“嫦娥”來告訴你：月球背面有沒有外星人

張熇

作者簡介：張煸（hè），中國空間技術研究院嫦娥四號探測器項目執行總監、副總設計師，畢業于北京航空航天大學，多年來一直從事月球探測器總體技術研究，曾任中國航天科技集團公司所屬中國空間技術研究院空間科學與深空探測總體室主任。張煸見證了嫦娥一號奔月，親身參與了嫦娥三號誕生的每一個環節，又成為嫦娥四號探測器項目的執行總監，對于“三姐”“四妹”，她傾注了非同一般的情感。

“嫦娥”邁出創新一步——揭秘月球

“飛到月亮上去”，這是人類千百年來的夢想。1969年，阿波羅11號飛船載人登月，美國宇航員阿姆斯特朗在月球上留下了人類的第一個腳印。人類曾對月球展開了100多次探索，而月球的背面卻從未“涉足”。直到2019年1月3日，我國的嫦娥四號探測器成功實現了人類月球探測器在月球背面的第一次軟著陸，完成了人類航天史上的又一項壯舉。

嫦娥四號為世界首個在月球背面軟著陸且能巡視勘測的航天器，它的主要任務是在月球表面繼續更深層次、更全面地科學探測月球地質、資源等方面的信息，完善月球的檔案資料。截至2021年10月，嫦娥四號著陸器與玉兔二號月球車在軌工作突破1000天，繼續刷新月球背面工作記錄。嫦娥四號著陸器與玉兔二號月球車整體工況良好，載荷工作正常，正在持續開展科學探測。

那么，嫦娥四號登月后，到底在月球背面看到了什么？月球背面到底是什么樣的呢？

月球正面大量分布著由火山噴出的玄武巖熔巖流填充的巨大撞擊坑，形成了廣闊的平原，我們稱之為“月海”，實際上“月海”中一滴水也沒有。而月球背面的結構和正面差異較大，月海所占面積較少，而撞擊坑則較多。地形凹凸不平，起伏懸殊最長和最短的月球半徑都位于背面，有的地方比月球平均半徑長4公里，有的地方則短5公里（范德格拉夫洼地）。月球背面的月殼比正面厚，最厚處達150公里，而正面月殼厚度只有60公里左右。造成這種現象的原因，可能和背面艾特肯盆地的地質年代、演化有關系。2019年5月16 H，中國科學院國家天文臺宣布，由該臺研究員李春來領導的研究團隊利用嫦娥四號的探測數據，證明了月球背面南極-艾特肯盆地存在以橄欖石和低鈣輝石為主的深部物質，并在Nature （《自然》）上發表了該科研成果。

嫦娥四號的科學目標主要是，開展月球背面低頻射電天文觀測與研究，以及月球背面巡視區形貌、礦物組成及月表淺層結構探測與研究;試驗性開展月球背面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究。說到這里，同學們可能要失望了，因為暫時沒有在月球背面發現外星人，也沒有發現什么太空基地。

“鵲橋”為通信牽線搭橋

月球背面，就是月球永遠背對地球的那一面。嫦娥四號探測器不僅要解決相隔38萬多公里的地月傳輸距離，還要隔著月球球體進行數據傳輸。目前，地球上的測控中心無法將信號穿透月球，直達月球背面。那么，如何解決這個通信難題呢？

在確定嫦娥四號要去月球背面執行任務時，首先要解決的問題就是如何通信。科學家們最終選擇在離月球背面大概6.5萬公里的拉格朗日L2點環繞軌道上，運行一顆中繼衛星——“鵲橋”，以此進行地月連線。這樣的優勢在于，“鵲橋”在這個點始終能看到月球的背面;同時通過軌道設計，“鵲橋”衛星也始終能與地球通信。

“鵲橋”重400多公斤，攜帶一個長4.2米的天線，呈網狀，似雨傘，可伸展和收縮。如此一來，“鵲橋”就可以接收著陸器、巡視器從月球背面發出的信號;然后通過“鵲橋”再往地球發射信號，來完成中繼通信服務。

嫦娥四號在月球上的生活作息

“鵲橋”中繼衛星架起了月球背面到地球的通信橋梁。月球與地球相似，也有白天和黑夜。月球自轉一周的時間，大約相當于地球上的27天;所以，月晝和月夜時間都相當于地球上的14天。而嫦娥三號、嫦娥四號探測器都是月夜休眠、月晝喚醒的工作模式。這是為什么呢？

這是由月球的環境所決定的。首先，月夜期間沒有光照，月壤導熱系數小;其次，和地球相比，月球沒有大氣層的保護，進入月夜以后，月球表面溫度會很快下降到零下180多攝氏度。在這樣的環境中，探測器沒有足夠的能量長時間工作。因為同樣的原因，在月晝，太陽光一直照射，導致月球表面溫度會非常高。這些因素都是探測器在月球上工作的嚴峻挑戰。

科研團隊為此特別設計了月夜休眠、月晝喚醒的工作模式。因為探測器需要太陽能來支撐工作，所以當月晝來臨時，探測器吸收太陽能來喚醒和開展工作;當進入月夜時，探測器除定時控制電路、月夜溫度采集器以外的設備全部斷電，進入休眠時間。

為了保證探測器和巡視器能夠安全穩定地度過寒冷的月夜，科研團隊通過引用同位素源來供應熱量，提供給艙內設備基本的儲存溫度。等到喚醒的時候，太陽光照射到太陽能板上，就產生電流;當電流達到穩定的狀態時，探測器就會主動喚醒，并恢復通信，開展工作。

“嫦娥”家族的豐功偉績

從嫦娥一號開始，中國的探月之路一步一個腳印，逐步推進，屢創奇跡。嫦娥一號、嫦娥二號、嫦娥三號、嫦娥四號、嫦娥五號試驗器以及嫦娥五號分別樹立了哪些里程碑呢？

嫦娥一號于2007年實現環月探測，其主要科學任務是環月遙感探測，進行普査性質地拍照和對月球表面成分、環境開展探測。當時中國的航天器，最遠只能涉足離地球五六萬公里的地方。而嫦娥一號到達了38萬公里外的月球附近，實現了從近地走向深空的第一步。

嫦娥二號在嫦娥一號的基礎上，于2010年完成更高分辨率的環月探測。同時，嫦娥二號在執行拓展任務時，探測了圖塔蒂斯小行星。嫦娥二號的設計飛行距離是幾十萬公里，但是完成了所有任務以后，科學家決定讓嫦娥二號進行深空探險，如今它已飛到距地球1億公里以外的太空。

2013年，嫦娥三號是中國第一個著陸月球并攜帶著陸器、巡視器進行表面詳細實地勘測的探測器，中國也由此成為世界上第三個實現在月球著陸的國家。

2014年，我國發射為嫦娥五號探路的再入返回飛行試驗器，模擬了嫦娥五號奔月、繞月、返回的全過程，并對跳躍式再入返回技術成功進行了驗證，使我國成為繼美、蘇之后，世界上第三個成功實施航天器從月球軌道重返地面的國家。

2018年12月8 H，嫦娥四號由長征四號丙運載火箭攜帶發射升空，并隨后正常開展各項工作。這是人類第一個著陸月球背面的探測器，標志著中國實現了國際首次月球背面軟著陸和巡視探測、地月拉格朗日L2點的測控及中繼通信。

嫦娥五號，是中國首個實施無人月表取樣返回的月球探測器，2020年11月24 H，長征五號遙五運載火箭攜帶嫦娥五號發射升空。12月17日凌晨，嫦娥五號的返回器攜帶在月球上采集的樣品，采用半彈道跳躍方式再入返回，在內蒙古四子王旗預定區域安全著陸。這也代表著中國探月工程“繞、落、回”三步走的收官之戰，圓滿完成。

航天人的科研挑戰

一個個里程碑的樹立，“嫦娥”家族的探測器功不可沒。同時，探月工作也需要一個非常龐大的系統工程作為支撐，包括運載火箭系統、發射場、地面測控系統、地面應用系統等，而這些背后更離不開一代代航天人的匠心和努力。

在探月領域，航天人還將迎接哪些挑戰呢？

目前，科學上只探尋了一些局部的點，而對月球的全面認識，包括起源、演化、內部構造等，還有很多未解答的問題。技術上有以下三個挑戰：

一是更崎嶇的地形。現在涉足的地方是相對平坦的中、低緯地區，是一些相對平整的坑。但是月球的南、北極地區是非常崎嶇的，比如局部一些高山。目前，在技術能力上，探測器還很難達到精確、安全地在各種復雜地形著陸。

二是更惡劣的熱環境。月球南極的資源相對比較豐富，同時，月球的南極也有著更惡劣的環境。陽光照射更少，甚至還有永久陰影坑，目前我們的探測器還沒有能力去這些地方進行長時間探測。

三是更深層的月表探測。如今進行的月球表面探測屬于淺層探測，在月球的深層內部結構中，例如對熔巖管結構的探測，目前還無能為力。

嫦娥探月工程見證了我國綜合國力的提升，見證了中國科技創新的飛躍，我們將一步步實現載人登月和建立月球基地的夢想。未來，更多宇宙深空的奧秘等你們來揭示。

親愛的同學們，祖國的未來是掌握在你們手中的，希望你們在青少年時期做好知識的積累、身體的積累、品格的積累，能夠從小樹立遠大的志向，抱著為民報國的志向努力完善自己，在未來把人生價值的實現和祖國的強盛緊密地結合起來！

（編輯文墨

實習編輯陳哲怡）