jù)，同時也歡迎國際社會利用鵲橋中繼星繼續(xù)開展科學(xué)研究工作。

目前，國家航天局基本明確了探月工程四期還有三次任務(wù)：將在月球南極進(jìn)行採樣和綜合探測，并進(jìn)行更加深入的月面實驗，包括探索建立月球科研基地。今年年底，嫦娥五號還將登陸月球完成自主採樣返回任務(wù)。來自中國的探測器將在月球及其他行星上留下更多足跡，人類對宇宙深空的探索也永不會停止。

參考資料：

《鵲橋呼叫嫦娥四號：我已到站既能看到月背又能看到地球，等你！》 界面新聞 2018/6/17

《國新辦舉行探月工程嫦娥四號任務(wù)有關(guān)情況新聞發(fā)布會》 國新網(wǎng) 2019/1/14

《嫦娥四號與玉兔二號預(yù)計將于1月底被喚醒開展探測工作》 澎湃新聞 2019/1/28

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