茫茫夜色下,大漠的千裡平沙,像鋪上了一層潔白的雪。原來是白色的月光,從山間撒向人間,包裹著無數碎石。月亮不僅出現在古今中外的文學作品中,如今也頻頻見諸於新聞報導。曾幾何時,"月球"一詞取代了"月亮",在多個場合被反覆提及,讓人們對這顆地球唯一的衛星充滿好奇和敬意。
很多人從來沒有注意到,在過去的無數個夜晚,我們從來沒有看到過完整的月球背面圖案。也就是說,我們看到的月亮基本上是月球的正面。同時,到2019年,世界上沒有科學家會知道月球近距離看起來是什麼樣子。這是為什麼呢?
月球是地球的天然衛星,它的自轉周期與繞地球公轉的周期相同,約為一個月。也就是說,在完成繞地球公轉一周的同時,月球自身也完成了一次公轉。
為什麼我們說我們只看到了月球的正面?把地球想像成一個球,在原地旋轉。把月亮看成一個人,把人的前面看成月亮的前面。這個人花了一個月的時間,沿著"西北-東南-北"的方向繞了一圈。同時,在復飛的過程中,它始終面對著球,就像月亮始終面對著地球一樣。這種現象是由於月球在公轉的同時同步自轉造成的。
月球的公轉與自轉總是同步的嗎?為什麼是同步的?
事實上,在古代,月球和地球的自轉速度比現在快。但由於地球引力的作用,月球面向地球,引力大,背面引力小。所以月球不再是一個標準的圓形,而是略微"凸"向地球。由於當時月球自轉速度較快,凸起對著地球的位置隨時發生變化,導致月球內部巖石摩擦,質心不斷變化。
最終,由於內部摩擦,月球的自轉速度變慢,直到有一面永久地面向地球。此時,月球自轉的速度相對穩定。
在月球引力的作用下,地球也形成了一個"凸起",產生了我們所知的"潮起潮落"。月球的軌道方向與質量更大的地球相同,也被稱為潮汐鎖定。
人類對月球的真正探索要追溯到上世紀60年代至80年代前蘇聯與美國的太空競賽。
二戰結束後,大批納粹德國技術專家遭到前蘇聯、英國和美國的激烈爭奪。德國工程師韋恩赫·馮·布勞恩(Wernher von Braun)名列榜首。
在戰爭後期,布勞恩將他多年的研究成果,連同他的團隊和智囊團一起,落實到位。他明確了自己在美國軍方的地位,於是巧妙地向美國軍方傳話,最終將美國安全轉移。布勞恩到美國後,參與了阿波羅、水星等多項美國重大太空計劃。
1959年,前蘇聯向太空發射"月球3號"無人月球探測器,傳回29幅月球背面圖像,覆蓋月球面積約70%,為人類歷史上首個拍攝月球背面圖像的探測器。然後,前蘇聯將動物送入太空。
蘇聯的發展使美國感到震驚。艾森豪將第一個載人航天計劃稱為"水星計劃",希望能在前蘇聯之前獲得將人送入太空的資源。然而,1961年4月12日,前蘇聯太空人加加林實現了太空飛行。消息傳來,美國不得不加快步伐。
同年5月5日,首位進入太空的美國太空人阿蘭·斯洛普乘坐"自由7號"飛船,在亞軌道飛行了15分22秒。美國在1962年緊隨其後,太空人進行了四次軌道飛行。
55分23秒,水星計劃圓滿結束。
最令人難忘的將是阿波羅計劃,它誕生於水星計劃後期,開啟了一系列載人登月任務。從1961年開始,歷時11年,花費了美國當年科研總支出的20%。阿波羅8號和阿波羅10號都繞月飛行,獲得了月球背面的照片。1969年,阿波羅11號首次登月,在收集樣本之外拍攝了月球表面的照片,其中包括太空人的腳印。
這是美國太空人第一次登上月球,邁出第一步的太空人尼爾·阿姆斯特朗。他在登上月球後說的第一句話已經名垂青史:"這是我的一小步,卻是人類的一大步。"。
美國既然50年前就成功登月,為何遲遲不肯對月球背面進行探測?
3.為什麼登上月球背面這麼難?
與月球正面相比,月球背面布滿了環形山和隕石坑,坑很多,這在一定程度上為地球阻擋了衝擊。同時,月球背面的地下保存著比地球更原始的地質狀態,對探索地球和月球早期歷史奧秘具有重要意義。然而,對月球背面的探測要比月球正面困難得多。
美國擔心太空人抵達月球後方,與地球的通訊中斷,造成難以預料的後果。由於月球阻擋了無線電信號的傳輸,因此需要精確的計算來幫助與中繼衛星的通信,而宇宙中能夠放置中繼衛星的地方並不多。自20世紀60年代以來,NASA一直在提出和論證各種想法,但從未付諸實踐。
此外,還有很多問題需要解決,比如,如果太陽能帆板出現故障,如何保證著陸器能夠正常獲得能量;在月夜溫度很低的情況下,如何保證正常運行?月球背面如此崎嶇,如何確保探測器以正確姿態著陸等。
直到2019年1月31日,中國嫦娥四號探測器在月球背面最古老、最大的盆地成功著陸,向世界宣告人類首次近距離拍攝到月球背面影像。這是首次實現人類登上月球背面的壯舉,具有劃時代的意義。
2009年,美國的一個探測器在月球背面發現了氫的痕跡,這表明月球上可能有水。因此,美國宇航局計劃"轟炸"月球,與其相撞,並測試月球塵埃,看看那裡是否有水。
2009年6月19日,美國"月球隕坑觀測與遙感衛星"(LCROSS)和"月球偵察軌道器"一起從佛羅裡達州發射"阿特拉斯5號"火箭。第一個撞擊月球的是半人馬座火箭,它為後來的衛星撞擊開闢了道路。LCROSS衛星是在火箭第二次撞擊之後發射的。
據估計,它們能以每小時約9000公裡的速度撞擊一個新的隕石坑,比音速快7倍。其威力可見一斑!
第一次攻擊,來自火箭。永久黑暗的月球南極,以科學家精確計算的角度,被2.2噸重的"半人馬座火箭"擊中,揚起約1萬米高的塵埃,形成一個寬約20米、深約5米的隕石坑。同時,來自月球表面和下面的塵埃將解答月球背面是否有水的謎團。
第二次打擊來自一顆衛星。在第一次撞擊後的四分鐘內,衛星收集了羽煙的數據,並將其傳回控制中心。之後,衛星本身撞向月球。撞擊發生後僅一個小時,美國人就得到了結果:黑暗的隕石坑中有兩個蓄水層。不過,NASA沒有公布相關數據的細節。
人類從未停止過對宇宙的探索。史蒂芬·威廉·霍金在2017年11月預測,人類可能在2600年前滅絕。要擺脫滅絕,只能依靠一個適合生存的星球。
他還表示,人類要想長久生存下去,就需要探索從未到達過的地方。還有人設想,月球上的水資源可以作為燃料,幫助人們在月球上建立火箭發射基地,向宇宙更深處發射探測器。這些猜想和謎團都需要逐步驗證和破解。
浩瀚的宇宙中有無數的奧秘。也許普通人很少關注,但在太空中,科研人員糾結於技術難題,捍衛國家太空資源。航天技術與人民生活、國家安全息息相關。
我們一代又一代的孩子,應該在童年時代,多了解國家航天事業,種下探索宇宙的心。江山代有才人出,希望人類偉大的科學事業能夠發揚光大傳承,邁向更高的境界!