揭开月球背面的面纱——寻找不能说的秘密

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  翻译:王延昕

  校译:郭琳琳

  编排:邱晓磊

  原文链接:https://www.space.com/42677-secrets-far-side-moon.html

  

  

  2018 年12 月8 日凌晨,嫦娥四号在西昌卫星发射中心成功发射升空,随着嫦娥四号的成功发射,人类月球探测器将首次造访月球背面,近距离观察从地球视角永远看不到的那部分月球。

  图片来源:NASA

  感谢太阳照亮了月球的不同角度,让月球可以在绕地轨道上向我们展示它变幻的笑脸,月复一月。然而,由于轨道动力学的作用,我们从地球上永远只能看到月球的一半。而她的另一半,即月球背面,则一直对我们隐藏着。

  或许这么说并不完全准确。其实月球在围绕地球的椭圆形轨道上发生位置变化时,会引起轻微的“摇摆”,即“天平动”(Libration)。这使得我们能够瞥见月背的一小部分——实际上我们可以在一年中不同的时间看到约59%的月球表面。然而,直到人类首次飞往月球的太空任务执行前,月球背面仍是一个谜。

  

  

  NASA的月球勘测轨道飞行器看到的月球背面。

  图片来源:NASA/Goddard/亚利桑那州立大学

  人们经常错误地认为月球背面是漆黑一片的。其实相反,它就像面对地球的这半面一样,经历着昼夜循环。当我们看到月亮被太阳照亮呈半月形或月牙形时,背面另一半的月亮同样也被照亮着。当新月来临时,月亮背面其实是处于完全白昼的。而当满月时,则是背面的漆黑之夜。

  我们只能看到月亮这一面的原因,是一种被称为“潮汐锁定”的现象。月球大约每27天在其自转轴上完成一次旋转,这与绕地球运行一周所需的时间恰巧相同,因此我们或多或少总是看到几乎相同的月面。

  “在月球表面的每个地方都有两周的白昼和两周的夜晚,”在阿波罗16号任务中担任登月舱飞行员的Charlie Duke说到,“下面这张照片是拍摄于月球白昼的清晨时分,在阿波罗16号的登陆地点,这地方被命名为笛卡尔。我们执行的是登陆月球的第五个任务,可以说这里确实是一个戏剧性的地方。”

  

  

  阿波罗16号任务期间,Charlie Duke成为最年轻的登月者。

  图片来源:NASA

  我们第一次看到那神秘月背还是在太空竞赛的早期,这还得感谢60年前前苏联的月球3号探测器。1959年,第一颗人造卫星被发射进入轨道不到两年,俄罗斯工程师就将探测器送入了月球轨道,尽管按照今天的标准,它有些粗糙而原始,但正是它带我们第一次看到了神秘遥远的另一侧。

  月球3号拍摄了29张月球背面的胶片照片,这些照片在探测器上直接显影、定影并晾干。请注意,这可是在百万像素数码相机发明前的很多很多年。有点讽刺意味的是,拍摄所使用的胶片是前苏联从美国间谍气球上窃取走的,这种胶卷耐用且经过了抗辐射处理。

  该探测器使用两个摄像系统,一个视野较宽而另一个视野较窄但分辨率更高。航天器上还有一个很粗糙的机载扫描仪,可以扫描显影处理后的胶卷并将图像发送回地面接收站。29张照片中只有17张被成功地传回了地球,其中6张被认为可以达到出版要求,而这些照片终于揭开了月球背面的真相。

  这六幅图像覆盖了70%的月球背面,为月球表面的观测增添了一个全新的视角。从这些照片中我们可以立刻注意到,在月球背面几乎完全没有月球正面上类似人脸的暗斑。这些暗斑是数十亿年前由月球上的火山活动产生的称为“月海”的玄武岩平原。另一方面,背面散落着很多陨石坑,甚至比正面更多,而且其中一些陨石坑的面积与地球上一些小的国家相当。随后,苏联人开始为许多首次看到的地貌特征命名,而这一行为引发了冷战时期的高度争议。

  我们可以看到其中一个巨大的新陨石坑,这实际上是背面的少数月海之一。自1906年朱利叶斯·弗兰兹(Julius Franz)“发现”以来,人们已经知道背面的这个东方海(Mare Orientale)在天平动的某些时刻被人类观察到。

  月球3号的图片显示了东方海的撞击坑有多么巨大,直径可达560英里(900公里),据说这是在40亿年前由一颗直径约40英里(64公里)的小行星撞击形成。由此产生的巨型火山口被称为“冲击盆地”,内部充满了火山熔岩。

  

  

  月球背面的第一张图片,由前苏联的月球3号探测器发回。

  图片来源:NASA

  1965年,前苏联的另一个探测器Zond 3飞越月球。它拥有比月球3号更先进的相机系统,能够进行更为详细的科学观测,包括光谱观测。Zond 3生成了23张富含丰富细节的月球背面照片,成功构建了第一张完整的月球背面地图。

  与此同时,NASA正在以惊人的速度推进其阿波罗计划。继肯尼迪总统宣布美国将在20世纪60年代末将人类送上月球并安全返回地球之后,1968年12月,美国宇航局准备送三人——Frank Borman, Jim Lovell和Bill Anders ——绕月球后返回地面,即阿波罗8号任务。他们成为了史上第一批不仅离开低地球轨道,而且还看到了难以捉摸的月球背面的人类。

  这是Lovell描述月球表面的著名片段:“月亮基本上是灰色的,没有颜色,看起来像石膏或者是浅灰色的沙滩。我们可以看到相当多的细节,它们之间没有那么强的对比。火山坑有很多,其中一些似乎更新。特别是圆形的陨石坑——看起来像被陨石或某种类型的抛射物击中。”

  

  

  Apollo Capsule项目经理George Low(左)与土星V月球火箭的设计者Wernher Von Braun一起。

  图片来源:NASA

  当阿波罗8号宇宙飞船绕着月球的背面飞行时,向地球发出的信号被切断了大约10分钟,这段时间对飞行机组和任务控制中心来说是极其艰难的。孤零零的阿波罗8号真正地与世隔绝了,冒险前往着无人抵达过的地方。当宇航员们从月球背面转回来时,休斯敦任务控制中心飞行组松了一口气。

  Charlie Duke描述了飞越月球背面的感受:“计算机告诉我们与地球已失去联系,无法收发任何信号。突然之间日出了!这是我们见过最戏剧性的日出。在地球轨道上,你看到太阳在地平线或大气层上发出的光芒,它逐渐变得越来越明亮。而在月球附近看到的则不同,一瞬间阳光在月球表面上划出一道道长长的阴影。月球背面近在咫尺,但我绝不想要在那儿降落。“

  在阿波罗8号任务成功完成之后,阿波罗9号升空至低地球轨道进行登月舱的测试。之后再次拜访月球背面的是1969年5月登上阿波罗10号的Gene Cernan,John Young和Tom Stafford。几个月后,阿波罗11号完成历史性登月。

  然而,当飞越月球的另一边时,三位宇航员遇到了一些奇怪的事情。而在过去几年里,由于美国电视上播出的阴谋论纪录片,NASA不得不再次重新解释。实际上在20世纪70年代以来奇怪事件的原因就已众所周知。

  阿波罗10号上的“奇怪的事件”指的是一些非常奇怪的声音。阿波罗探测器上的无线电系统按现在的标准来看是挺土的,但在当时是最先进的。根据大多数宇航员的说法,指令舱和登月舱都是相对嘈杂的环境,充满了颠簸的风扇与发动机的噪音。阿波罗10号机组人员通过无线电系统听到的声音使他们感到困惑,他们形容这声音几乎就像由名为Theremin的电子乐器发出的,常用于20世纪50年代和60年代令人毛骨悚然的科幻小说B级电影,或是Beach Boys的歌曲“Good Vibrations”中的配乐。研究证明,这些声音只不过是20世纪60年代无线电通信系统的干扰效应。

  

  

  阿波罗10号船员 Gene Cernan,John Young 和 Thomas Stafford。

  图片来源:NASA

  随着着陆月球的开始,两名宇航员将前往月面,剩下一人仍留在指令舱上单独围绕月球飞行。Michael Collins(阿波罗11号)、Dick Gordon(阿波罗12号)、Stuart Roosa(阿波罗14号)、Al Worden(阿波罗15号)、Ken Mattingly(阿波罗16号)和Ron Evans(阿波罗17号),他们是阿波罗登月任务的无名英雄,独自进行绕月飞行是宇航员有史以来最勇敢的壮举。他们花费数天时间从轨道上进行非常详细的月球观测,绘制出了以前从未见过的地图。

  Al Worden经常被引述说,他的独处时光是他在阿波罗15号任务期间所度过的最好时光。“你可以想象,摆脱那些家伙真是太好了。要知道被困在家庭轿车大小的舱室里超过一个星期,真的非常拥挤。Dave Scott和Jim Irwin一离开,我觉得自己总算有些空间可以开始做绘制月球表面的重要工作。但在月球背面时,太阳和地球都被阻挡了,就像你无法想象的那样。你看到的星星数量绝对难以置信:它们就像一张白纸,而你知道其中任何一颗都是一个独立的“太阳”!”

  阿波罗宇航员和飞行小组经常被问到的问题是:为什么所有的登月任务都在月球正面?

  “我们希望与地球保持通讯,所以我们无法降落在月球背面,”Charlie Duke说。在当时,如果宇航员在月球背面出现问题,他们将无法直接与地球进行通信。但在今天,这已不是一个问题,因为我们已经可以将卫星送入月球轨道来传递通信。

  

  

  阿波罗15号任务中最著名的“起源石”,是阿波罗任务期间收集的数百块岩石中的一块,至今仍在研究中。

  图片来源:NASA

  月球背面让科学家越来越感兴趣,并且可能计划未来的载人任务。事实上,月球背面的研究潜力是巨大的。几十年来,天文学界和科学界一直希望将射电望远镜和光学望远镜放在此处。背面的天文台不仅可以屏蔽来自地球的无线电干扰,还可以屏蔽地球上的日光眩光。望远镜可以建在陨石坑内以避免太阳辐射,并将为我们提供深入到宇宙深处的前所未有的清晰洞察力。

  目前,我们仍无法真正了解到是什么样的过程导致了月球背面与正面外观上的巨大差异。月球在形成时,它比现在更加接近地球,且可能那时自转周期也尚未固定,这意味着月球背面和正面的地貌应该不会有太大差别。而现今让我们费解的正是月球背面有大量冲击陨石坑,却少了很多火山形成的月海。

  如今,NASA的月球勘测轨道飞行器已经精确地绘制了月球两侧的地图。而中国也刚刚发射了嫦娥四号,1月初将会实现首次月球背面的登陆任务。如果成功,这将是世界首次实现月球背面软着陆和巡视勘察,同时也是首次在月球的高纬度极地着陆。对月球背面的研究,将有助于人类更深入地了解月球的过去,月球与地球的关系,以及我们自己的过去。

  责任编辑:王延昕

  牧夫新媒体编辑部

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  猎户座和正在结冰的利耶卢佩河

  图片来源:Juris Sennikovs

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