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嫦娥四號登月「孵蛋」 太空移民夢 全靠你也養過的牠

2019-01-04 11:00:00聯合報 記者林庭瑤/報導

中國大陸登月工程有重大進展,探測器「嫦娥四號」1月3日上午10時26分成功登陸月球背面,是人類探測器首次在月球背面著陸,並透過先前發射的中繼星「鵲橋」傳回世界第一張近距離拍攝的月背影像圖,揭開古老月背的神秘面紗。

這對於人類探月到底有多大意義?陸媒「觀察者網」整理出十大看點,全方位揭秘嫦娥「盲降」的意義。

看點一:為什麼選擇探測月球背後?

地球上每天都有無數人舉頭望明月,但極少有人意識到,從他們第一次看到月亮至今,除了月亮「形狀」(月相)的變化,月球表面的「圖案」其實從來沒變過,甚至最早人類遠祖古猿看到的月亮和今人並無區別。

由於月球自轉一周與繞地球公轉一圈的時間相同,人類永遠只見到月球「同一面」。月球背面是永遠背對著地球,也被人稱之為「黑暗面」,但其實月球背面也會照得到陽光,只是地球人看不到。

中國大陸發射嫦娥三號時,人類已在月球正面有20個著陸器,然而背面為0。 (取自維...
中國大陸發射嫦娥三號時,人類已在月球正面有20個著陸器,然而背面為0。 (取自維基百科)

看點二:為何美蘇冷戰時期辦不到?

人類月球探測、甚至人類航太的巔峰就是大名鼎鼎的阿波羅登月工程,它留下了載入史冊的三句話:

美國前總統甘迺迪說過:「我們要在這個十年結束前,把太空人送上月球,再安全送回來」,「我們選擇登月,不是因為它簡單,而是因為它很難」。

經過無數航太人的努力,終於在1969年7月20日,由阿姆斯壯說出最著名的那一句:「這是我的一小步,卻是全人類的一大步」。

但是,所有的阿波羅載人任務、甚至蘇聯和美國的其他無人著陸月球任務都集中在月球正面,對這裡人類已經了解得非常多。

之所以一直探測正面、在正面著陸,卻從不去月球背面,一個重要原因就是「經費問題」。因為美蘇太空競賽逐漸變成「耗資不菲但收穫有限」,於是先後放棄了月球探測。1972年12月,美國阿波羅17號登月艙原計劃在月球背面著陸,準備發射一顆月球中繼衞星,最終因經費問題改為在月球正面著陸。

圖為嫦娥四號成功發射照。 (中新社)
圖為嫦娥四號成功發射照。 (中新社)

看點三:月球背後探測會給科研界帶來什麼?

1.月球背面幾乎全是環形山/隕石坑(97.5%),比正面多得多(69%),形成原因和目前的情況只有理論解釋,缺乏實地驗證;

2.月球背面南極─艾托肯盆地,是太陽系第二大超級隕石坑,早在1998年,NASA的月球勘探者號就發現這裡存在水冰,而且更接近月球最原始的情況;

3.嫦娥四號實際著陸地點在月球背面「南極─艾托肯盆地」內的「馮卡門撞擊坑」,它以錢學森的恩師名字命名。這裡經過強烈碰撞,極可能曾經被熔岩淹沒,各類物質含量豐富,保留了月球最深層的秘密;

4.「月球上氦3能量開發可供人類能源需求XX萬/億年」的說法,相信大家已經聽多了,而理論上月球背面環境更容易產生氦3;

5.月球背面有天然的「遮罩」,沒有任何來自地球的輻射干擾,這意味著它有著無比完美的安靜環境做天文觀測;

6.月球背面的月壤也極有可能與正面大不相同。

月球背面隕石坑密布,嫦娥四號著陸點為於地形異常複雜的「南極─艾托肯盆地」內。 (...
月球背面隕石坑密布,嫦娥四號著陸點為於地形異常複雜的「南極─艾托肯盆地」內。 (取自觀察者網)

看點四:著陸區域有多複雜?

月球背面隕石坑密布、尤其「南極─艾托肯盆地」盆地的地形和高程圖異常複雜,對各種配合著陸感測器的系統要求很高。「馮卡門撞擊坑」環形山屬於其中一塊核心區域,對嫦娥四號而言,相當於翻山越嶺來找它。

看點五:月球背面擋住了,訊號怎麼傳送?

既然月球擋住了背面,就要有一顆中繼衛星,支援著陸器和全程信號。從1960年代開始,美國太空總署(NASA)就一直在設想、論證,但從未實踐過。

2018年5月,中國大陸成功部署「鵲橋號」中繼衛星,在月球背後6.5萬公里之外實現地月L2點中繼星對地對月的測控、數傳。它將全程見證嫦娥四號的探測過程,也將負責嫦娥四號的全程通信。

「鵲橋號」中繼星與地球、月球的軌道關係,解決了月球背面的信號問題。 (取自觀察者...
「鵲橋號」中繼星與地球、月球的軌道關係,解決了月球背面的信號問題。 (取自觀察者網)

看點六:為什麼4天就到月球,還遲遲不著陸?

嫦娥四號在2018年12月8日就出發,使用大陸目前深空探測的最強火箭長三乙改III型。3.8噸重的它僅花了4天14時16分就完成發射、軌道校正、近月制動、進入工作軌道,是四次主要任務中最短的一個。但依然等到了2019年1月3日才進行著陸任務。

為什麼需要這麼長的時間呢?

是為了等待時機。

月球被潮汐鎖定,自轉與公轉相同,導致它的一天就是一年,一半是黑夜一半是白天。換做地球時間就是近14天交替的白天黑夜。在進入月球軌道後,嫦娥四號一邊測試儀器,一邊等待月球進入白天,畢竟它的主要能量來源是太陽能。

另一方面,由於降落地點處於南極附近,它需要逐漸調整軌道傾角才能經過這裡,比較耗時。同時,也要等待太陽光照在月球的角度達到理想的狀態,這樣所有的地貌都會有比較清晰的陰影,最大程度輔助光學設備選擇並定位著陸地點。

1月3日,嫦娥四號登陸月球背面,北京航天飛行控制中心人員全神貫注地監控情況。 (...
1月3日,嫦娥四號登陸月球背面,北京航天飛行控制中心人員全神貫注地監控情況。 (新華社)

看點七:嫦娥四號著陸怎麼「走位」?

由於降落的難度大大增加,嫦娥四號的著陸方式也將作出改動。由於著陸地的獨特地貌特點,它的避障需求遠高於其他著陸任務。

可以看出,在進入準備階段後,嫦娥四號的軌跡不降反升,而後進入一個幾乎要實現長距離垂直下降過程,期間完成避障、懸停、精避障、緩速降落全過程,難度極大。

嫦娥四號任務月球車外觀設計構型。 (美聯社)
嫦娥四號任務月球車外觀設計構型。 (美聯社)

看點八:嫦娥四號的能量怎麼來?

採用太陽能電池板和充電電池組合,是很多月球探測器的基本配備。在(月球)白天,月球上太陽能極其充沛,太陽能電池板充電,剩餘電能儲蓄下來,所有系統正常工作。晚上能量不足,只能冬眠或降低工作強度。

為應對夜晚過低的溫度,探測器還需要攜帶放射性同位素元素鈈-238,它的半衰期長達88年,會源源不斷釋放熱量,做保溫用,嫦娥三號即是如此。與此同時,它的熱量也可收集起來用以發電,這就是大名鼎鼎的「核電池」。

而在嫦娥四號上,中國將首次實驗自己的「核電池」技術。儘管它不是最主要的能量來源,但這個突破已經意義重大。

看點九:人類準備移民月球?

嫦娥四號原本是嫦娥三號的備份版本,但嫦娥四號對月球車進行了一定改進,以期延長使用壽命。太陽能帆板系統也升級為高效三結砷化鎵材料,能量來源更強勁。

嫦娥四號上還搭載著一個重約3公斤的鋁合金容器,容器中裝有將把馬鈴薯、擬南芥種子和蠶卵送到月球表面。這些卵將孵化成能產生二氧化碳的蠶,而馬鈴薯和擬南芥種子則通過光合作用釋放氧氣。科學家希望能在月球上建立一個「迷你月球生態園」。

嫦娥四號載著一個約3公斤的鋁合金容器的「月面微型生態圈」,帶有馬鈴薯、蠶、擬南芥...
嫦娥四號載著一個約3公斤的鋁合金容器的「月面微型生態圈」,帶有馬鈴薯、蠶、擬南芥和生命支撐系統。 (取自重慶大學)

看點十:國際太空合作大突破

嫦娥探月工程作為中國大陸大型科學研究專案,在擴展航太國際影響力、甚至直接促進國際合作方面的意義是無可取代的。在科學方面,低射頻電探測儀是與荷蘭合作,月表中子與輻射劑量探測儀是與德國合作,中性原子探測儀是和瑞典合作,月球小型光學成像探測儀是與沙烏地阿拉伯合作。因而,嫦娥四號不僅是中國大陸的,更是全世界的。它的科學和工程意義,對整個人類而言都是重大突破。

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