嫦娥四号为什么要去月球背面?月球背面有什么?

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2019-01-14

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  (二)明确任务分工。国土资源主管部门会同测绘地理信息主管部门,联合开展国土空间基础信息平台建设。国土资源主管部门组织所属单位推进国土资源相关数据资源的建设、云管理与服务平台建设,提供国土空间基础信息应用服务;测绘地理信息主管部门组织所属单位进行基础地理信息、地理国情数据资源和国家地理信息公共服务平台的建设、维护,通过国土空间基础信息平台开展信息应用服务。(三)落实建设资金。

自去年12月8日从地球出发后,嫦娥四号探测器经过26天约38万公里的“长途跋涉”,1月3日10时26分成功软着陆在月球背面的南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑,这是人类探测器首次在月球背面实现软着陆。

世界著名空气动力学家冯·卡门和以他命名的撞击坑西奥多·冯·卡门也许是中国人最熟悉的外国导师了。

他是匈牙利犹太人,1936年加入美国籍,是世界著名空气动力学家和世界上最伟大的航天工程学家,却也被认为是中国航天的奠基人,因为我国著名科学家钱伟长、钱学森、郭永怀都是他的亲传弟子。

当年,冯·卡门及其爱徒钱学森共同工作过的加利福尼亚理工学院实验室已经成为赫赫有名的美国宇航局(NASA)喷气推进实验室(JPL);如今,以冯·卡门命名的月球撞击坑也迎来了第一位访客——来自中国的嫦娥四号。

航天科技集团五院嫦娥四号探测器总设计师孙泽洲在接受媒体采访时表示,此前,人类的航天探索从未抵达过月球背面。

作为月球背面最古老的撞击坑之一,冯·卡门撞击坑经过几十亿年的风化,在地形复杂的月球背面,是相对比较平坦的区域,利于嫦娥四号进行软着陆和巡视探测。 同时,冯·卡门撞击坑由于历史悠久,也可能留存了月球形成、太阳系起源的痕迹,有很大的科学探测价值。 在这里,嫦娥四号将探索月球最深层的秘密,对撞击坑下方的结构进行雷达探测,为这些地貌的形成提供解释;深度绘制冯·卡门撞击坑地下结构,同时结合撞击坑规模、月壤厚度等数据,提供着陆区地层剖面信息。

之后,嫦娥四号将通过2018年5月份发射的中国“鹊桥”号通信中继卫星与位于中国、阿根廷和纳米比亚的地面站进行联系,传递无线电信号,同时发回电视图像。 当然,关于月球背面,人们想要知道的还有很多:月球背面几乎全是环形山/陨石坑(%),比正面多得多(69%),形成原因和目前的情况只有理论解释,缺乏实地验证;月球背面南极-艾特肯盆地,是太阳系第二大超级陨石坑,早在1998年,NASA的月球勘探者号就发现这里存在水冰,而且更接近月球最原始的情况……总是背对着地球的那一面,因为嫦娥四号的到来,也许很快就要呈现在公众面前了。 新型清洁能源氦-3和它的“月球家园”据测算,100吨氦-3能提供够全世界使用一年的能源总量。 因为,当氦-3遇上氚时,就会发生堆积式核反应,释放出大量能量,但该核反应不会产生任何放射性物质,反应所产生的物质也不会对周围环境造成任何污染,被称为“完美能源”。 只不过遗憾的是,地球上,这种物质储量较少。 而月球上的氦-3含量超过百万吨。 探月的这一重大发现令人们欣喜万分,甚至由此诞生了一部非常著名的科幻电影《月球》。

在月球上的氦-3采集基地中,采集员常驻月球,定期把氦-3送回地球。 彼时,月球已经成为人类的重要能源基地。

现实中,目前尚未找到能够较为科学便捷提炼月球上氦-3的方法。 现有的方法是将月球上的物质升温加热至700℃,以此提炼氦-3元素。 但在月球上,要将物质加热至700℃是件很困难的事情,而将物质运回地球后再提炼又过于繁杂,需要耗费大量的人力、物力以及财力。 尽管如此,面对能源日益紧缺的状况,人们研究氦-3的脚步未曾停歇,各国科学家正围绕月球上氦-3的储量、采掘、提纯、运输及月球环境保护等问题悄然开展相关研究。

我国的独特贡献是通过测量月壤厚度来计算月球上的氦-3储量。 2015年4月,我国科学家利用嫦娥三号玉兔月球车的测月雷达数据首次给出了较为可靠的月壤厚度估计,认为前人的估计方法可能普遍低估了月壤厚度和氦-3总储量。 这一次,在理论上更容易产生氦-3的月球背面,嫦娥四号的探索令人期待。

保护地球生命的大气层和其限制科学研究的另一面开展月球背面低频射电天文观测与研究也是嫦娥四号的主要科学任务之一。

为什么非要去月球背面开展这项任务?要回答这个问题,便不得不谈到“大气窗口”了。 地球的大气层就像一扇窗户,它允许某些频率波长的电磁波透过,但阻挡另一些透过。 长波低频波段的电磁波几乎被完全屏蔽。 另外,在某些波段上,地球上大量的无线电设备,大气中的闪电、极光等都会对观测数据产生严重干扰,甚至让观测难以进行。 而月球背面不同,这里没有大气。

由于“潮汐锁定”效应,月球绕地球公转与自转的周期相同,人类在地球上看到的月球永远是同样的半个月亮,月球背面因永远背对地球,可以屏蔽所有来自地球的信号干扰。 另一方面,月球背面并非永远是暗夜,也有白天和黑夜之分,因此唯一的干扰太阳辐射在太阳落山之后,也消失不见,这里就成了开展低频射电天文观测的绝佳地点。 据报道,嫦娥四号任务搭载的相应的科学设备,将在人类历史上首次在月球背面开展低频射电天文观测,有望填补人类在100-1000kHz射电天文观测的空白,有望在太阳风激波、日冕物质抛射和高能电子束流的产生机理等方面取得原创性的成果。