嫦娥四號發射成功！它將帶著勇氣，去往人類從未踏足過的地方

北京時間今天凌晨，嫦娥四號月球探測器在西昌衛星發射中心，由長征三號乙改型（CZ-3B）運載火箭發射升空。

嫦娥四號發射成功 | 新浪微博：@央視新聞

這是中國的第5次探月任務（算上嫦娥五號 T1的話），也是繼5年前的嫦娥三號任務成功完成之後的新進程。

本次嫦娥四號任務計劃著陸在月球背面，這是人類首次嘗試著陸和實地探測月球背面，也將是對我國軌道控制、著陸和通訊技術的巨大挑戰。

由於被地球的引力鎖定（也就是「潮汐鎖定」），月球始終只有相同的一面朝向地球，這導致地球上的我們永遠只能看到月球的正面。不過，需要注意的一點是，「月之背面」並不是「月之暗面」，事實上，月球的背面和正面都會輪流被陽光照射到。

人生代代無窮已，江月

年年只相似。

任時空流轉，月亮的臉從來不曾改變 | 參考資料[1]；Wikimedia Commons

儘管自1959年蘇聯的月球3號傳回了第一張月球背面的影像以來，人類已經派出上百艘探測器在環繞月球飛行的過程中用各種遙感手段把月球背面的影像、光譜、成分、重力等各種信息「看」了個清清楚楚。

第一張月球背面影像，左邊的暗色區域分別為危海、史密斯海、界海，下方為南海，右上為莫斯科海 | Wikimedia Commons

但著陸探測又是另一回事了。

確實，自1958年開始嘗試探索月球以來，人類和無人探測器已經成功著陸過月球數十次，總計有20台著陸器、6台月球車、12個宇航員安全上過月球表面這塊不算遙遠但依然神秘的土地，其中包括我國2013年12月成功著陸的嫦娥三號著陸器和玉兔號月球車。

但這些著陸任務全部位於月球正面。

人類目前為止所有成功的月球軟著陸任務，包括美國的勘測者號（Surveyor）系列，蘇聯的月球號（Luna）系列和美國的阿波羅號（Apollo）系列。而月球自1976年後再一次迎來來自地球的著陸器，就已經是近40年後的嫦娥三號了 | Wikimedia Commons

到目前為止，月球背面還是人類著陸探測史上的空白

著陸背面相比於正面有很多困難，但最重要的一條是通訊障礙。由於被地球潮汐鎖定，月球背面的探測器無法和地球直接通訊。這也是之前美國和蘇聯數個月球著陸任務都安排在月球正面的一大原因。

為了配合嫦娥四號挑戰月球背面，我國已在半年前（5月21日）預先發射了一枚通訊中繼衛星「鵲橋」，作為接下來的著陸器/月球車與地球進行通訊的「橋樑」。

今年珠海航展中展出的1:3鵲橋模型

這枚通訊中繼衛星已於6月14日順利抵達預定的地月拉格朗日L2暈軌道（halo軌道），就等著為嫦娥四號的兩位主角服務了。

但困難的另一面，也是機遇。由於沒有地球大氣層的干擾，月球背面著得天獨厚的天文觀測環境，本次嫦娥四號也會充分利用月球背面的觀測優勢。

可是月球背面那麼大，嫦娥四號要去哪裡？

這個被選中的地方叫做南極-艾肯盆地（簡稱SPA），是一個盤踞月球背面南半球的巨型隕石坑。

盤踞月球南半球的SPA盆地，紅圈是盆地的內外環大致邊界，外環標誌著SPA盆地的延伸範圍 | 根據LROC WAC影像和參考資料[2]繪製

對南極-艾肯盆地的認識變化，貫穿了人類短短几十年的月球探測史。

早在20世紀60年代初甚至更早，地基天文觀測者們就已經注意到月球背面南半球很可能有一個大型盆地[3]（我們通常把直徑300公里以上的撞擊坑叫做撞擊盆地），因為它的一小部分有時候會從正面觀測到一點痕迹。

但直到1968年蘇聯的Zond 6號探測器傳回了這一區域的照片，人們才最終確定了這一區域的存在[4, 5]。

再直到1994年的克萊門汀號探測器，人們才從地形數據中真正認識到了SPA盆地的輪廓，還告訴我們這裡略微有一點富鐵。

克萊門汀時代認為的SPA盆地範圍。越紅代表越高，越紫代表越低 | NASA

再然後，1998年月球勘探者號獲取的礦物成分分布數據又告訴我們這裡不僅富鐵，而且富釷，而且SPA盆地其實並不是一個正圓，而是一個2400×2050公里的橢圓。也就是說，當年那個小天體是以一個貼近地面的小角度傾斜撞擊過來的。

SPA盆地的內外環邊界，以SPA盆地的中心為圖像中心 | 參考資料[2]

不過，之所以叫南極-艾肯盆地，並不是表示這個盆地位於南極的意思，事實上，SPA盆地的內環中心大約在53.2°S，168.9°W，距離南極還是很有一段距離的。

南極-艾肯盆地是以盆地邊緣兩頭的兩個地方——月球南極+艾肯撞擊坑的名字聯合命名的。

這種命名方式似乎是20世紀70年代末期行星地質學家們命名盆地的一種「時尚」，事實上，那段時間出產的地質圖裡，除了南極-艾肯盆地之外，還誕生了孟德爾-里德伯盆地（翻譯一下就是「一個被孟德爾撞擊坑+里德伯撞擊坑圈定範圍的盆地」）、庫侖-薩爾頓盆地、穆圖什-佛拉哥盆地、弗羅因德利希-沙羅諾夫盆地等多個類似盆地的命名。

所以說，「南極-艾肯盆地」這個詞是不能拆開單用的，「南極的艾肯盆地」之類的表達也是不對滴。

南極-艾肯盆地對我們認識月球有不可替代的重要和特殊意義。這也是本次嫦娥四號選擇這個區域的原因。

首先是大。

SPA盆地是太陽系中目前已知的最大的撞擊盆地。它可以幫助我們了解太陽系中的超大型撞擊事件的過程是怎樣的，會帶來什麼。

其次是深。

SPA盆地深達13公里，是月球上最深的撞擊盆地。這意味著當年的撞擊事件很可能挖出了月殼深處甚至月幔的物質，這些挖掘出的物質，會是我們研究月球內部成分的鑰匙。

然後是古老。

據估計，SPA盆地形成於月球的前酒海紀（39.2億年前），是月球上最古老的大型撞擊盆地之一。想要建立月球45億年的漫長歷史，SPA盆地是一個至關重要的環節。

欲善其事，先利其器

——嫦娥四號帶了什麼儀器？

作為嫦娥四號的備份機，嫦娥四號不管是外形還是攜帶的科學儀器都很大程度上繼承了嫦娥三號，兩者都由一台陸器和一台巡視器（月球車）組成，乍一看簡直傻傻分不清楚。

圖 | CNSA

不過，如果知道它們實際帶了什麼科學儀器，就很好分辨啦！

嫦娥三號和嫦娥四號都各自攜帶了8個科學儀器，嫦娥四號根據實際探測目標和探測環境的變化對攜帶的科學儀器做出了新的調整[6]。

嫦娥四號在嫦娥三號的基礎上保留下來的儀器們主要用於拍攝著陸過程和著陸區附近的照片（著陸相機、地形地貌相機、全景相機）、探測月球車沿途的礦物成分（紅外成像光譜儀）和淺表層結構（測月雷達）。

而替換的新儀器們（低頻射電頻譜儀、月表中子及輻射劑量探測器、中性原子探測器）則側重於利用月球背面得天獨厚的天文環境進行探索性觀測。

尤其是低頻射電頻譜儀，它一方面將充分利用月球背面無干擾的低頻射電天文環境，填補0.1~40 MHz範圍內的射電觀測空白；另一方面還會與鵲橋中繼衛星上攜帶的我國與荷蘭合作研發的低頻射電探測儀（NCLE）協同觀測，互為驗證和補充。

這既是此次任務的新嘗試，也是中國與其他國家合作探測、共享數據的重要里程碑。

3根5米長的低頻射電頻譜儀天線，是嫦娥四號著陸器與嫦娥三號外形上最顯著的區別

而嫦娥四號月球車因為不再攜帶粒子激發X射線譜儀，所以也就不需要機器臂了

此外，本次嫦娥四號任務還將首次嘗試建立月面微型生態系統，它將攜帶馬鈴薯種子及家蠶卵，驗證動植物在月面太陽自然光照和低重力條件下的生長狀況。

總之，這些觀測將有助於人類加深對月球地質、月球的生存和探索環境、月球背面獨特的射電天文環境的認識。

去往從未踏足過的地方，需要一點勇氣；但更大的挑戰也意味著更大的壓力。尤其是一線航天工作人員，他/她們既為這些航天任務付出了最多的心血和汗水，也為這些航天任務承擔了更多來自方方面面的壓力。

期待嫦娥四號的月球背面之旅，也致敬航天人的付出。希望你們能暫時鬆一口氣，好好休息幾天吧。

嫦娥四號預計於1月初左右抵達月球。

雖然三姐鼓勵我們：別緊張，去月球探險就當是春遊。

可是…還是好緊張啊…那畢竟是從沒有人去過的地方啊！

繪製：寒花，設計：haibaraemily

作者：灰原哀博士

參考資料：

[1] http://www.maps-of-the-world.net/space-maps/maps-of-the-moon/

[2] Garrick-Bethell, I., & Zuber, M. T. (2009). Elliptical structure of the lunar South Pole-Aitken basin. Icarus, 204(2), 399-408.

[3] Hartmann, W. K., & Kuiper, G. P. (1962). Concentric structures surrounding lunar basins. Communications of the Lunar and Planetary Laboratory, 1, 51-66.

[4] Rodionov, B. N., Isavnina, I. V., Avdeev, Y.F., Blagov, V. D., Dorofeev, A. S., Dunaev, B. S., ... & Mikhailovskii, A.B. (1971). New data on the Moon"s figure and relief based on results from the reduction of Zond-6 photographs. Cosmic Research, 9, 410

[5] D.E. Stuart-Alexander, U.S. Geol. Surv. Map l-1047 (1978).

[6] 吳偉仁, 王瓊, 唐玉華, 於國斌, 劉繼忠, & 張瑋等. (2017). "嫦娥4號"月球背面軟著陸任務設計. 深空探測學報, 4(2), 111-117.

本文經授權轉發自

永結無情游相期邈雲漢

（ID：haibaraemily_planets）

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