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Jan. 18 2019

中國的「嫦娥四號」登陸月球背面,有什麼重要意義?

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  • 中國的「嫦娥四號」登陸月球背面,有什麼重要意義?

這艘結合了登陸器和月面車的太空船,成功著陸在未曾有人類或探測器造訪的月球背面。讓我們一起來了解它的狀況,以及它即將在月球表面進行的任務

中國國家航天局公佈的藝術家想像圖,描繪出嫦娥四號月球探測器的登陸景象,這是第一艘在月球背面降落的太空船。ILLUSTRATION BY EPA/CHINA NATIONAL SPACE ADMINISTRATION / HANDOUT

臺灣時間1月3日上午,中國的嫦娥四號成功在月球背面著陸。在這之前,從來沒有任何人類或是探測器曾經在這裡降落。嫦娥四號是在2018年12月7日發射升空,並於12月12日進入月球軌道。現在,探測器已經成功在月球表面降落。

在此次歷史性的著陸之前,有關嫦娥四號降落的細節寥寥可數。中國國家航天局向來保密到家,最近一次公佈資訊是在去年12月30日,當時官方宣布太空船已經進入登陸前的預定軌道。在登陸前,全世界有許多科學家和天文同好都聚集在網路論壇及推特上,熱烈討論著他們從消息靈通的新聞記者、微博帳號及追蹤嫦娥四號軌道的業餘天文學家那兒得知的最新消息。

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當嫦娥四號成功登陸的確認消息傳來,大夥放下不確定的心情,轉為一片歡欣鼓舞。

「這真是歷史性的一刻,我非常、非常地興奮!」中國地質大學的行星地質學家肖龍教授得知成功登陸的消息後,在給《國家地理》的電子郵件中這麼寫道:「在成功登陸後,登陸器和月面車很快就會傳回影像,我很期待能看到月球背面的真正面貌!」

「對於嫦娥四號的成功登陸,我個人感到十分興奮並引以為傲,因為這不僅是個讓人欽佩的壯舉,同時還擁有很多的科學研究潛力。」山東大學威海校區的月球地質學者喬樂如此表示。想知道更多有關這項探測任務的細節、科學研究目標和對全世界的重要性嗎?快跟著我們一同探索吧!

嫦娥四號在臺灣時間1月3日上午10點26分成功在月球背面著陸,成為第一艘登陸月球背面的太空船。在將近十小時後,嫦娥四號送出了玉兔二號月面車往馮.卡門撞擊坑前進,這個撞擊坑位於月球背面廣大的南極-艾特肯盆地之中。PHOTOGRAPH BY CHINA NATIONAL SPACE ADMINISTRATION

嫦娥四號是個什麼樣的任務?它的登陸有甚麼重要意義?

嫦娥四號探測器是中國國家航天局發射前往月球的最新探測任務。中國剛開始的兩次探月任務都是繞月軌道衛星,而第三次任務發射的則是在2013年成功著陸月球正面的登陸器和月面車。嫦娥四號任務包括了登陸器、月面車和中繼衛星,目標是緩緩地降落在月球背面。

「這是第一次有這樣的探月任務。」聖母大學(University of Notre Dame)的行星科學家、同時也是月球地質專家的克萊夫.尼爾(Clive Neal)如此表示:「嫦娥四號代表著史上首次有國家在月球背面嘗試讓登陸器進行軟著陸,並部署月面車進行探索。」「探測器將從未曾有人造訪的背面傳回數據,提供我們解開月球之謎的珍貴資料,」肖龍教授寫道:「我誠心祈求一切順利!」

等等,月球的背面是什麼?

月球已經繞著地球公轉超過45億年。在這段時間內,地球的重力拖引迫使月球的自轉速度與公轉同步。因此,月球自轉一周與繞地球公轉一周的時間都是28天左右。這表示,月球總是以同一面面對地球,而我們從地球無法看到的那一面,就是月球背面。

↑↑↑↑↑101科學教室:月球

或許,你還聽說過有人把月球背面說成「暗面」,其實這個用詞有點不妥。當月球繞著地球公轉時,有一半總是在太陽光的照射之下。在新月時,月亮的正面沉入一片黑暗中,但背面其實是完全被太陽照亮的。事實上,月球背面的顏色甚至還比正面要淺一些,因為沒有正面那些暗沉的盆地。而月球正面的這些深色盆地,常被我們想像成人臉、玉兔或是蟾蜍的形象。

為什麼之前不曾在月球背面登陸呢?

如果在月球背面登陸,會因為月球本身遮擋住無線電訊號的緣故,而很難維持與地球的通訊。當年,阿波羅號(Apollo)的太空人繞月飛行到月球背面時,也是完全無法與地球聯絡的。

這張影像是由美國航太總署月球勘測軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter)所拍攝。畫面中央的南極-艾特肯盆地是月球上最大的撞擊盆地,也是太陽系裡最大的撞擊盆地之一,從盆地最深處到周圍頂部最高處的落差有將近16公里。IMAGE BY NASA/GODDARD

嫦娥四號探測任務利用中繼衛星,解決了這個難題。2018年5月,中國國家航天局發射了「鵲橋」衛星到環繞地月拉格朗日L2的軌道,這是個比月球還更遠的重力平衡點,來自地球和月球的重力會與此處物體的向心力互相抵銷,因此衛星能夠在此停留。鵲橋衛星處在一個能夠一直清楚看見月球背面和地球的位置,為地面控制中心與嫦娥四號登陸器之間的通訊鴻溝搭起橋樑。

不過如果利用中繼衛星進行通訊,也代表無線電波信號必須跨越更長的距離,而會使來回通訊的延遲增加。因此,包括嫦娥四號的任何在月球背面上的登陸器或月面車,都必須要能夠自行選擇登陸地點,避免可能發生的危險。

那麼,嫦娥四號究竟在哪裡登陸?

中國國家航天局的目標地點,是南極-艾特肯盆地(South Pole-Aitken basin)中的馮.卡門撞擊坑(Von Kármán crater)。這個盆地的地勢低窪,直徑超過2400公里,占月球表面將近四分之一的範圍。科學家認為,這個盆地是由大規模的撞擊事件所形成,因此在此進行研究應該能揭露有關月球地殼與內部的奧秘。

「這裡幾乎可說是太陽系中最大的坑洞了。」 尼爾說道。

嫦娥四號團隊的科學家,對盆地裡像是馮.卡門撞擊坑這樣的古老隕坑很感興趣,他們想知道撞擊坑的構成和年代。這些撞擊坑記錄了月球和地球在歷史上曾經歷不同程度的撞擊。在我們的地球年輕時,有多少天體曾經撞擊地球?這些天體帶來了什麼?又是在什麼時候撞上地球?這段歷史是否對生命的起源有什麼樣的意義?嫦娥四號將能幫助我們解開這些謎團。

嫦娥四號上有些什麼儀器?

嫦娥四號所搭載的許多儀器,都是它的前身──嫦娥三號上的設備的複製品。這些傳承下來的衣缽,包括了幾台相機,其中還有一台曾拍下月球表面令人讚嘆的全景。此外,嫦娥四號還配有能夠穿透月球表面的雷達。

嫦娥四號與嫦娥三號不同的地方,是它還攜帶了「月球生物圈」的實驗設備,其中包含了植物的種子1編按:根據傳送回來的照片,本月15日時棉花種子已經發芽,但隔天負責這項研究的單位證實,該株棉花已死亡。和蠶卵,還有一台低頻率的無線電波光譜儀,能讓研究者從太空中分析高能的太陽大氣層。這台儀器還有一個額外的功能:它可以與鵲橋衛星上的儀器配對,形成一個無線電望遠鏡。月球背面是無線電波天文研究的理想地點,因為月球本身能阻擋住來自地球電離層和人類無線電波通訊的干擾。

「這讓我們首度能在月球附近和月球上,進行低頻率的無線電觀測,這在地球上是不可能實現的。」鵲橋無線電儀器的專案負責人、荷蘭拉德堡德大學(Radboud University)的天文學家馬克.克萊因.沃特(Marc Klein Wolt)在電子郵件中寫道:「這為將來在月球上建立大型無線電設施做好了準備,我們將能研究在第一批恆星誕生前的極早期宇宙樣貌。」

嫦娥四號上的儀器並非全都來自於中國。這項任務的科學家與德國的研究人員合作,在登陸器上安裝了粒子偵測器,來自瑞典的研究人員在月面車上放了離子偵測器。鵲橋衛星上的無線電望遠鏡儀器,則是由荷蘭與中國共同合作研發。

為什麼美國不在嫦娥四號上也放些儀器呢?

就算美國航太總署(NASA)和中國國家航天局都這麼想,美國的太空機構也很難合法地與中國合作。一項名為沃爾夫修正案(Wolf amendment)的規定,禁止美國航太總署與任何中國的機構有合作關係,除非美國國會明確批准某個專案,或是美國聯邦調查局(U.S. Federal Bureau of Investigation)認證通過。

這項規定的擁護者認為,這將有助於維護美國的國家安全,因為中國國家航天局與中國軍方有關係,而太空技術既能用於和平,也能用於戰爭。但是美國的許多科學家都對這項限制嗤之以鼻,尤其是中國現在已經能將人類送上太空、在他們的太空站裡執行任務,還能發送像是嫦娥四號這樣的科學探測器。

「或許,沃爾夫修正案根本沒什麼用,唯一的用處就是禁止可能對全人類有益的合作,」尼爾這麼說:「我們必須進行國際合作。」

有些國家即使關係緊張,但還是能在太空探索上進行國際合作。像是在冷戰時期,美國就曾與蘇聯合作阿波羅-聯盟號(Apollo-Soyuz)探測任務。包括阿波羅11號的太空人麥可.柯林斯(Michael Collins)在內的觀察員,還曾呼籲美國和蘇聯聯手進行火星任務。

探月計畫的下一步是?

中國有許多大型的探月任務計畫。下一個探月任務──嫦娥五號將會在月球表面著陸,並採集樣本帶回地球。如果中國的計畫成功,將成為世界上第三個從月球上帶回樣本的國家,也是第二個使用機器人完成這項工作的國家。雖然細節仍不太清楚,但中國研究人員所勾勒出中國在2020年之後的月球計畫,也討論到將把人送往月球,並在月球上建立太空基地的可能性。

無獨有偶地,歐洲太空總署(European Space Agency)也宣布將建立「月球村」(moon village)。印度太空研究組織(ISRO)近期也將發射月船二號(Chandrayaan-2)探測器,前往月球南極。此外,美國航太總署正與私人公司合作,將更多科學酬載送往月球,並雄心勃勃地提出於2020年代在月球附近建造「閘口」(gateway)太空站的模糊計畫。

「如果將來有一天,我們能夠安排世界各地的資源來實現這些目標,我們的前景勢必看好。」支援美國航太總署月球任務的月球探索分析組(Lunar Exploration Analysis Group)商業負責人科特.克勞斯(Kurt Klaus)這麼說道:「但是,我不知道我們距離這樣的境界還有多遠。」

撰文:MICHAEL GRESHKO

編譯:林宇威

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