月球的背面，到底有多神秘 ■郑永春 迄今为止，人类探测月球都是在正面着陆的，月球背面一直是一块神秘的处女地。本周一，国防科工局召开探月工程重大专项领导小组第十四次会议，审议通过了嫦娥四号任务实施方案的调整报告、研制总要求及后续总体研制计划。将于2020年前发射的中国嫦娥四号，将实现世界首次月球背面软着陆。 消息一出，引起太空探索爱好者的极大关注。为什么嫦娥四号会选择去月球背面着陆？关于月球背面一些流传已久的预言是否属实？月球背面还隐藏着哪些未解之谜？今天，我们就来一次大揭秘—— 传说中的外星人基地 一直以来，我们经常会听到关于月球背面的各种传言。这些以讹传讹的传言经过不断演绎，甚至堂而皇之地登上了正规出版物，让人难辨真假。 很多科幻小说声称，月球背面是外星人的基地，从月球背面图像中可以识别出外星人的宇宙飞船，甚至美军在二战末期失踪的轰炸机也出现在了月球背面。在百慕大失踪的飞机轮船也都被外星人劫持到了那里。 他们还声称，阿波罗登月的宇航员在月球背面见到了令人吃惊的物体，可能是外星人在月球上的遗留物等。 也有传言认为，月球内部是空心的，里面是外星人居住的巨大城市。 这些以讹传讹的传言经过不断演绎，甚至堂而皇之地登上了正规出版物，让人难辨真假。 出现这些传说的根源在于从地球上观测月球时，看不到月球背面绝大部分区域。因此，在没有月球探测器之前，月球背面一直是一个神秘的未知世界。 现在民间流传的月背传说，多源于航天器探月之前。但即便在航天器数十次飞临月球背面，获得大量影像资料之后，科幻迷们仍然能从放大后略显模糊的图像中找到线索，为这些传言提供佐证。 月球为什么会有正面和背面 月球背面之所以显得神秘，原因在于我们无法从地球上直接观测到月球背面。因为月球被地球的引力潮汐锁定，从地球上永远只能看到月球的一面。 要解释月球为什么会出现正面和背面，首先要从月球的运动说起。 月球可以被视作一个刚性的球体，它的运动可分为质心的运动（公转）和环绕质心的转动（自转）两部分。 月球在自己的轨道上绕地球运行的平均速度为1.02千米/秒。平均每天东移13度。因此，月球每天升起的时间是不同的，有时候白天升起，有时候晚上升起，升起时间平均每天比前一天推迟50分钟，一个月之后，又恢复原来的升起时间。 月球背向地球的半球离地球较远，受到的地球引力较面向地球的半球小，即月球的腹背受力是不同的。由于月球自转周期与绕地球的公转周期不相等，月球上同一部位受到的地球引力是随时间变化的，由此导致月球不同岩层之间的摩擦，逐渐减慢自转的速度，最终使得月球自转的周期恰好等于它绕地球公转的周期，即月球被地球的引力潮汐锁定。潮汐锁定后，从地球上看月球，就永远只能看到月球的一面。 虽然月盘边缘区域有时候会露出一点点侧背，但总体上，从地球上只能观测到整个月球表面的59%。 人类迄今掌握的月球背面资料 既然地面观测看不到月球的背面，那怎样才能看到月球背面呢？月球背面究竟是什么样的？背面和正面又有何差异？ 迄今为止，还没有航天器登陆过月球背面，但科学家并不缺乏月球背面的探测数据。 1959年，苏联发射的月球2号探测器在飞越月球时，第一次拍到了月球背面的图像；上世纪六七十年代，美国和苏联的月球探测器多次获得了月球背面图像；阿波罗8号宇航员以及之后登月的阿波罗宇航员都飞到了背面，从月球上空亲眼看到了月球之背的荒凉景象。21世纪以来，美国、中国、印度、日本、欧洲的月球探测器对月球进行了更高分辨率的详细探测。 2009年6月19日发射的月球勘测轨道器（LRO）已经获得了分辨率优于1米的全月球影像，可以清晰辨认出阿波罗登月时遗留在月球表面的月球车、登月舱等，当然也包括月球背面的高清影像。 除登陆月球的着陆器和月球车外，月球探测器大多采用极轨方式运行，即从北极往南极再飞回北极。因此，每一圈飞行中都有半圈在月球背面，半圈在月球正面。 自2003年以来，包括我国的嫦娥一号、二号、三号在内，已有世界各国发射的11个月球探测器飞临月球，获得了大量月球背面的探测数据，包括地形地貌、物质成分、表面环境等详细信息。 令科普迷们遗憾的是，所有这些探月任务都没有在月球背面发现外星人的基地，也没有发现任何人工建筑物或人为活动的痕迹。月球背面看起来只是一片保存了40亿年之久的荒凉大陆。 月海和月陆 不少人看到嫦娥一号和二号卫星拍摄的月球照片都是黑白的，就问为什么不拍些彩色照片回来？事实上，黑白灰才是月球真实的颜色。 整体上，月球表面可分为月海和月陆两大地理单元。 月海是指月球上大片颜色较深的黑斑区域，实际上是一些宽广的平原，一滴水也没有。这些区域对太阳光的反射比较弱，看上去比周围更暗一些，很像地球上的海洋，约占月表面积的17%。 月球上共有22个月海，其中19个分布在月球的正面，包括雨海、静海、云海、澄海、冷海、风暴洋等，约占整个正面半球表面积的一半，北半球的月海分布尤为显著。月球背面只有东海、莫斯科海和智海等3个月海。 月球上颜色较浅的部分类似地球上的“陆地”，称为月陆。根据月球形成的大碰撞学说，46亿年前，一颗火星大小的天体撞击原始地球，撞击抛射物质在地球轨道形成了月球。 月球形成后出现全球性的岩浆熔融。熔融的岩浆在冷却过程中发生结晶和分异，密度较重的物质被下沉到月幔，而密度较轻的物质漂浮在月球表面，冷却凝固后形成了古老的月壳。月海则是在月壳形成后，由从月壳裂缝中涌出的岩浆形成的。因此，月陆比月海更古老。 月陆的主要成分是密度较轻的斜长岩，反射率较高，看上去比较明亮。月陆的地势一般高出月球水准面约2~3千米，所以也称月球高地。 整体上，月陆面积约占月球表面积的83%。月球正面的月陆与月海面积大致相等，但月球背面月陆占据着绝对主导地位。 不管是月海还是月陆，整个月球表面都分布着密密麻麻的撞击坑，记录着40多亿年来小天体撞击月球留下的痕迹。月球表面越古老，撞击坑分布密度越大。月陆的撞击坑密度越高，地形越崎岖。因此，嫦娥四号着陆区的选择，将是一个亟待解决的重要课题。 月球表面的岩石类型比地球上要简单得多，在变质岩、火成岩和沉积岩三大岩石类型中，月球上只有火成岩。月海主要是玄武岩，月陆主要是斜长岩，都是由各种硅酸盐矿物和金属氧化物组成，主要包括氧、硅、铁、钙、铝等元素。 一些人看到嫦娥一号和二号卫星拍摄的月球照片都是黑白的，就问为什么不拍一些月球的彩色照片回来，可实际上，黑白灰才是月球的真实颜色。嫦娥三号着陆器拍摄的玉兔号月球车，车身上有着鲜艳的五星红旗，终于满足了人们想看到从月球拍回彩照的心愿。 为何要去月球背面 月球背面具有不同于月球正面的地质构造，保留着更为原始的状态，对研究月球和地球的早期历史具有重要的价值。 对天文学研究而言，月球背面是一片难得的宁静之地。接收遥远天体发出的射电辐射，是研究天体（包括太阳、行星及太阳系外天体）的重要手段，称为射电观测。由于这些天体的距离遥远，电磁信号十分微弱，在地球上，日常生产生活的电磁环境对射电天文观测产生了显著干扰。所以天文学家一直希望找到一片完全宁静的地区，监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。 月球背面屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号，因而可以监测到地面和地球附近的太空无法分辨的电磁信号，为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。 除此之外，月球背面更为古老，保留着更为原始的状态，具有不同于月球正面的地质构造，对研究月球和地球的早期历史具有重要价值。而地球上经历了多次沧海桑田，早期地质历史的痕迹早已消失殆尽，我们只能寄望于从月球上仍保存完好的地质记录中挖掘地球的早期历史。 在月球背面探测方面，地形测绘仍然是基础目标。与月球正面着陆区不同，月球背面的探测对象和科学目标也将有所改动。比如，用于观测地球等离子体的极紫外望远镜，在月球背面将无法再看到地球；月球尘埃作为月面探测面临的首要环境问题，是未来月面探测的关注点之一。 此外，美国宇航局的科学家们也正考虑在月球背面轨道上建立一个永久空间站，具体位置拟选取在地月之间引力平衡的位置——五个拉格朗日点之一的L2点。位于该处的空间站不需要额外的燃料消耗来维持轨道，易于保持稳定，可以作为载人深空探测的前哨基地。 （作者系中科院国家天文台副研究员） | 
