騰飛說史 月球背面指的是月球永遠背對著地球的那一面,月球圍繞地球公轉,同時自身也在自轉,但是自轉與公轉同步,因此,月球只有正面對著地球,但是地球在自轉的過程中,並不是只有一面永遠對著月球,月球自轉與公轉同步的現象被稱之為「潮汐鎖定」。 地球上的海洋有潮汐,是因為受到月球和太陽的引力作用,但是由於月球距離地球比較近,所以,地球上的潮汐主要是月球的引力造成的,太陽的引力對地球海潮的作用力大約只有月球的一半,力的作用是相互的,月球對地球有引力,地球對月球也有引力,因為月球比地球的質量要小得多,所以,在漫長的歲月裡,受到月球與地球之間的潮汐力的作用,月球自身的自轉速度逐漸減慢,最終被地球潮汐鎖定。 月球的正面永遠對著地球 如果兩個天體的質量相當,各自都會被對方潮汐鎖定,比如,冥王星和冥衛一就是各自被對方潮汐鎖定了,冥王星和冥衛一永遠以正面遙視對方。 因此,月球背面永遠背對著地球,並無多少神秘的地方,潮汐鎖定是宇宙當中普遍存在的一種現象,只是,月球永遠只有一面對著地球,而地球在自轉的過程中卻全部對著月球,讓人們好像覺得月球是一顆監視地球的人工天體,在一些未經證實的說法中,結合「月球中空說」,有一些科學愛好者認為月球可能是遠古時期一個被廢棄的太空飛船或者衛星。 月球的背面始終背對著地球 因為月球的背面永遠背對著地球,所以,長期以來,地球上的天文望遠鏡是觀測不到月背的絕大部分割槽域的,人們對月球背面的情況知之甚少,直到1959年,人類仍然對80%以上的月背表面,一無所知。 2019年1月3日,中國的「嫦娥四號」成功在月球背面實現了軟著陸,並近距離拍攝到月球背面的照片,這是人類歷史上首次有探測器在月球背面實現軟著落,也是人類歷史上第一次近距離拍攝到月球背面的照片,標誌著人類對月球背面的探索獲得重大進展。 美國的第一次載人登月是在1969年7月20日,距今已經將近有50年的時間了,為什麼早在50年前,美國人就登陸月球了,但是,卻沒有在月球背面登陸過呢?這就不得不回顧一下人類對月球背面的探索史。 1959年10月4日,蘇聯發射了一個名為「月球3號」的無人月球探測器,10月7日,「月球3號」飛躍月球背面,拍下了29張黑白照片,月背70%的面積才被人類觀測到,「月球3號」拍攝的月背照片,也是人類歷史上第一張月背照片,不過,這些照片並不是近距離拍攝的。 「月球3號」探測器 1965年7月18日,蘇聯發射了「探測器3號」用來探測火星,並在火星附近進行近距離飛行,但是,未能按預定時間升空,後來,改為近月飛行,7月20日,「探測器3號」在距離月球表面近1萬公里的高度,拍攝了25張黑白照片,這些照片都是關於月背的照片,而且畫質和解析度比「月球3號」要好,1967年,蘇聯公佈了一份月面圖,這份月面圖涵蓋了月球95%的表面,其中包括月球背面的絕大部分地區。 「月球3號」拍攝的照片 1961年至1972年,美國NASA完成了一系列的月球探測任務,被稱為「阿波羅計劃」,阿波羅計劃的主要目的是載人登月,與此同時,也對月背進行了一些探測活動,「阿波羅8號」、「阿波羅10號」在環繞月球飛行時,太空人在月球上空觀測到了月背,但「阿波羅8號」和「阿波羅10號」進行的還只是繞月飛行任務,從「阿波羅11號」到「阿波羅17號」,美國人進行的則是登月任務,這些飛行器在飛躍月球背面時,太空人也看見了月背,並且還向地球傳回了月背的圖片。 其實,人類很早就對月球背面的狀況有所瞭解了,但是,美國和蘇聯只是對月球背面進行了遠距離拍攝,也沒有一艘太空飛行器在月球背面實現軟著陸。 美國的太空人早在1969年7月20日就登陸月球了,並且阿波羅計劃一共成功完成了6次載人登月任務,為什麼美國人不登陸月球的背面呢?因為登陸月球的背面,太空人與地球的直接通訊會中斷,在阿波羅計劃中,每一次美國的太空人飛躍月球背面上空時,美國NASA都非常的緊張。 「阿波羅8號」拍攝到的「地出」現象 要想實現月球背面與地球之間的通訊,必須在地月之間發射一顆中繼通訊衛星,先把訊號傳到中繼衛星上,再讓中繼衛星將訊號傳送到地球上,這樣就能實現月球背面與地球之間的通訊。 但是,發射中繼衛星是有一定的難度的,中繼通訊衛星必須位於地球與月球之間的相對固定的位置上,而且能利用到月球和地球的引力作圓周運動,否則的話,這顆衛星就必須經常調整狀態,這樣既耗時又耗能,衛星上的太陽能光伏板採集到的能量並不能確保中繼通訊衛星一直可以調整狀態,因為衛星上需要使用電力的地方太多了,一旦電力耗盡,這顆衛星就有可能與地面失去聯絡。 為了保持中繼通訊衛星在地球與月球之間始終處於相對的位置上,首先就要尋找拉格朗日點,中繼衛星在拉格朗日點上,會充分利用地球和月球給它的引力作用,隨著地球和月球作圓周運動,不需要消耗過多的電力,拉格朗日點涉及到數學上的「三體問題」,三體問題中有三個點是數學家尤拉計算出來的,另外兩個點是數學家拉格朗日計算出來的,因此這五個點被命名為「拉格朗日點」,分別是L1至L5。 地球與太陽之間的五個「拉格朗日點」 地球與月球之間的五個「拉格朗日點」,只有L2點是位於月背附近,處於這個點上的衛星才能與月背實現通訊,而L1、L3、L4和L5都處於月球的正面附近,或者位置比較遠,無法與月背實現有效的直接的通訊,因此,中繼通訊衛星還必須位於L2點上,但是把中繼通訊衛星放在L2點上,如果L2點完全處於月球背面上空,那麼又會面臨著一個問題,這顆衛星是在月球背面,由於月球正面的遮蔽作用,中繼通訊衛星同樣無法與地球實現直接的通訊,如何使得中繼通訊衛星既能與地球實現直接的通訊,也能與月球背面實現直接的通訊,在月球背面與地球之間起著橋樑的作用呢?中繼衛星必須在暈輪軌道上執行,也就是說必須圍繞著L2點運轉,衛星處於拉格朗日點並不會靜止不動一直隨著地球和月球一起運動,L4和L5相對來說比較穩定,L1、L2、L3並不穩定,中繼衛星處於L2點附近,會圍繞著L2點作圓周運動,並且這個軌道是三維軌道,這種現象被稱為「暈輪軌道」,在暈輪軌道上執行的衛星能同時與地球和月球之間進行直接的通訊。 其實,並不是所有的衛星都能發射到L2點上,因為L2點附近的空間是有限的,未來,如果有更多的國家發射中繼衛星到拉格朗日點,這裡的衛星會變得非常擁擠,所有,事先佔據L2點,也是對太空資源的一種利用,中國的「鵲橋」中繼衛星透過數次變軌,到達地月系統的拉格朗日L2點附近的暈輪軌道上執行的,實現了月球背面與地球之間的通訊,這是中國航天事業的重大成果,值得慶賀。 早在1968年的時候,就有科學家提出在地月系統L2點附近放置一個太空飛行器,作中繼通訊站,但是,阿波羅計劃中,沒有中繼衛星停泊在L2點附近,因此,整個阿波羅計劃共進行了六次載人登月任務,美國人也沒有登陸到月球背面,沒有中繼衛星,意味著太空人一旦到了月球背面就失去了與地球的聯絡。 阿波羅計劃的主要任務是實現載人登月,美國人不想花太多的經費在地月系統L2點附近放置一顆中繼通訊衛星,當然,當時的技術也不能確保透過數次變軌之後,中繼衛星能夠順利到達預定的軌道,實際上中繼通訊衛星的技術直到20世紀的80年代才逐漸成熟。 美國太空人在月球上 阿波羅計劃結束以後,美國人轉向了探索火星和建立空間站,登月計劃就暫時擱置了,當然也就沒有再次登陸月球背面。 在探索月球的過程中存在拉格朗日點的問題,同樣,探索火星、太陽等天體,也存在拉格朗日點,拉格朗日點實際上是一種太空資源,合適的空間比較有限,在有限的空間內放置衛星,必然會出現擁擠的問題,衛星的數量少,還可以擠一擠,一旦多了,就可能擠不下了,因此,佔據拉格朗日點,也是對太空資源的有效利用,不過,現在人類的科技還沒有發展到將太空資源轉化為經濟效益的地步,大家對拉格朗日點並不怎麼在意,拉格朗日點是潛在的太空資源。 因為美國人沒有在地月系統的L2點附近放置中繼衛星,所以,美國的太空飛行器不可能在月球背面實現軟著陸,如果要著陸,也是硬著陸,即撞擊到月球背面。 2009年美國發射了一顆衛星和一個飛行器,名為「月球隕坑觀測和探測衛星」和「月球勘測軌道飛行器」。 「月球隕坑觀測和探測衛星」準備撞擊月球 其中「月球隕坑觀測和探測衛星」對月球背面進行了一次深度撞擊,這次「炸月」任務主要是在月球背面尋找水資源,這次「轟炸」任務,可能在月球上撞出了20米寬的大坑,揚起的塵埃高達40公里,不過,美國NASA對相關的資料並未詳細公佈,即使是在月球上尋找到了大量的水資源(以固體的形勢存在的水資源),美國NASA也不會對外公佈細節,這是美國NASA一直以來的做法,不會毫無保留地對外公佈他們在外太空探索到的資訊。 美國人對月球背面進行轟炸,也引起了一部分人的擔憂,有不少美國民眾呼籲要保護月球,不過,美國NASA給出的解釋是,月球經常受到隕石的撞擊,太空飛行器對月球表面的撞擊根本就不值一提,擔心月球受到破壞,有點杞人憂天。 《美國50年前就能登月,為何從來不去月球背面?其實美國轟炸過月背》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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美國50年前就能登月,為何從來不去月球背面?其實美國轟炸過月背
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