揭秘40億年的月球背面 「荒涼之地」藏著什麼秘密？

2016年4月3日訊，人們之所以覺得月球背面神秘，是因為人類無法從地球上直接觀測到月球背面。月球為什麼會出現正面和背面，這需要從月球的運動說起。月球可以被視作一個剛性的球體，它的運動可分為質心的運動（公轉）和環繞質心的轉動（自轉）兩部分。

神秘因為潮汐鎖定

在研究月球的質心運動時，人們通常將月球和地球近似視為全部質量集中在質心的質點，並且只有彼此相互吸引的引力作用，構成地月系統。從慣性坐標系內觀察，地月二體系統的公共質心繞太陽公轉，月球和地球又分別繞它們的公共質心作相互轉動。根據二體運動理論可知，月球圍繞地球質心作平面橢圓軌道運動，其中，月球赤道與月球軌道面的夾角為6度41分；月球軌道與黃道的夾角平均值為5度9分，夾角的變化範圍4度57分至5度19分。

由於地球由西向東自轉，所以天體都是從東方升起到西方落下，月球也不例外，人們每天看到的月球東升西落，實際上是月球繞地球在星座間自西向東移動，反映了地球的自轉運動。月球繞地球一周經歷的時間稱為一個「恆星月」，歷時27天7小時43分11.47秒。之所以稱為「恆星月」，因為這是以恆星定標的，即月球從某顆恆星的近旁出發，又返回到該星附近同一位置的時間間隔。月球在自己的軌道上繞地球運行的平均速度為1.02千米/秒。平均每天東移13度。因此，月球每天升起的時間是不同的，有時候白天升起，有時候晚上升起，升起時間平均每天比前一天推遲50分鐘，一個月之後，又恢復原來的升起時間。

月球背向地球的半球離地球較遠，受到的地球引力較面向地球的半球小，即月球的腹背受力是不同的。如果月球自轉周期與繞地球的公轉周期不相等，那麼月球上同一部位受到的地球引力是隨時間變化的，將導致月球不同岩層之間摩擦，逐漸減慢自轉的速度，最終使得月球自轉的周期恰好等於它繞地球公轉的周期，即月球被地球的引力潮汐鎖定。潮汐鎖定後，從地球上看月球，就永遠只能看到月球的一面。

不過，月球的正面和背面並非五五分成，由於月球的天平動，月盤邊緣區域有時候會露出一點點側背，總體上，從地球上可以觀測到整個月球表面的59%。

月背實為荒涼之地

人類從地球上觀測不到月球背面，迄今為止，也還沒有航天器登陸過月球背面，但科學家並不缺乏月球背面的探測數據。1959年，前蘇聯發射的月球2號探測器在飛越月球時，第一次拍到了月球背面的圖像。上世紀六七十年代，美國和蘇聯的月球探測器多次獲得了月球背面圖像，阿波羅8號宇航員以及之後登月的阿波羅宇航員都曾飛到了背面，從月球上空親眼看到了月球之背的荒涼景象。

21世紀以來，美國、中國、印度、日本、歐洲的月球探測器對月球進行了更高解析度的詳細探測。2009年6月19日發射的月球勘測軌道器（LRO）已經獲得了解析度優於1米的全月球影像，可以清晰辨認出阿波羅登月時遺留在月球表面的月球車、登月艙等，當然也包括月球背面的高清影像。除登陸月球的著陸器和月球車外，月球探測器大多採用極軌方式運行，即從北極往南極再飛回北極。因此，每一圈飛行中都有半圈在月球背面，半圈在月球正面。

自2003年以來的12年中，已經有包括我國「嫦娥一號」、「嫦娥二號」、「嫦娥三號」在內的11個月球探測器飛臨月球，獲得了大量的探測數據，這些數據里包括月球背面地形地貌、物質成分、表面環境等詳細信息。

月球背面到底有什麼，從這些探測器獲得的信息來看，月球背面並沒有發現外星人的基地，也沒有發現任何人工建築物或人為活動的痕迹。月球背面看起來只是一片保存了40億年之久的荒涼大陸。

月球也有海陸之分

月球表面有「月海」和「月陸」兩大地理單元，月海是指月球上大片顏色較深的黑斑區域，實際上是一些寬廣的平原，一滴水也沒有。這些區域對太陽光的反射比較弱，看上去比周圍更暗一些，很像地球上的海洋，約佔月表面積的17%。月球上共有22個月海，其中19個分布在月球的正面，包括雨海、靜海、雲海、冷海、風暴洋等，約佔整個正面半球表面積的一半，北半球的月海分布尤為顯著。月球背面只有東海、莫斯科海和智海等3個月海。

月海是月殼形成後，內部岩漿湧出月表，填充低洼盆地後形成的大型平原。月海平原大多為山脈所包圍，類似於地球上的盆地，具有圓形封閉的特點。月海的地勢比月陸要低得多，如靜海和澄海比月球平均水準面約低1700米，濕海低5200 米，最低的是雨海東南部，其最深處比月球平均水準面低6000多米。

除月海外，月球上顏色較淺的部分類似地球上的「陸地」，稱為月陸。根據月球形成的大碰撞學說，46億年前，一顆火星大小的天體撞擊原始地球，撞擊拋射物質在地球軌道形成了月球。月海是在月殼形成後，從月殼裂縫中湧出的岩漿形成的。因此，月陸比月海更古老。

月陸的主要成分是密度較輕的斜長岩，反射率較高，看上去比較明亮。月陸的地勢一般高出月球水準面約2~3千米，所以也稱月球高地。整體上，月陸面積約佔月球表面積的83%。月球正面的月陸與月海面積大致相等，但月球背面月陸佔據著絕對主導地位。

不管是月海還是月陸，整個月球表面都分布著密密麻麻的撞擊坑，記錄著40多億年來小天體撞擊月球留下的痕迹。月球表面越古老，撞擊坑分布密度越大。月陸的撞擊坑密度更高，地形更崎嶇。因此，嫦娥四號的著陸區選擇將是一個亟待解決的重要問題。

靜謐月背有優勢

早在1972年，阿波羅17號完成人類最後一次登月之後，阿波羅17號宇航員，也是一位唯一登月的地質學家哈里森·施密特曾建議阿波羅18號飛船登陸月球背面，到齊奧爾科夫斯基撞擊坑開展科學考察。遺憾的是，阿波羅計劃實現六次登月之後，產生方向性迷失，實現第七次登月的意義與首次登月不可同日而語，加之技術難度比登陸月球背面要大得多，阿波羅計劃就此終止，登陸月球背面的設想沒能最終實現。

登陸月球背面比登陸正面究竟難在何處，在月球背面飛行和著陸的探測器，由於月球本身的阻擋，不能直接和地面進行無線電通信，地面控制人員無法了解到飛船的運行狀況，也無法把測控信號傳輸給飛船進行各種操作，如果是飛行在月球上空數十至上百千米高度的探月衛星，在通信中斷的情況下，還可以依照慣性保持原姿態繼續飛行。若是月球車或者登月艙要成功著陸在月球背面，需要實時測量飛行軌道，發送測控信號以調整降落速度和著陸姿態，才能實現安全著陸，因此，要確保嫦娥四號在月球背面安全著陸，首先需發射一顆中繼衛星，建立探測器和地面之間的通信聯繫，通過中繼衛星傳輸數據和發送測控信號。

對天文學研究而言，月球背面是一片難得的寧靜之地。接收遙遠天體發出的射電輻射，是研究天體（包括太陽、行星及太陽系外天體）的重要手段，稱為射電觀測。由於這些天體的距離遙遠，電磁信號十分微弱，在地球上，日常生產生活的電磁環境會對射電天文觀測產生了顯著干擾。所以天文學家一直希望找到一片完全寧靜的地區，監聽來自宇宙深處的微弱電磁信號。月球背面屏蔽了來自地球的各種無線電干擾信號，因而可以監測到地面和地球附近的太空無法分辨的電磁信號，為研究恆星起源和星雲演化提供重要資料。

除此之外，月球背面更為古老，保留著更為原始的狀態，具有不同於月球正面的地質構造，對研究月球和地球的早期歷史具有重要價值。而地球上經歷了多次滄海桑田，早期地質歷史的痕迹早已消失殆盡，我們只能寄望於從月球上仍保存完好的地質記錄中挖掘地球的早期歷史。

※月球的背面隱藏著什麼秘密？
※月球背面有多神秘？月球背面到底隱藏著什麼
※月球背面究竟存在什麼？美蘇30年不敢登月大揭秘！
※月球有一個埋藏了億萬年的秘密？
※探秘：神秘的月球背面究竟有什麼？
※月球背面到底有多神秘？揭開它的神秘面紗
※沉寂40億年的月球背面，即將迎來稀客「嫦娥」
※月球表面3200條裂痕意味著什麼？地球是背後「兇手」
※揭秘月球背面沉寂萬年驚天謎團：竟有外星飛船？
※「嫦娥二號」拍到月球背面存在外星人基地？美國隱瞞了60年
※揭開月球神秘的面紗 揭秘月球起源之謎
※月球背面到底有什麼？人類被騙30年
※科學探秘：月球背面到底有什麼？
※月球背面到底隱藏什麼？科學家：月背或為外星人的駐月基地
※月球背面的月殼為什麼比正面厚？
※月球為何如此詭異：揭秘月球背負的9大謎團
※月球背面隱藏什麼？為何美國如此擔憂？明年中國將登月球背面
※科学揭秘：太平洋的坑与月球什么关系？地球曾经有两个月亮？
※超級月亮的背後秘密：月球距離地球越來越遠