「嫦娥四號」將搶下月背探測頭功 多國推月球計劃登月事業迎來「文藝復興」

（圖片來源於網路）

如果不出意外，人類首次探索月球背面的大工程即將於本月開始，而完成這項工程的，將是我國的「嫦娥四號」月球探測器。似乎是受到了中國探月計劃的刺激，在沉寂近半個世紀後，以往的老牌航天強國和近年興起的航天新銳也紛紛提出了自己的探月或登月計劃。

按照計劃，「嫦娥四號」將於12月8號，搭乘長征三號乙運載火箭，從四川西昌衛星發射中心發射升空。在接近月球後，包括登陸器和探測器在內的整體組件將會先進入月球軌道，然後再落向月球。「嫦娥四號」將是繼2013年的「嫦娥三號」之後，我國第二艘在月球表面「軟著陸」的飛船。如果登陸成功，「嫦娥四號」就將在這片隕石坑密布的土地上開展科學研究，包括人類首次在月球背面的無線電天文學試驗，以及測試植物是否能在月球低重力環境中生長。

中國國家航天局(CNSA)的最終目標是建立一個月球基地，以此為根基，方便人類以後更大規模的探索。儘管還沒有明確的時間表，明斯特威斯福州立大學行星地質學家博格特(Carolyn van der Bogert)仍評價稱：「這次任務絕對是月球探測中一項關鍵而重要的成就。」

目前，國家航天局並未透露包括著陸點在內的諸多關鍵任務細節，外界推測，最有可能的登陸位置，應當是寬186公里的馮·卡門隕石坑。該隕石坑是月球南極艾特肯盆地的一部分，是太陽系中已知的最大的撞擊構造，也是月球上最古老的撞擊構造，其名字則來源於20世紀最偉大的航天工程學家馮·卡門，我國著名科學家錢偉長、錢學森、郭永懷都是他的親傳弟子。

香港理工大學的地理信息學家吳波(音)認為，坑內的地形地貌非常重要，了解這些構造，可能有助於回答月球早期歷史的幾個重要問題，包括它的內部構造和熱演化。這個火山坑的地殼很薄，以至於可以看穿地幔。收集這個區域岩石的數據可以幫助科學家們更好地理解組成月球的岩層。

此外，近年來這片區域發現的大量冰更是魅力十足。這些冰可能是彗星或小行星撞擊的殘留，在永久的黑暗中得以倖存。由於沒有陽光的直接照射，這些冰並沒有發生升華或離解。探月科學家們已經達成共識，這塊盆地將是月球基地的理想選址。這次嫦娥四號將進一步確認人類在這裡生存並工作的可能。

天文專家們強調，儘管有「嫦娥一號」到「嫦娥三號」器的成功經驗，「嫦娥四號」登陸月球背面，仍然有很大風險。因為過去有許多月球太空船拍回照片，太空船在飛臨月球背面時，和地球之間的無線電通訊會暫時中斷，必須等到飛出軌道之後才能恢復通訊。美國在執行在阿波羅任務時，服務艙的主引擎必須在月球背面的時候重新點火，在太空船重新出現之前，地球控制中心都會為此而非常緊張。

「嫦娥四號」探測器著陸後的任務，首先是繪製著陸點附近的地圖，之後，它將用探地雷達測量地下層的厚度和形狀，並用近紅外光譜儀和紅外光譜儀測量地表的礦物組成。地面上的地質學家需要相關數據，以了解月球的早期演化過程。

這時候，探測器就面臨一個問題——月球背面永遠背對地球，所以在著陸後，飛船的信號受到月球遮擋，無法直接和地球通訊。為了解決這個問題，今年5月，我國專門發射了一顆「鵲橋」號通訊中繼衛星，在月球背面的空中，為兩地通訊牽線搭橋。「鵲橋」目前工作在距月球約6.5萬公里的地月拉格朗日L2點使命軌道，將為落在月球背面的嫦娥四號月球探測器提供地月中繼測控和數傳服務。

相較於「嫦娥三號」，「嫦娥四號」給月球帶來了地球的特產——馬鈴薯和擬南芥種子。探測器將測試這些種子能否在月球表面低重力的密封、受氣候控制的環境中發芽和進行光合作用。這一實驗的意義將在以後顯現，佛羅里達大學園藝科學家保羅(Anna-Lisa Paul)說：「如果我們想在月球或火星上長期居住，就需要溫室設施，以及生物圈之類的環境。」

早前，科學家們已經在國際空間站中進行過類似實驗，證明馬鈴薯和洋蔥可以在低重力的受控生態系統中正常生長。不過，月球上的重力比空間站更低，對馬鈴薯來說是更嚴峻的考驗。

著陸器部分則配備有射電天文學實驗設備，其中包括一台中國科學院建成射電頻譜儀，用來捕捉0.1至40兆赫之間的電磁信號，繪製一幅深空低頻輻射圖。荷蘭射電天文學家法爾克(Heino Falcke)解釋，在地球上，這些低頻輻射會被大氣層拒之門外，測量相當困難，「我們在探索低頻信號上一片模糊」。

值得一提的是，法爾克也是我國一系列探月計劃的參與者之一，他參與研發的低頻無線電頻譜儀此前搭載在了「鵲橋號」衛星上。利用探測的數據，天文學家或許能更加清楚瀕死恆星們釋放的能量是如何影響他們之間的氣體，從而影響恆星形成的。

在月球探測器部署後，法爾克希望將月球實驗數據和來自「鵲橋」的數據相結合。這些來自輻射光譜的數據可以濾除來自宇宙最初幾億年的北京噪音，從而讓天文學家看清，在恆星、行星成型前，宇宙是什麼樣子。同時，人類或許有機會藉此探測到暗物質的分布信息，但這純屬意外之喜，不在計劃清單上。

另外，對於國際科學界來說，「嫦娥四號」最大的意義可能並非這些潛在的科學成果，而是中國的探月計劃重新激起了各國科技競賽的野心，歐洲航天局官員卡彭特(James Carpenter)更是將現階段稱作登月科技的「文藝復興」。

人類對月球的探索始於20世紀中葉，當時美國和蘇聯為了爭奪太空探索的主導權，以及通過科技成果展示政體優勢，在太空競賽中執行了大量的月球任務。在經過重重坎坷後，美國的阿波羅計劃率先在1969年將人類送上了月球表面。卡彭特說，儘管這個時期的航天任務政治意義強於科學意義，但仍然為人類留下了「非凡的科學遺產」。

然而，在太空競賽的高潮過後，蘇聯於1976年執行了最後一次月球任務，此後逐漸陷入經濟困難的泥沼，美國也因為預算問題和國內政治環境，放棄了進一步探測月球的計劃。此後，雙方都將有限的資源投入太陽系其他領域的任務中，冷戰結束後，全球2大科技強國更是要麼失去了秀肌肉的能力，要麼失去了秀肌肉的野心，人類航天科技的進步速度直線下滑。

可以看到，在80年代，沒有任何國家進行過月球發射任務。

（圖片來源於《自然》）

不過，在過去20中，月球探測的熱度緩慢回升，雖然從未回到冷戰巔峰水平，但各國將航天器送往月球軌道的次數明顯上升。自1990年以來，美國、日本、中國、印度和歐洲等太空玩家已經發射了十幾個月球軌道器。

當然，這些軌道探測器和真正的月球探測器是兩碼事，它們的主要任務，就是用當時最先進的成像技術和各種科學儀器，繪製當時最精確的月面地圖。目前，這些軌道器最大的功勞，就是發現月球兩級存在水冰。這些新發現，或許也是各國科技人員探索月球的熱情重新燃起的原因之一。

在登月任務中，著陸位置是一個重要的考慮因素。早前，人類的登陸只集中在月球近地側大抵相同的區域，所以他們獲得的樣本根本不能代表整個月球。月球科學家沃特金斯說，「我們有很大動力去獲得更多的樣品」，這也是「嫦娥四號」任務的意義之一。在此之後，俄羅斯和歐洲合作的「遠景計劃(PROSPECT)」打算將登陸器送到月球南極的地下，研究其資源開採的潛力。

說到登月競賽，近期最大的成果就是上文提到的「嫦娥三號」，這是20世紀70年代以來，人類首次再將設備送上月面。隨著「嫦娥四號」計劃的推進，在這方面雄心勃勃的美國、印度、日本和俄羅斯也開始規划起自己的登月計劃。

歐空局也曾提出在2030年左右，在月球南極建立月球村計劃。近期規劃就是前面說的「遠景計劃」，由歐空局與俄羅斯聯邦航天局聯合發射的無人月球探測器，從艾特肯盆地取回一些冰晶樣本。

NASA也已經在探討在月球南極建立基地的可能性。2014年，NASA的科學家們曾探討過低成本的方案。從會議發表的論文可以看到，月球基地將模仿美國南極站的模式。

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