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日志

 
 

为了看到神秘的月之暗面,我们往太空发射了面“镜子”  

2018-05-24 09:45:17|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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   521日凌晨528分,我国在西昌卫星发射中心,用长征四号丙运载火箭,成功将嫦娥四号任务鹊桥号中继星发射升空。在太空中的鹊桥,不是为七仙女和董永服务的,而是在等待嫦娥姐姐的到来——预计将在今年底,我国嫦娥四号探月器将在月球背面发射着陆器和巡视器,成为国际上首次在月球背面着陆的探测器。届时,已经提前半年就位的鹊桥号中继星,将为嫦娥四号搭建与地球联系的信号通路,成为一座连接40万公里空间距离的鹊桥。

  月球背面的样子相当神秘

  由于月球的自转和公转周期相同,在地球上的人类,永远只能看到月球的一面。北京大学地球与空间科学学院焦维新教授打了一个比方:当人站在十字路口的环岛中央时,一辆车绕着环岛开一圈,你永远只能看到驾驶员所在的那一面,看不到车的另外半边。这就是地球人看月亮的感觉,永远有一个月之暗面地球人好奇,那就借助工具看月球的另一面。美国、日本的很多卫星,包括中国的嫦娥一号探月器,都曾经在距离月球100公里左右的轨道上,拍到月球背面的照片。

  月球的背面,和正面完全不一样。正面的月球,基本是低洼、平坦地,平均高度差不多;但背面的月球上,布满了凌厉的高山,最高点高出月球平均高度10000米。而月球的最低点,也在月球背面,最低的陨石坑,比月球平均高度低了9000米。月球背面,最高点和最低点相差近20000米。这样的地貌差别,导致月球正面和背面的月壤成分完全不一样。中国月球探测工程首席科学家欧阳自远院士曾经告诉我,1978年,美国卡特总统访问中国时,送给中国一块来自月球的石头。这块石头,后来辗转到了欧阳院士手上,只有黄豆粒大小,大约1克重。

  欧阳院士研究的这块月壤,是月球正面月海里的玄武岩。它由月球背面的火山喷发物形成,年龄大约20~30亿年。那么,月球背面高山的岩石年龄就更大了,大约在40亿年前。未来,嫦娥四号探月器将着落的地点,就是月球背面的南极——艾特肯盆地(SPA)。SPA盆地是太阳系已知的最大最深最古老的撞击坑。所以,如果人类的探月车能够登陆月球背面,抓一把那里的月壤回地球,它们将揭示出更多月球形成初期的信息。

  鹊桥中继星稳稳地传播信号

  此时此刻,鹊桥号正在日夜兼程地赶路,它的目的地是地月拉格朗日L2这个点,位于月球的背后,到地球的距离超过40万公里,比月球还要再远上6~8万公里。这个点,是一个叫拉格朗日的科学家计算出来的。当卫星到达这个点的时候,它受到的来自地球和月球的引力,能够互相保持平衡。所以,蹲守在L2点的鹊桥号,能够一直保持住很稳定的位置,既能看到月球背面,也能看到地球,保证提供全时段中继服务。显而易见,鹊桥号关系到整个嫦娥四号任务的成败。

  到月球背面去,并不容易,其中一大难题就是没有信号。就好比你进入大山,如果山里没有设基站,手机就无法打电话一样。而我们的探月器要落到那个从来没有人去过的地方,通信信号会被整个月球阻隔。如何解决通信难题呢?最好的办法就是在地月拉格朗日L2点,布置一颗中继卫星,可以提供嫦娥四号软着陆及月面工作期间的测控支持。有了这个中转站,嫦娥到了月球背面之后,才不会跟地球失去联系。鹊桥号中继星也是人类第一个地月L2晕轨道的中继星,将首次实现月球背面和地面站之间的遥测通信。而嫦娥四号中继星上的光学观测相机系统是浙江大学设计研制的。

  这么靠谱的卫星长什么样子?中继卫星质量425千克,预期寿命5年以上。鹊桥号本体为长方体构型,顶部安装大口径的伞状抛物面天线,将承担对月双向中继的重任。像一把伞一样,发射时,它会收起;进入太空后,它将适时打开。发射后,中继星进入近地点高度约200公里、远地点高度约40万公里的地月转移轨道,通过近月捕获、轨道调整,最终进入L2点运行的任务轨道。这个过程大约在10天左右。而且,在等待嫦娥到来的大半年时间,鹊桥号也不是痴心干等的,它还有自己的独立使命。比如,鹊桥号将携带荷兰-中国低频探测器(NCLE),探测来自于早期宇宙的低频射电辐射。

  焦维新说,由于鹊桥号会飞到位于月球轨道以外,那里远离地球的电离层,并且能够阻挡来自地面的大量干扰信号,它将为低频射电观测提供一个绝佳的环境。NCLE将展开不同的天文观测试验,包括绘制全天射电图用于研究银河系,检测太阳风暴和来自行星的射电脉冲。焦维新说,月球背面,是探测来自宇宙的射电辐射的绝佳地。将来如果有可能,人们可以在月球背面用机器人建造射电望远镜,了解别的星系更遥远的天体。

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