月球背面將首次迎來地球訪客！嫦娥4號成功發射，中國人將「種族天賦」帶上月球
嫦娥4號發射升空。
北京時間12月8日凌晨2時23分，在西昌衛星發射中心，嫦娥4號搭乘長征三號乙改進型運載火箭發射升空。飛行器將攜帶著陸器和月球車一同進入月球軌道，如果一切順利，嫦娥4號將在明年年初降落在月球背面，這將是人類飛行器首次在月球背面軟著陸。除了直接考察地球背面的地質信息，嫦娥4號還將幫助人類探索早期宇宙的演化，並首次測試植物在月球環境中的生長情況。
編譯 | 劉沙 吳非
400多年前，伽利略用望遠鏡第一次觀測到月球表面的高地和環形山。但在地球引力的作用下，月球繞地球公轉與自轉的周期一致，這使得月球總是以同一側面對我們，而超過40%的月球表面始終隱藏在我們的視線之外。對人類而言，月球的背面是如此神秘莫測，甚至「月球背面有生命」這類流言也一度興起。
直到1959年，前蘇聯的月球3號探測器拍下了首張月球背面的照片。這時人們才相信，它的背面是比正面更加崎嶇不平、布滿了隕石坑與溝壑、峽谷的地貌。隨後，隨著更多探測器的光臨，我們得到的月球背面照片也愈加清晰，嫦娥2號甚至拍下了解析度達7米的影像圖，這也是目前清晰度最高的照片。但時至今日，沒有任何一枚探測器能登陸月球背面開展直接考察。其中一個障礙在於，月球背面的探測器無法和地球直接建立無線電通信。
月球3號拍攝的首張月球背面圖片
為了解決這個難題，中國國家航天局在今年5月向拉格朗日L2點率先發射了「鵲橋」月球中繼衛星，它將成為探測器與地球間的通信中轉站。此外，「鵲橋」裝載的無線電接收機會在月球環境中接收宇宙中的低頻信號，讓我們了解大爆炸發生幾億年後的宇宙，探索宇宙最初的黑暗年代。（更多閱讀：不僅是信號中繼星：「鵲橋」號將尋找宇宙黑暗時代的信號）
著陸地點
目前，嫦娥4號的具體著陸地點尚未公開。據參與該項目的科研人員透露，其最可能的著陸位置，是月球南極艾特肯盆地中直徑186千米的馮·卡門（Von Kármán）隕石坑。艾特肯盆地是太陽系中已知最大的撞擊結構，也是月球上最古老的撞擊坑，但其具體形成年代尚無定論。
艾特肯盆地在圖片下方的暗色區域
在香港理工大學的地理信息學家吳波看來，破解艾特肯盆地的秘密具有重要意義：「這是回答月球早期幾個重要歷史問題的關鍵所在，比如月球的內部結構和熱力演化。」吳波參與了此處地形地貌的測繪工作。
嫦娥4號的月球車將對著陸點周圍的區域進行測繪。同時它還將使用探地雷達探測地下岩層的厚度和形狀，並用近紅外光譜儀測量地表礦物成分，這將有助於地質學家了解月球早期演化過程。
溫室研究
由於嫦娥4號的著陸器和月球車在設計之初是嫦娥3號的後備設備，因此其攜帶的大部分儀器都是早期任務相關的。不過，我們看到嫦娥4號同樣攜帶了一些非常獨特的實驗設備。
嫦娥4號月球車外觀圖
其中一項實驗，就是測試植物在低重力月球環境中的生長情況。研究者將觀察土豆和擬南芥種子在月球上封閉、氣候可控的環境中能否發芽並完成光合作用。
為了這次史上首次月球上的種菜實驗，研究團隊為嫦娥4號設計了一個月球微型生態圈：通過維持溫度、濕度的相對穩定，並導入月球表面的自然光線，打造適宜植物生長的溫室。
佛羅里達大學園藝學家Anna-Lisa Paul說：「如果人類想定居月球或火星，則必須要溫室設施的支持，我們需要生活在一個類似生物圈的地方。」
這次實驗，也是對此前國際空間站研究的一次驗證。此前國際空間站中的植物生長實驗發現，在低於地球重力的環境中，土豆和擬南芥等植物可以在受控生態系統下正常生長；但如果重力低到月球表面的水平，就無法正常生長了。在月球表面的實驗，將為在月球上種菜的可行性提供最直接的評估意見。
射電天文學
月球背面與地球「隔絕」的特性，使其成為一系列射電天文學實驗的絕佳場所。嫦娥4號的著陸器就將攜帶相關實驗設備，為人類探索銀河系中人們知之甚少的部分，例如恆星之間的氣體、恆星死亡後衍生的磁場。
中國科學院研製的無線電光譜儀將收集0.1至40兆赫之間的電磁數據，繪製出低頻輻射圖。荷蘭拉德堡德大學的射電天文學家Heino Falcke表示，從地球上獲取這些測量數據是非常困難的，因為低頻輻射大多被地球的大氣層所阻擋，我們觀測低頻的視力近乎為零。月球背面有利於低頻輻射測量的另一個原因在於，人類活動以及自然界的閃電等現象都會產生無線電干擾，而月球本身為其背面提供了天然的屏蔽層，使得低頻射電觀測不受其他信號干擾。
Flacke說，天文學家們將利用這些數據更好地理解，瀕死恆星如何利用釋放的能量來加熱恆星之間的氣體，這也可能會影響到恆星的形成。
研究團隊還計劃將月球實驗的數據與「鵲橋」號得到的數據結合起來。天文學家也希望通過輻射光譜的研究弄清楚，在星系和恆星形成之前宇宙最初幾億年的樣子。這些數據可以幫助他們過濾掉背景噪音，這些噪音可能會掩蓋這一時段的信號。如果能找到這些信號，便有可能揭示宇宙中普通物質與暗物質的分布情況。Falcke表示：「這只是第一步而已」。
作為中國探月工程的一部分，嫦娥4號將不僅代表人類首次登陸月球的另一面，還在月球地質學、天文學、植物學等領域開展一系列研究。這些成果也將為接下來的探月項目奠定基礎。隨後，中國還計劃發射攜帶採樣器，並將月球樣品帶回地球的嫦娥5號、6號。
參考材料：
https://www.scientificamerican.com/article/china-set-to-launch-first-ever-spacecraft-to-the-far-side-of-the-moon/
不僅是信號中繼星：「鵲橋」號將尋找宇宙黑暗時代的信號
「嫦娥之父」歐陽自遠：嫦娥四號與詭異的月球背面（來源：SELF格致論道講壇）
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