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月球背面隱藏著什么秘密?嫦娥六號(hào)為什么選擇在月背采樣?

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如果要列舉2024年的航天大事件,那么我相信嫦娥六號(hào)月背采樣肯定是榜上有名的。因?yàn)樗侨祟悮v史上首次在月球背面進(jìn)行采樣的探月工程,而在這之前,人類共對(duì)月球進(jìn)行了 10 次采樣,都位于月球的正面,所以從某種意義上來(lái)說(shuō),在嫦娥六號(hào)探訪月球背面之前,人類可能只認(rèn)知了半個(gè)月球。那么問(wèn)題來(lái)了,月球?yàn)槭裁从姓婧捅趁嬷帜??月球的背面都有哪些秘密?而嫦娥六?hào)為什么要選擇在月球背面進(jìn)行采樣呢?

一、月球?yàn)槭裁从姓婧捅趁嬷??在地球上為什么只能看?jiàn)月球正面?

“人生代代無(wú)窮已,江月年年只相似?!?我國(guó)古人很早就認(rèn)識(shí)到了只能看到月球一面這個(gè)事實(shí)。要理解月球?yàn)槭裁从肋h(yuǎn)只有一面朝向地球,我們首先需要了解月球的自轉(zhuǎn)特性。在天文學(xué)中,當(dāng)一個(gè)天體圍繞另一個(gè)天體旋轉(zhuǎn)得時(shí)候,如果它自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期完全相等,那么該天體就會(huì)相對(duì)于中心天體保持同一面朝向,這種現(xiàn)象就是我們所說(shuō)的“潮汐鎖定”。而對(duì)于月球而言,它正是以這種方式被地球“鎖定”的。月球的自轉(zhuǎn)周期約為27.3天,這與它繞地球公轉(zhuǎn)的周期幾乎完全相同的。因此,無(wú)論月球如何在其軌道上移動(dòng),地球上的觀測(cè)者始終只能看到月球的一面,所以人們就把這一面當(dāng)成了月球的正面。

我們可以做一個(gè)小實(shí)驗(yàn),直觀地感受一下。假設(shè)這個(gè)相機(jī)是地球,這個(gè)模型是月球,而這根橫桿可以把它看成地月之間的“潮汐鎖定”,所以無(wú)論怎么轉(zhuǎn),我們通過(guò)相機(jī)鏡頭只能看到月球的一面。從人類誕生的幾十萬(wàn)年里,都只能看到月球的這一面。

直到人類進(jìn)入了航天時(shí)代,月球背面的一些細(xì)節(jié)才逐漸公之于眾。1959 年,蘇聯(lián)的月球三號(hào)探測(cè)器第一次拍攝到了月球背面的照片,雖然這張照片很模糊,但還是隱約可以看出月球背面和正面有一些不同,而通過(guò)之后幾十年的探月工程,月球背面的廬山真面目逐漸進(jìn)入了大眾視野,可以看到月球的背面坑坑洼洼,有大量的隕石坑,地形起伏巨大,跟月球正面截然不同。最開始人們很難相信月球的正面和背面是同一個(gè)星球,而它正反兩面的明顯差異,就是我們所說(shuō)的月球的“二分性”。

二、月球背面和正面為什么截然不同?

目前,關(guān)于月球“二分型”的成因,科學(xué)界還沒(méi)有一個(gè)確切的定論。

就月球正面和背面的地址結(jié)構(gòu)差異來(lái)說(shuō),目前最主流的假說(shuō)就是隕石撞擊和地質(zhì)活動(dòng)綜合導(dǎo)致的。

月球正面大多是低洼的平原,我們稱之為“月?!? 而背面基本是密密麻麻的撞擊坑,這可能是由于月球早期遭受了多次隕石撞擊所致,那么月球正面的隕石坑為什么相對(duì)來(lái)說(shuō)少很多呢?

月球正面的月殼厚度為60公里,而背面的月殼厚度超過(guò)80公里,這意味著月球正面和背面遭到隕石撞擊后,所產(chǎn)生的結(jié)果可能是不一樣的。首先來(lái)看正面,由于正面月殼較為薄弱,所以隕石撞擊月球正面后,更容易引發(fā)劇烈的地質(zhì)活動(dòng),月殼下方的月蔓經(jīng)過(guò)熔融形成火山巖漿,噴射到月球表面,把一些撞擊坑給填平了,就是我們今天所看到的月海了。而同時(shí)期的月球背面,如果遭到隕石撞擊的話,由于那里的月殼比正面厚20公里,所以火山活動(dòng)不太可能發(fā)生在月球背面。由此帶來(lái)的直接后果就是,隕石撞擊在月球背面只能留下隕石坑和環(huán)形山。

三、嫦娥六號(hào)為什么選擇在月球背面采集樣本?

我們知道,在這之前人類前十次月球采樣都位于月球正面,不是各國(guó)不想在月背采樣,而是當(dāng)時(shí)的航天技術(shù)并不足以支持航天器在月背進(jìn)行采集,具體原因主要是在月球背面想要與地球進(jìn)行通信是非常困難的。而這次的嫦娥六號(hào)工程則攻克了這一難題,它通過(guò)我們的鵲橋二號(hào)中繼星來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)與地球之間的通信,在這種情況下,我們肯定會(huì)第一時(shí)間選擇在月背進(jìn)行采樣,這是毫無(wú)疑問(wèn)的,因?yàn)樵虑虮趁嬗刑嗟拿孛艿却覀內(nèi)ソ忾_。

此次嫦娥六號(hào)的著陸和采樣地點(diǎn),位于月球背面南極—艾特肯盆地地區(qū)的阿波羅盆地。根據(jù)中科院最新出版的 1:250 萬(wàn)月球地質(zhì)圖可以看到,月球地質(zhì)年代被劃分為 “三宙六紀(jì)”。南極—艾特肯盆地形成于月球初步形成固體月殼的時(shí)代。根據(jù)撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年,南極—艾特肯盆地一帶的年齡約為 42 億年, 南極—艾特肯盆地是太陽(yáng)系中已知的最大撞擊坑之一,被公認(rèn)為月球上最大、最古老和最深的盆地,可能保存了月球上古老的巖石。

阿波羅環(huán)形山位于整個(gè)大盆地的東北部,那里的地勢(shì)起伏非常大,內(nèi)部還有很多小的撞擊坑。與月球其他地方相比,這里幾乎是月殼最薄的地方了。綜合來(lái)看,這個(gè)地方的地質(zhì)一是最古老,二是月殼最薄,所以它獨(dú)特的地質(zhì)結(jié)構(gòu)讓嫦娥六號(hào)最終選擇在這里進(jìn)行月壤采樣。這對(duì)于研究月球早期的演化有著非常重要的價(jià)值,它能更好的揭示月球的地質(zhì)構(gòu)造差異和演變過(guò)程,甚至也很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的礦物。

除此之外,就在最近,嫦娥六號(hào)采集的月壤公布了首批獨(dú)立研究成果,首次揭示了月球背面大約28億年前仍然存在年輕的巖漿活動(dòng),這填補(bǔ)了月球玄武巖樣品在該時(shí)期的記錄空白。

我相信,隨著對(duì)嫦娥六號(hào)帶回的月壤進(jìn)行更深入研究,在未來(lái),科學(xué)家將對(duì)月球的種種謎團(tuán)給出更精確的答案。對(duì)此,我們充滿期待。

作者:星眾成光

審核:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心 研究員 劉勇

出品:中國(guó)科協(xié)科普部

監(jiān)制:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

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2025-01-18