嫦娥再赴广寒宫,去月球背面“挖一勺”

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嫦娥再赴广寒宫,去月球背面“挖一勺”

作者 | 小隐

编辑 | 吴阳煜

嫦娥再赴广寒宫,去月球背面“挖一勺”

中国登月的步伐加快,人类问天的征途不停:嫦娥六号将着陆在南极——艾特肯盆地中;在600公里外的冯·卡门坑内,嫦娥四号和玉兔二号仍在兢兢业业地工作。


据中国国家航天局5月3日消息,长征五号遥八运载火箭成功发射,将嫦娥六号探测器送入预定轨道。


2024年,中国探月工程20周年之际,此次“出征”举足轻重——这将是人类首次在月球背面取样并返回。此前人类探月史上,共对这颗卫星进行过10次采样返回,但均位于其正面。神秘的月球背面,仍一直是未解之谜。


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2024年5月3日,嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射。这是火箭点火前的情景

2020年底圆满收官的中国探月工程三期标志嫦娥五号项目,从月球正面取回1731克月壤。从中,不仅发现了新矿物“嫦娥石”,还将科学界认知的月球岩浆活动结束时间推迟了8亿~9亿年,继而将月球地质寿命“延长”了10亿年。


推此及彼,嫦娥新探月背,料想有望结出累累硕果。化用美国登月宇航员阿姆斯特朗的名言,可以说,中国前往月球背面“挖一小勺”,将刷新人类航天纪录,成为了解宇宙向前迈出的一大步。



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月亮的“两副面孔”

无人月面取样返回,早在嫦娥五号便首次成功实施。嫦娥六号作为其“备份星”,之所以更加引发全球关注,首先就在于月球独特的“二分性”。

由于地球对月球的潮汐锁定效应,这颗卫星以同步自转的方式绕地球公转,意味着月球亘古以同一个面朝向地球,这才有了“正面”与“背面”之分。

并且,探测研究发现,月球的正面和背面在地形地貌、元素分布和地质特征等方面,均存在着显著且巨大的差异,这一现象就是月球的“二分性”。

那么,相较于人类欣赏和歌咏了万年的正面,月亮神秘的另一面究竟是怎样的?

“嫦娥之父”、中国天体化学与地球化学家欧阳自远在演讲中曾提及,月球背面存在着这颗卫星上最为古老的岩石。嫦娥六号任务副总设计师王琼在接受媒体采访时,也作了一个对比——整体来说,背面的月壤更为古老,通过分析其物理特性和物质组成,可以更新人类掌握的“月球数据”。

据嫦娥六号任务总设计师胡浩介绍,此次任务预选的着陆区为月球背面的南极——艾特肯盆地,不仅在月球上,这也是太阳系内公认的最大、最古老、最深的撞击坑之一,其地质年龄距今已超42亿年。

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月背南极-艾特肯盆地是一直径约2400公里的撞击坑,是月球上最古老和最大的撞击坑 / 图源:央视新闻

选择在此着陆的原因之一是,科学家推测,曾有一颗小行星或彗星高速撞击过这一区域,很有可能将月球内部的部分地幔物质掀到了月面。故而,南极——艾特肯盆地是探测月球深部物质的一扇天然窗口,这里的“土特产”对了解月球的形成演化历史,有着极大的科学研究价值。

不仅如此,与月球正面相比,月球背面的地貌特征也更为独特,陨石坑和高山比比皆是。

科学家研究发现,月球背面的地壳相对较薄,更易因外界撞击形成密集的陨石坑群,其分布与月球的地壳构造息息相关。地质作用或撞击事件还在月球背面形成了绵延陡峭的高山,其山体岩石的成分往往与月球正面大相径庭—富含更多铁、镁等金属元素。

因此,采集月球背面的图像和样品,分析其坑洼起伏的“撞击记录”,可为进一步了解月球内部的物质构成提供宝贵信息。

此外,研究月球背面还有助于解除学界关于太阳系“晚期重轰击”谜团的分歧。大约39亿年前,曾有无数小天体对月球和地球“狂轰滥炸”,留下了大量撞击盆地的痕迹。

但科学家一直无法确定,这个撞击高峰期是一个短期突发事件,还是逐步减弱的长期过程?而此次探测器带回的样本,将有望提供线索。

嫦娥这趟“出差”,对探究地球生命起源也存在利好。一种科学猜想认为,孕育出原始生命的水和有机物质,正由撞击地球的小行星或彗星携带而来。因此,造访月球背面,对于揭示整个地——月系统的奥秘都有着重大意义。

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打破地月通信天堑

尽管在地球上观测月亮,背面存在着永不可见的“视野盲区”,然而通过卫星和探测器,尤其在嫦娥四号成功实现月球背面软着陆以来,科学家仍然设法获取到了一些月球背面的信息。

从已有图像和数据可知,嫦娥六号面临的将是比嫦娥五号更为复杂的环境挑战。

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2024年6月2日6时23分,嫦娥六号着陆器和上升器组合体在鹊桥二号中继星支持下,成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区

较之正面,崎岖的月球背面让探测器更难平稳降落。月球表面低洼平坦的区域被称为“月海”,90%以上都分布在月球的正面,而月球背面除了莫斯科海,基本没有易于着陆的优质选点。

回顾历史,国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光,强调了地形不利给探测器带来的威胁。苏联在1969—1970年间,曾出现无人探月五连败,其中“月球-15”号采样返回飞行器以毁坏告终,就是因为在探索新区域时遭遇复杂地形,降落时撞上了山脉。

这一艰巨的挑战,还因月球背面“通信盲区”的问题,被进一步放大。月球背面与地球相隔约38万公里,漫长的距离导致无线电信号大幅衰减,加上锁定效应下月球本体的阻挡,意味着那里与地球间,存在无法实时交流的信息孤岛。

为渡迢迢银汉,在中国传统文化中有“喜鹊搭桥”的唯美神话。以此为喻,早在嫦娥四号任务中,中国便成功部署了人类历史上首个月球信号中继卫星鹊桥一号,打破“盈盈一水间,脉脉不得语”的地月通信天堑。

若用形象化的手法描述它的作用原理,就如同一个人照镜子,无法看见自己的背影时,在身后支起的另一面镜子——通过波的折射递转,绕过观察的死角。

辅助鹊桥发挥监测站职能的深空天线组阵系统,则由中国电科牵头建设,佳木斯、喀什和阿根廷拉斯拉哈斯市等三大站构建,以多站接力模式为支持,基本保证无论地月间处于什么位置,至少有一个站可以“看到”探测器,从而全程掌控任务设备状态。

美国航空航天局(NASA)局长威尔逊曾针对嫦娥探月答记者问,声称“不打算去永远黑暗的月背浪费钱财”。但中国探月工程总设计师吴伟仁在央视《面对面》专访中透露,鹊桥技术之先进,让NASA都反口提出了延长其使用寿命的希望,好借“东风”将信标机投放到月球背面。

2023年,中国科学技术大学马来西亚籍副研究员刘敬祥透露,对于NASA借用鹊桥协助其登月的请求,中方已经同意。

今年3月,为保障嫦娥六号在月背安全着陆、采集样本、月面起飞、交汇对接和返回地球的全流程,升级版的“顺风耳”鹊桥二号,则已先行一步“就位”月背上空。

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鹊桥二号中继星

不过,一个无法回避的现实问题随之而来:中继通讯毕竟不如直接指挥,鹊桥不可能始终在嫦娥上方跟踪,导致地面科研人员无法绝对掌握探测实时情况。

然而细节决定成败,在无人操作下规避样本被污染和损毁的风险,万无一失是题中之义。为此,中国独创了月背智能采样技术,以自动化、智能化技术摆脱地面实时监测这个大前提的桎梏,实现月壤“采集—包装—转移—封装”一条龙。

同样独步世界的,还有人类首次在绕月轨道实行航天器“无人交会对接”。

此前,美国阿波罗计划6次挖土、苏联3次无人采样、中国嫦娥五号,都自月面起飞直接返回地球。所以,尝试月球逆行轨道设计与控制技术,可谓“前无古人”——对接轨道的测算必须非常准确。

尽管肩负测轨预报功能的鹊桥二号犹如一双眼睛,在飞行器着陆和上升过程中出现轨道偏离等执行问题时,可以及时修正挽回,但增加了点传输环节,仍有可能在一定范围内出现误差。尤其当着陆器和上升器的组合体,以一千六七百米每秒的速度在绕月轨道上飞行时,意味着对接窗口极为狭窄。

故而,嫦娥五号钻取子系统飞控专家组成员肖龙评价,这将是嫦娥六号探月的最大技术难点。一旦起飞,飞行器进入正确轨道的机会只有一次。

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人类的未来是星辰大海

在月球背面,科学家们已发现了氦-3的丰富储藏。作为一种理想的核聚变燃料,若能开发氦-3资源,将为人类解决能源危机提供一种清洁高效的全新可能。此外,月球背面具备较好的遥感条件,可以在低干扰状态下,更清晰地开展宇宙天体观测。

在上海的一场访谈中,《三体》的作者刘慈欣曾发感慨,地球只是浩渺宇宙中的一粒尘埃,人类作为一个整体生活在这尘埃上,我们的未来要着落于探索星辰大海。

的确,开发星际资源已从科幻逐渐照进现实,而全人类休戚与共,合作而非竞赛才是未来的主旋律。

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嫦娥六号成功发射

此次嫦娥六号出征,就搭载了欧洲的月表负离子分析仪、法国的氡气探测载荷、意大利的激光角反射镜、巴基斯坦的立方星等4个国家的卫星项目,携手共同叩响月亮背面的大门。

其中,尤以法国最为醒目。其计划在月球南极进行采样返回的25公斤科研设备载荷,不仅象征着中法首次探月合作,更是法国首个登月项目,书就该国航天历史上浓墨重彩的一笔。

预计,嫦娥六号将着陆在南极—艾特肯盆地中,撞击深度最深、月壳厚度最薄且直径最大的阿波罗盆地南部边缘。在600公里外的冯·卡门坑内,嫦娥四号和玉兔二号仍在兢兢业业地开展探测工作。

中国登月的步伐加快,人类问天的征途不停。

本文首发于《看世界》杂志第11期

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值班编辑 | 阿车

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