成功著陸！嫦娥六號為什么要去月球的背面？

2024年6月2日，嫦娥六號在經(jīng)歷了約一個月的太空飛行后（圖1），終于在萬眾期待下成功于月球背面的艾特肯盆地著陸。接下來，嫦娥六號探測器將在月球背面緊張工作，開展人類歷史上的首次月背采樣任務(wù)——將月球背面的“土特產(chǎn)”帶回地球。在神話故事、科幻電影以及陰謀論的背景渲染下，月球背面的故事更加離奇神秘。本文將從一個行星科學(xué)研究參與者的角度，簡單闡述月球的背面為什么如此神秘，也希望能拋磚引玉激起大家對“中國為什么要探索月球背面”這一問題的思考。

圖1 嫦娥六號環(huán)月示意圖

（圖源：國家航天局）

地球上只能看到

一半的月球

“江月年年望相似”是張若虛在《春江花月夜》中寫下的句子。誒？月亮不是有陰晴圓缺嗎，為什么詩人卻說月亮“年年相似”呢？原來仔細(xì)觀察月亮，盡管我們每天看到的月亮有明暗變化，但月面的圖樣卻是始終一致的（圖2）——這個月拍到的滿月和下個月、下下個月、未來的任何一個滿月，在肉眼上都不會有任何區(qū)別。這是由于月球的自轉(zhuǎn)和圍繞地球的公轉(zhuǎn)周期一致，達(dá)成了“地球?qū)υ虑虻某毕i定”，所以我們在地球上始終只能看到月球的“正臉”，而無法看到它的“身后”（圖3）。難怪古人常常把月亮比喻為二維的盤子或是鏡子（“小時不識月，呼作白玉盤。又疑瑤臺鏡，飛在青云端?！崩畎住豆爬试滦小罚?，因為它在視覺上不曾給人帶來過球體的前后左右之分。

圖2 盡管月有陰晴圓缺，但月面上的圖案都是一樣的

圖3 潮汐鎖定示意圖，月球始終以固定的一面朝向地球

地球上永遠(yuǎn)看不到月球的背面，這一特性也給文學(xué)加工提供了無限的想象空間。馬克·吐溫說：“每個人都是月亮，都有不曾展露的暗面”，用月球背面指代人精神世界中的陰影；而魯迅在改編小說《奔月》中則用神秘的“月宮”暗喻了嫦娥逃離現(xiàn)實生活的精神庇護(hù)所。這一設(shè)定在科幻小說以及“陰謀論”中更是大放異彩，在阿瑟·克拉克的小說《崗哨》中：外星文明把指引地球的燈塔留在了月球，因為只有這時人類文明才具有了探索宇宙的能力；而如果外星人在月球背面建設(shè)基地，則能密切監(jiān)視地球動態(tài)而無法被缺乏深空探測技術(shù)的文明所發(fā)現(xiàn)（圖4）。

圖4 科幻故事中的月球都市

在實際深空探測任務(wù)中，月球始終面向地球的這一特性也給月背探測帶來了很大的麻煩。人類自誕生以來就能看到月球的正面，而直到1959年，蘇聯(lián)“月球3號”探測器在經(jīng)過精心設(shè)計和漫長的飛行調(diào)整后，終于繞到了月球背面，首次拍到了月亮遠(yuǎn)端的照片（圖5）。1969年，執(zhí)行美國“阿波羅11號”任務(wù)的三位宇航員成為了首次在繞月軌道上親眼看見月球背面的人類。但是由于月球的遮擋，三位宇航員會在48分鐘的時間內(nèi)與38萬千米外的地球失去信號聯(lián)系，這段信號遮擋期被稱為“人類最孤獨的48分鐘”。而通過航天技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，中國成功突破了中繼星技術(shù)用于鏈接地球和來自月背的信號。得益于提前發(fā)射的“鵲橋2號”，我國科學(xué)家能掌握嫦娥六號在月球背面的一舉一動，最終實現(xiàn)月球背面的樣品返回。

圖5 首張月球背面的照片（左）；

高清月球背面照片（右）

月球背面

有什么？

“月光如水水如天（趙嘏《江樓感舊》）”，由于月光清冷的顏色，我們常常會把它和“水”聯(lián)系在一起。然而月球上有“水”嗎？目前還是存在廣泛爭議的問題。月球至今沒有液態(tài)水的發(fā)現(xiàn)，然而在月球背面靠近南極的位置可能存在有固態(tài)的冰。眾所周知，水是地球生命能存活的最基礎(chǔ)條件。若要在未來實現(xiàn)月球空間站的建設(shè)（圖6），開發(fā)利用月球，對月球水冰的研究則無法回避。這趟月球背面也就非去不可了。

圖6 歐洲航天局繪制的月球空間站示意圖

（圖源：歐洲航天局）

月球上沒有液態(tài)水，為什么月光卻顯得如此柔和呢？這是因為月球自身不能發(fā)光，皎潔的月光來自于月球巖石對太陽光的反射。肉眼觀察月亮，我們就能發(fā)現(xiàn)：在月球正面存在著兩個明顯不同的區(qū)域——更亮更白的區(qū)域稱作“月球高地”；更暗更深色的區(qū)域被稱為“月?！?。經(jīng)過科學(xué)探測后，月球高地確實地形上更高，由灰白色的斜長巖構(gòu)成；然而月海則不是“?！?，其實是在數(shù)十億年前噴發(fā)、流動，而現(xiàn)在早已固結(jié)的玄武巖（圖7）。而更有趣的是，通過對月球背面的遙感分析——當(dāng)然，科學(xué)家們并沒有在月球背面看到外星人留下的遺跡——月球的背面幾乎沒有月海的存在而全由月球高地構(gòu)成。月球的玄武巖巖漿活動為什么集中在月球的正面？如何解釋月球正反面的不對稱性？在行星科學(xué)界尚無完美的答案回答這些問題。從月球背面返回樣品，或許會顛覆以前我們對月球的認(rèn)識，幫助我們解決月球的形成演化之謎。

圖7 月球正面圖（左）以及月海玄武巖（右上，灰白色板狀礦物為斜長石）與高地斜長巖（右下，整體＞90%為斜長石）

而在月球自身物質(zhì)之外，由于月球缺乏大氣層和磁場的保護(hù)，月球還保存了大量的隕石撞擊記錄。各種類型的小行星、彗星被月球捕獲，造就了月表深深淺淺的環(huán)形坑。某些巨大的撞擊事件可能鑿破了月殼，把月球深部的物質(zhì)暴露出來；某些強烈的撞擊效應(yīng)可能帶來了新的物質(zhì)和能量，永久地影響了月球的演化。要想獲得這些有關(guān)太陽系和宇宙的信息，我們不得不把目光放的更遠(yuǎn)。而嫦娥六號正是選擇了這樣一個復(fù)雜而神秘的區(qū)域作為目的地——月球南極艾特肯盆地（月球上最大的撞擊坑）的邊緣（圖8）。也許在未來樣品返回后，我們還能在月壤中找到來自其他天體的隕石殘片，告訴我們更多有關(guān)宇宙的故事。

圖8 嫦娥六號著陸區(qū)位置，紅色框所示（引自Zeng et al., 2023）

從“神話傳說”

到“科學(xué)論文”

“青天有月來幾時？我今停杯一問之?！边@是李白在《把酒問月》中的句子?？赡苋祟悓τ钪鎶W秘的向往從文明誕生之初就應(yīng)運而生：古羅馬的露娜（Luna）、古希臘的塞勒涅（Selene）、古巴比倫的南納（Nanna）、還是中國的太陰星君、嫦娥、吳剛。各個文明用不同的神話傳說來崇拜月球，同時也嘗試去認(rèn)識月球、理解月球。得益于不斷發(fā)展的世界觀和方法論，我們現(xiàn)在可以用更“科學(xué)”、更“可靠”的方法來研究月球、解釋月球。但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是終點，未來科技更加發(fā)達(dá)時回顧今天有關(guān)月球演化的爭論和模型，可能就像我們今天看古人把月食解釋為天狗吃掉了月亮一般幼稚。那么今天對月球的研究就沒有意義了嗎？顯然不是的?？蒲姓前选皞髡f”變?yōu)椤罢撐摹?，又把“論文”變成“傳說”的工作。如果沒有今天抵達(dá)月球背面，就不會有未來開發(fā)利用月球、未來登陸火星、未來離開太陽系……這可能看起來很遠(yuǎn)，但1903年飛機才剛剛發(fā)明，而1969年人類已經(jīng)成功登月，僅僅用了不到70年的時間（圖9）。

圖9 阿波羅11號任務(wù)人類在月球留下了第一個腳?。▓D源：美國航天局）

在一個月以前，我非常榮幸參與了中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所在海南文昌召開的學(xué)術(shù)會議，親眼見證了我國嫦娥六號的發(fā)射（圖10）。

圖10 嫦娥六號發(fā)射（圖源：國家航天局）

時值暴雨，等待發(fā)射的過程中我也打開了手機端的視頻直播，生怕因為人潮和雨傘的遮擋錯過了發(fā)射的瞬間。

倒計時結(jié)束，點火！——

幾條火柱猶如逆向噴發(fā)的火山，

“我們選擇去月球，不是因為它簡單而是因為它難。（《我們選擇登月》）”

地面和空氣似乎在震動，

“我們總會在月亮上相遇的（《去月球》）”

火箭只在視線中十幾秒，手機直播里的一條彈幕讓我頗為觸動——

“愿此行，終抵群星。”

美編：趙茹昕

校對：劉淇郡 江淑敏