【菜科解读】
2019年1月3日10时26分,嫦娥四号勘探器自主着陆在月球反面南极-艾特肯盆地内的冯•卡门碰击坑内,完成了人类勘探器初次在月球反面软着陆。
嫦娥四号带着了很多先进的勘探仪器,这些仪器中除了咱们比较了解的各种相机,还包含几台能用于空间环境勘探的仪器。
今日,咱们就来给咱们说一说这些特别的仪器和它们要观测的物理现象。
月表中子与辐射剂量勘探仪
人类对太空的探究活动一直面对高能辐射的要挟,1958年,美国的第一颗人造卫星—Explorer I卫星研讨组的Ernie Ray就宣布了这样的感叹:“My God, space is radioactive!(天哪,太空居然是放射性的!)”。
通过几十年的勘探研讨,人们对地球邻近的高能辐射环境已经有了适当的了解,但月球外表的辐射环境与地球邻近的辐射环境有很大的不同,月球外表没有稠密的大气,磁场也十分弱小,因而太空中的世界射线会直接炮击月表的岩石和月壤,世界线粒子与月表物质发作核反应会释放出中子、γ射线等具有强穿透力的粒子,尤其是中子,其辐射质量因子高于质子、电子和光子,对航天员具有很大的危害性。
图1 月表辐射环境示意图(作者自绘)
嫦娥四号上带着的月表中子与辐射剂量勘探仪,由我国和德国联合研发,安装在着陆器上,不仅能勘探着陆区的中子和辐射剂量,还能勘探太阳迸发发生的质子、电子和α粒子。
该勘探仪有助于科学家们对月表辐射环境进行评价,为未来载人登月及月球基地的辐射防护供给根据,一起,该仪器可以直接勘探到来自太阳的能量粒子,用于研讨太阳风暴的原因、高能粒子传达规则等。
图2月表中子与辐射剂量勘探仪
低频射电频谱仪
所谓射电其实便是常见的无线电波,咱们在家里就可以用短波收音机收听到十分悠远的当地、乃至地球另一端宣布的无线电信号,是因为在地球大气上层(60公里以上)存在电离层,电离层中的大气处于部分电离和彻底电离状况,会反射或吸收频率较低的无线电,短波信号可以在电离层与大地之间来回反射,然后传达很远的间隔。
图3 电离层与无线电传达示意图
电离层尽管可以给地球带来通讯的便当,却也阻断了电离层外的低频无线电向地上的传达。
来自太阳及其它世界天体宣布的低频电磁波信号被地球电离层遮挡,无法抵达地球地上,要勘探它们只能在太空环境中进行,而月球反面因为阻挡了来自地球的各种天然及人工电磁辐射搅扰,这儿的电磁环境十分洁净,是十分抱负的低频射电观测方位。
嫦娥四号使命中的低频射电勘探仪有两台,一台由我国独立研发,安装在嫦娥四号着陆器上(图4),另一台由我国和荷兰联合研发,安装在中继星“鹊桥”号上(图5)。
两台设备互相配合,可以对太阳、地月空间及世界天体的各种射电现象进行观测和研讨,尤其是太阳迸发时,使用低频射电观测,可以观测而且追寻太阳迸发活动的整个进程,这对研讨日地空间的气候效应,构建模型预告太阳灾祸事情等有很大协助。
图4 嫦娥四号着陆器上的低频射电频谱仪
图5 中继星“鹊桥”上的低频射电勘探仪
月表中性原子勘探仪
太阳继续不断的向五湖四海“吹”出超声速带电粒子流,被称为太阳风。
因为月球没有磁场、大气层的维护,太阳风可以直接“吹”到月球外表上,太阳风中的质子和离子效果到月壤外表会反射和溅射出能量中性原子(Energetic neutral atom,简称ENA)和其他粒子。
一起,光照会导致月表充正电荷,等离子领会导致月表充负电,在月面阴阳交界处静电力会抛起月尘,所有这些抛出、溅射和反射出的物质组成了月球的逃逸层(图6)。
科学家需求搞清楚月球逃逸层构成进程中各种机制的效果巨细,这关于研讨太阳系中许多与月球相似的星体(如水星、小行星等)具有重要意义。
图6 月球逃逸层示意图(作者自绘)
嫦娥四号带着的月表中性原子勘探仪,由我国和瑞典联合研发,安装在月球车“玉兔”二号上,用来丈量太阳风和月表相互效果之后发生的中性原子。
曩昔人类对月球中性原子的勘探都是在环月轨迹或地上上展开的,嫦娥四号将在月表巡视区直接丈量中性原子,可以说是人类探月史上初次在月表展开中性原子勘探。
图7 月表中性原子勘探仪
预告中心为嫦娥四号使命保驾护航
对空间环境进行勘探研讨是嫦娥四号使命重要的科学方针之一。
但嫦娥四号带着的这些先进的勘探仪器及嫦娥四号自身都面对恶劣空间环境的要挟,而针对太阳迸发等活动的勘探也需求空间环境预告的支撑,中科院空间环境预告中心将继续为嫦娥四号使命供给及时精确的空间环境预告信息,为嫦娥四号使命保驾护航。
它到底藏着什么?是陨石坑的“车祸现场”?还是嫦娥的“老家”?今天咱们就扒一扒月球背面的“前世今生”,看看它凭什么让人类“纠结”了上千年!“古代人的脑洞:月亮背面有‘月亮人’?”古人没望远镜,只能靠“肉眼YY”月球背面。
中国古人说月亮上有“广寒宫”,嫦娥住那儿,还有砍树的吴刚和捣药的玉兔——这配置,简直比现代别墅还齐全!可问题是,月亮只有一面朝向地球,古人咋知道背面有啥?答案很简单:他们根本不知道背面有啥,全靠“脑补”!《淮南子》里写“月中有桂树”,《酉阳杂俎》里说“月中有仙山”,甚至还有人画了“月球背面地图”——虽然画得像抽象画,但气势绝对拉满。
西方古人也没闲着。
古希腊哲学家阿那克萨哥拉说:“月亮是块大石头,背面可能有山有河!”亚里士多德更狠,直接断言:“月亮背面和正面一样,肯定住着‘月亮人’!”——好家伙,这波“跨星球碰瓷”,比现代科幻片还早两千年!“冷战的“太空竞赛”:美苏为啥抢着“偷拍”月球背面?”古代人只能“脑补”,现代人可不一样——他们直接“偷拍”!20世纪50年代,美苏冷战正酣,两国把“上天”当成了“比谁更牛”的赛场。
苏联先下手为强,1959年发射了“月球3号”探测器,绕到月球背面,咔咔拍了几十张照片——这是人类第一次看到月球背面的“真容”!照片传回地球,科学家们惊了:背面和正面完全不一样!正面地势平坦,坑少;
背面全是陨石坑,像被“天外飞石”狂轰滥炸过一样!苏联科学家兴奋得直拍桌子:“这发现,够写十篇论文!”美国也不甘示弱,1968年“阿波罗8号”载人飞船绕月飞行,宇航员成了第一批“亲眼看到”月球背面的人类。
他们描述:“背面像一张被揉皱的纸,全是坑!”甚至有人开玩笑:“这地方,连外星人都不愿意住!”——虽然是个玩笑,但“月球背面有外星人”的谣言,从此传得更邪乎了。
“中国的“嫦娥”来了:背面到底藏着啥?”美苏拍完照片就走,中国却玩真的——2019年,“嫦娥四号”探测器直接在月球背面“软着陆”,成了人类第一个“登陆背面”的使者!这操作有多难?简单说:月球背面和地球之间有块“大石头”(月球本身),会挡住信号,导致探测器“失联”。
为了解决这个问题,中国提前发了颗“鹊桥”中继卫星,专门给“嫦娥四号”当“传声筒”——这波操作,比“异地恋发微信”还高科技!“嫦娥四号”落地后,干了件大事:用雷达“透视”月球背面!结果发现:背面地下藏着“三层大蛋糕”——最上层是月壤,中间是碎石,最底下是岩浆凝固的“月幔”!这发现,直接改了教科书——原来月球背面不是“死火山”,而是“活过”的!更惊喜的是,“嫦娥四号”还在背面种了棉花!虽然因为温度太低,棉花没活多久,但这是人类第一次在月球上种植物——以后移民月球,说不定能靠“月球农场”养活自己呢!“谣言粉碎机:背面真有外星人?”月球背面火了,谣言也跟着来了。
有人说:“背面有金字塔,是外星人建的!”有人说:“背面有UFO基地,NASA在掩盖真相!”甚至还有人P了张“月球背面外星人”的照片——结果被网友扒出是PS的,原图是块石头!科学家们哭笑不得:“背面确实神秘,但神秘不等于有外星人!”他们解释:背面陨石坑多,是因为它没有地球的“大气层保护”,陨石直接砸上去,能不坑坑洼洼吗?至于“金字塔”“UFO”,纯属“看啥都像外星人”的“脸盲症”——就像晚上看月亮,总觉得里面有兔子,其实啥也没有!不过,背面确实有个“神秘现象”:它永远“背对”地球,导致人类对它的了解比正面少得多。
直到今天,背面仍有大片区域没被探索过——说不定未来某天,真能发现点“惊天大秘密”呢?尾声:月球背面,你到底还有多少“瓜”?从古代人的“脑补”,到现代的“实锤”,月球背面一直是人类“好奇心”的“重灾区”。
它没有外星人,没有金字塔,但有陨石坑的“车祸现场”,有“三层大蛋糕”的地下结构,还有人类第一次种棉花的“太空农场”。
与此同时,美国“阿尔忒弥斯计划”因技术问题第三次推迟载人登月,俄罗斯“月球25号”的残骸仍静默于月表,而印度“月船4号”正紧锣密鼓筹备采样返回。
这场没有硝烟的竞赛,早已超越单纯的科学探索,成为国家战略、资源争夺与人类文明延伸的复合战场。
一、资源争夺战:水冰与氦-3的“月球宝藏”月球南极的艾特肯盆地,常年笼罩于-200℃的极寒阴影中,却可能蕴藏着人类未来深空探索的“生命线”——水冰。
根据中国科学院2024年公布的嫦娥六号月壤研究,每吨月壤中约含120克水分子,而南极永久阴影区的浓度可能更高。
美国行星科学研究所测算,若在月球建立电解站,1吨水冰可分解出133公斤氧气和16公斤氢气,足够支持4名宇航员一年的生命维持系统。
更诱人的是氦-3资源。
这种聚变反应的理想燃料,地球储量仅0.5吨,而月球氦-3储量据估算超过100万吨。
中国核工业集团2025年模拟实验显示,100公斤氦-3聚变可产生1亿千瓦时电能,相当于30万吨标准煤。
若实现商业化开采,月球将成为解决地球能源危机的“太空油田”。
案例1:中美南极“水战”2026年,中国嫦娥七号与美国“VIPER”月球车将同时抵达月球南极。
中国探测器搭载的“中子能谱仪”可穿透1米月壤探测水分子,而美国月球车配备的钻探装置计划取样2米深岩芯。
这场“隔空对决”背后,是两国对月球水冰分布数据的争夺——谁先掌握资源地图,谁就能主导未来月球基地的选址权。
二、技术博弈场:从“轨道对接”到“3D打印”的突破登月竞赛的本质是技术代差的碾压。
中国嫦娥六号任务中,轨道器与上升器在38万公里外完成世界首次月球轨道无人交会对接,精度误差仅2厘米。
这项技术直接服务于载人登月:未来中国航天员将从月面上升器进入轨道舱,再搭乘新一代载人飞船返回地球。
美国则押注于商业航天的“低成本革命”。
SpaceX“星舰”计划将单次登月成本从阿波罗时代的300亿美元压缩至10亿美元。
2025年8月,直觉机器公司“奥德修斯”着陆器成为首个商业软着陆月球的探测器,虽因姿态失控侧翻,但仍传回关键数据。
NASA局长比尔·纳尔逊直言:“没有商业航天,阿尔忒弥斯计划将破产。
”案例2:俄罗斯的“技术断代”困境2023年8月,俄罗斯“月球25号”探测器因星载计算机故障坠毁,暴露出其航天工业的断层危机。
自苏联解体后,俄罗斯47年未执行登月任务,关键部件如激光导航仪、变推力发动机均依赖进口。
与之形成鲜明对比的是,中国嫦娥工程通过“绕、落、回”三步走,用16年时间完成技术积累,2025年载人登月关键设备已全部进入地面测试阶段。
三、地缘政治棋局:月球“圈地运动”与规则制定月球竞赛早已超越技术层面,成为大国博弈的新战场。
2024年,美国联合52国签署《阿尔忒弥斯协定》,试图通过“安全区”条款划分月球势力范围。
该协定规定,缔约国可在月球基地周围设立50公里“禁入区”,但遭中国、俄罗斯拒绝加入。
中国则推动“人类命运共同体”模式。
2025年,国际月球科研站(ILRS)已吸引13国签署合作备忘录,俄罗斯、巴基斯坦、南非等国将参与建设。
该科研站计划2030年实现载人驻留,2035年建成可支持6名宇航员长期工作的基地。
中国探月工程总设计师吴伟仁强调:“月球不属于任何国家,但需要制定所有国家都能接受的规则。
”案例3:印度的“低成本突围”2025年11月,印度“月船4号”计划发射,目标采集3-5千克月岩返回地球。
该项目成本仅1.2亿美元,不足中国嫦娥五号的1/5。
印度空间研究组织(ISRO)采用“模块化设计”:探测器重3.8吨,携带4台国际载荷,其中泰国研制的“月球粒子监测仪”将研究宇宙射线与月表相互作用。
这种“小而美”的策略,让印度成为除中美外唯一具备月球采样返回能力的国家。
四、未来图景:月球村的“人类共同体”2025年的月球竞赛,实质是21世纪文明形态的预演。
当中国嫦娥八号计划测试月面3D打印建房技术时,欧洲航天局正研发“月壤熔铸”工艺,试图用激光烧结月尘制造建筑材料。
美国则提出“月球加油站”概念,计划在轨道建立氦-3提炼厂,为火星任务提供燃料。
这场竞赛没有终点。
正如中国神舟二十号航天员王杰在出征前所言:“我们飞向太空,不是为了征服,而是为了证明人类可以超越国界,共同守护这个脆弱的蓝色星球。
”当38万公里外的月球逐渐被点亮,人类或许正在书写一部新的文明史诗——这一次,主角不再是某个国家,而是整个地球。
所有的星球悬浮在空中