苍茫夜色下,万里平沙的大漠,似一层皑皑白雪。原来是素白的月光,由山岭上皎洁明月撒向人间,被无数沙砾裹挟。月亮,不仅出现于古今中外的文学作品,在当今也频繁在新闻中报道。曾几何时,“月球”一词取代“月亮”,在诸多场合屡屡提及,令人对地球唯一的卫星好奇又肃然起敬。
很多人从未注意,在过去无数皓月当空的夜晚,我们从没见过完整的月背图案。也就是说,我们见到的月亮,基本只是月球的正面。同时,在2019年以前,全世界的科学家没有谁清楚月背近距离的模样。这是为什么呢?
一、 只见过正面的月亮
月球是地球的天然卫星,其自转周期与绕地球公转周期相同,约一个月。也就是说,在绕地球转完一周的同时,月球自己也正好转一圈。
为什么说我们只见过月亮的正面呢?将地球想象成一只皮球,在原地转动。将月亮看成一个人,人的正面看成月球正面。此人花一个月时间沿“北-西-南-东-北”方向绕皮球一圈。同时,在绕走过程中始终面朝皮球,类似月球始终将正面朝向地球。这种现象,就是月球在公转的同时同步自转造成的。
月球的公转与自转一直同步吗?又是为何同步呢?
事实上,在远古时代,月球和地球的自转都比现在快。但月球由于地球引力,面向地球的地方受引力大,背部受引力小。于是月球不再是标准的圆,而向地球微微“隆起”。由于当时月球自转更快,正对地球凸起的位置随时变换,导致月球内部岩石摩擦,质心不断改变。
最终,在内部摩擦的作用下,月球自转减速,直到一面永远正对地球。这时,月球自转的速度相对稳定。
受月球的引力,地球也同样形成“隆起”,产生我们熟知的“潮涨潮落”。月球以同一面朝着质量更大的地球公转,也被称为潮汐锁定。
二、50年前登上月球
人类对月球真正的探索,还要追溯到上世纪60至80年代,前苏联和美国的太空竞赛。
二战结束后,大批纳粹德国的技术专家被前苏联、英美的国家部门激烈争夺。德国工程师沃纳·冯·布劳恩,位居各国榜首。
在战争后期,布劳恩将多年的研究心血,连同团队和智囊团的退路安排妥当。他明确自己在美国军方的地位,因此向美军巧妙传话,最终安全转移美国。布劳恩到美国后,大展宏图,参与了阿波罗计划、水星计划等多项美国重大航天计划。
1959年,前苏联向太空发射的“月球3号”无人探月器,传回29祯月背图像,覆盖月球约70%面积,为人类历史上第一个拍到月背图像的探测器。紧接着,前苏联又将动物送上了太空。
前苏联的发展之快让美国惊慌。艾森豪威尔将第一个载人航天计划称为“水星计划”,希望理由已有资源,抢在前苏联之前送人上天。然而1961年4月12日,前苏联宇航员加加林实现太空飞行。消息传来,美国不得不加快脚步。
同年5月5日,第一位美国人进入太空——宇航员艾伦·斜坡搭载“自由7号”飞船,在亚轨道飞行15分22秒。之后,美国在1962年实现宇航员轨道飞行4小诗55分23秒,水星计划圆满落幕。
最为后人铭记的,是在“水星计划”后期诞生,开启一系列载人登月任务的“阿波罗计划”。自1961起,历时11年,耗费当年美国总科研经费的20%。其中阿波罗8号、阿波罗10号均绕月飞行,获得月背图片。1969年,阿波罗11号首次登录月面,在采集样品外拍摄了月面照片,包括宇航员的脚印。
这是美国宇航员第一次登上月球,尼尔·阿姆斯特朗即跨出第一步的宇航员。他在月面着陆后的第一句话,成为永垂青史的名言:“这是我的一小步,人类的一大步”。
既然在50年前,美国就成功登陆月球,为何迟迟不登月背探索一番呢?
三、为何登上月背如此艰难
相比月球正面,月背布满陨石坑和环形山,坑洼很多,这一定程度上也为地球阻挡了撞击。同时,月背的地表下相比地球保存着更为原始的地质状态,对地月早期历史谜团的探究意义重大。但是,对月背的探索比月球正面艰难得多。
美国担心到达月背后,宇航员与地球的通讯中断,造成难以预料的后果。由于月球挡住了无线电信号传递,需要通过精密计算,用中继卫星帮助通讯,而宇宙中能安放中继卫星的位置并不多。从上世纪60年代起,NASA就一直在提设想、论证,但从未赴以实践。
另外,还有很多需要解决的问题,例如,若太阳能板失效,如何保证登陆器正常获得能量;月夜温度极低时,如何保证正常运作;月背如此崎岖不平,如何保证探测器以正确姿态着陆等等。
直到2019年1月31日,我国嫦娥四号探测器成功在月背最古老、最大的盆地着陆,向全世界公布人类第一张近距离拍摄的月背图像。这才实现了人类首次登录月背的壮举,具有划时代的意义。
四、美国曾“轰炸”月背探水
2009年,美国探测器在月背发现氢的痕迹,说明月球可能存在水。于是美国宇航局计划’轰炸”月球,通过撞击,检测月球尘土,来证实水是否存在。
2009年6月19日,美国“月球陨坑观测和遥感卫星”(LCROSS)与“月球勘测轨道器”一同搭载“阿特拉斯5号”火箭从佛罗里达州发射升空。由“半人马座火箭”率先撞击月球,为后来的卫星撞击开路。LCROSS卫星紧接着火箭第二次撞击。
据估计,二者时速约9000公里,超出音速7倍,能撞出一个新环形山。其威力可见一斑!
第一击,来自火箭。永久阴暗的月球南极,在科学家精确计算的角度,遭到2.2吨重的“半人马座火箭”猛烈一击,扬起约1万米高的尘土,撞出了约20米宽、5米深的大坑。与此同时,来自月表和表面一下的尘土,将回答月球背面是否有水的谜题。
第二击,来自人造卫星。在第一击后4分钟时间里,卫星采集羽状碎片数据传回控制中心。之后,卫星自己也撞向月球。撞击一仅小时后,美国方面就得出了结果:暗陨坑中有两个含水层。不过,NASA对相关数据的细节并未公布。
人类从未停止过对宇宙的探索。斯蒂芬·威廉·霍金曾在2017年11月预言称,人类可能在2600年前灭绝。要摆脱灭绝,只能寄托于适合生存的星球。
他还表示,若想人类长久生存,就要探索从未到达的地方。也有人设想,月球上的水资源可以化为燃料,帮助人们在月球建立火箭发射基地,向宇宙更深处发射探测器。这些猜想、谜团都需要一步步验证、解开。
茫茫宇宙,奥秘无数。也许平常百姓鲜有关注,但在航天研究人员与技术难题斗争,捍卫国家太空资源。航天技术与百姓生活密切相关,与国家安全紧密相连。
而我们一代代孩子,应多了解国家航天事业,在孩童时期种下探索宇宙的心。江山代有人才出,希望人类伟大的科学事业能发扬传承,向着更高层次迈进!