这是近代以来中国人首次真正的前往从没有人去过的地方!
To boldly go where no one has gone before.
这是一个“追赶”与“超越”的分水岭,我们大致上走完了别人走过的路,开始尝试走别人没有走过的路了。希望能够看到,在越来越多的领域,在越来越多的地方,中国人开始走别人从没走过的路,尝试新的方法,到达新的远方,体验新的感受,实现新的梦想。
而这一切,都发生在我的有生之年,这是多么幸运的一件事情!
去别人没去过的地方,做别人没做过的事情,是民族的未来所在,也是个人的未来所在。
我觉得我也有必要尝试一下做别人没有做过的事情,去别人没去过的地方。
https://www.zhihu.com/video/1054700524024152064谈到重要意义,这次任务可以说是全球瞩目!
嫦娥4在纽约时报、BBC,CNN,CNBC等重量级外国新闻网站的科学版实力刷屏。【本回答有不少图片和发射视频,流量注意,土豪随意】
凭的是什么?满足了人类的好奇心,外加强大的科技硬实力。
好奇心是人类的普遍共性,实力强了大家佩服你还跟你混,美国人不来,德国、瑞典、荷兰人都来合作,真香!
嫦娥的小目标:月球背面。着陆地点是接近月球南极艾托肯盆地的最古老冯•卡门撞击坑(Von Karman),之前只有人看过,没有人摸过。
厉害在哪里?这是首创行动。在月球背面着陆这事情,NASA和其它友商早就想这么干了 ,TodoList都写好了,可惜行动稍慢,这次被中国抢了先。
不要说没有直播,时间实在不是巧,凌晨两点钟啊。我来放上视频 。、
嫦娥4号发射 奔向月球 https://www.zhihu.com/video/1054675207930916864嫦娥4面对的是月球背面,有密集恐惧症的当心了
嫦娥的任务是什么?我就通俗点说说:
拍拍照,看有没有有地下水,有没有太阳风带来的氢同位素,有没有矿可以采采,研究微重力环境下植物成长的情况,利用月球背面的信号遮蔽效应,在低噪声情况下侦听星际信号,测试无大气情况下,光学望远镜的成像清晰度等等。
放段CGTN的英文介绍,学英语了解太空一举两得啊!
嫦娥任务英文介绍-CGTN https://www.zhihu.com/video/1054676989528645632我们自己带的主要设备有:
照相机,尤其是全景相机 panoramic camera (PCAM)、低频无线电光谱仪、穿地雷达 Lunar Penetrating Radar (LPR) 看地层结构,可见光和近红外光谱成像仪Visible and Near-Infrared Imaging Spectrometer (VNIS)分析月土成分。
大中华还要上月亮种菜,大学生尤其要种:
中国28所大学一起做了一个重3公斤的容器,里面放土豆等在月球种,弄几条蚕在里面养,起个美好的名字叫月球迷你生态圈,哈哈!
和我们合作的友商有:
1、 德国基尔大学 Christian-Albrechts-University in Kiel (CAU),他们装了一台月球中子计量探测仪Lunar Lander Neutrons and Dosimetry (LND) 探测一下辐射,看看周边环境是否适合人类在月球长期生活。
2、 瑞典空间物理学研究所的Advanced Small Analyzer for Neutrals,研究太阳风对月面的作用 ,月球没有大气,高能粒子直接冲击月面,十分有研究意义。
3、为了和地面通信,要靠鹊桥中继通讯卫星,上面有荷兰人搭载的设备。
4、修改一下,沙特在鹊桥卫星上也搭载了一部重650克的光学观测设备。中国都没说,我是看了沙特两枚卫星发射的沙特新闻才知道的。
@haibaraemily 长文超赞的,我补充几句关于低频射电观测的部分。
今晨嫦娥四号成功发射,它所携带的诸多科学仪器里,有一个非常特别的天文望远镜叫做“极低频射电频谱仪”,它有什么用,为什么要发射到月球背面那么远的地方呢?看过本文就明白了。
这个图大家应该见了很多次了,地球大气的电磁波窗口:
可以看到可见光有一个透过率很高的大窗口,红外有一些窗口;在射电波段,从毫米波往上透过率越来越高,在波长几厘米到十几米这个范围,大气几乎是完全透明的。
但到10米以上,大气层却又重新不透明了起来。简单说是因为地球高层大气有一个所谓电离层,里面有大量自由电子,它们会和试图穿透大气层的电磁波发生相互作用。当频率比较高的时候影响比较小,但频率降低到波长10米左右,电离层的折射率就已经显著偏离1,我们就像在水底仰望星空(视频原链):
这样强烈的闪烁让天文观测变得非常困难。
而波长再继续提高到30米以上,电离层就完全不透明了。
整个20世纪天文学不断发展的动力就是不断开发新的电磁波窗口,来发现新的天文现象与规律。从光学走向红外,走向射电,利用人造卫星开辟高能波段的X射电、伽马射线窗口,莫不如此。
其中射电天文从1930年代发轫,一开始从米波起步,逐渐往提高频率、降低波长的方向升级打怪,逐步攻克了厘米波、毫米波乃至亚毫米波的技术挑战,现在高频段已经打通,该返回头来挑战因为大气电离层屏蔽而一直没有得到观测的超长波波段了。
一旦这个超低频波段打开,一定也会像以前每次打开一个新窗口一样,带给我们很多惊喜。而其中我们已经可以期待的包括:
1、探测宇宙极早期历史。因为在宇宙极早期,也就是所谓极高红移的宇宙,用于进行宇宙学研究的重要“工具”21厘米谱线红移到了极低频段。
2、研究太阳射电暴。太阳在射电波段的暴发分为若干种类型,大多涉及极低频的频段,而且这一频段与太阳带电粒子的产生和发射的过程密切相关。
另外很多天文学中关注的特殊天体,如超新星遗迹、类星体、带有磁层的行星等,也都会产生极低频射电辐射,开辟新的窗口对于研究各类型天体都会有帮助。
电离层会挡掉10米以上的电磁波,但是挡的程度在各地也有所不同。在南半球中纬度地区有一个所谓的电离层槽,电离层的影响相对较少,早期地基的一些超长波观测就是由澳大利亚的一些观测站利用靠近电离层槽的地理位置优势实施的。
要进一步避开电离层的影响,人们就不得不考虑太空了。
10米以上在天文上是所谓的超长波,但在一般人类社会看来,却属于“短波”、“高频”段,是民用无线电广播的主要频段。这就意味着除了电离层的干扰,人类发射信号的干扰也是需要回避的——天文学关注宇宙中极微弱的信号,人类制造的干扰信号可以轻易淹没一切。
所以我们希望能在太空中找到一个能远离或屏蔽地球干扰信号的地方。
很容易想到的,就是月球背面,或者月球极区的一些陨石坑里。月球地面可以提供理想的射电信号屏蔽。
再有就是地月系统、日地系统各自的几个拉格朗日点:在这几个地方,卫星可以较长时间维持较低的轨道速度,可以近似看做相对地球静止不动,从而可以实现对目标天体较长时间的持续曝光,因此也是经常被用于放置天文卫星的地方。
但是很明显这里面有个矛盾:在月球背面,人类干扰信号是没有了,但是要跟那里的观测站联系的话,信号也难以沟通;而在拉格朗日点,虽然沟通没有障碍,但干扰信号还是多少会有。
而嫦娥四号作为第一个登陆月球背面的探测器,有“鹊桥”中继星作为通讯保障,既解决了干扰信号屏蔽问题,又解决了通讯控制的问题,所以它占据了利用月球背面进行极低频观测的绝佳条件。
在此前已经发射的鹊桥中继星上,已经携带了一台“荷兰-中国低频探测器”(NCLE),而这次嫦娥四号着陆器也携带了一台极低频射电频谱仪,这两台设备之间,是否可以产生某种互动?
这不仅是可能的,还是必要的。
因为虽然没有了来自地球的干扰信号,但中继星和着陆器自身也会产生一些干扰信号,怎样排除干扰是一个需要解决的问题。我在《在知乎盐Club,我是这样“重新定义”FAST望远镜的》一文中介绍了利用干涉原理排除干扰的基本概念,鹊桥和嫦娥四号之间,也可以利用这一原理进一步排除干扰。
而且在十米级的波长上,单一的小型天线是无法对天空进行任何成像的——要知道500米的庞然大物FAST望远镜,对21厘米波长的分辨率都远远不如我们的肉眼,更何况一个小小的卫星或着陆器上携带的小天线。所以从对天体成像的刚需来看,鹊桥和嫦娥四号也必须联合观测,才能对宇宙给出有意义的成图观测结果。
当然,鹊桥和嫦娥四号只是打开了以月球背面为基地进行超长波射电天文观测的大门而已,要想取得与其他天文观测窗口匹敌的精细图像与丰硕科学成果,还需要期待未来出现更多更具雄心的计划。
参考资料
Space-based Aperture Array For Ultra-Long Wavelength Radio Astronomy
嫦娥四号,主要就是要去登陆月之背面,月球虽然已经被美帝苏修登陆过很多次,还被美帝载人探测器插了旗子,但本质上还是块无主之地,既然是无主之地,那就要搁置争议,共同开发,特别是月球背面,咱们也得早早踏上一脚,以后才能说:“自古以来” 。
我们几百年前曾经错过了大航海时代,现在可不能错过星辰大海时代,月球只是个小小的码头而已。人类的航船还没有下海。
凌晨2点多的时候,我还在睡觉,嫦娥四号升空了。我老婆问我,嫦娥四号干什么去了,我迷迷糊糊说:到月球的背面,找御天敌去了。
我老婆大怒,揪我耳朵,说:“御天敌是什么玩意儿?说人话”。
我花了半天时间,才解释清楚,那是几年前一部美国电影《变形金刚:月黑之时》,擎天柱他们在月球的背面,找到了老领袖御天敌的躯体。
废话收起,我们来看看嫦娥四号,到底是去干什么了:
首先,登月不是个新鲜事儿,早在上世纪五六十年代,美苏争霸的时候,两国大搞宇宙空间探测竞赛,从1959年苏联月球探测器月球2号着陆月球以来,美苏两国加起来长达数十次登月,其中最著名的是美国“阿波罗计划”载人登月。而中国,作为新兴的全世界前三火箭技术和深空探测技术强国,也曾在2013年12月让嫦娥3号和玉兔号月球车成功登陆月球,并且传回了实时影像和照片。
但我们要注意,以上所有的登月,都是登陆于月球正面。
其实我们在地球上看到的月球,也都是月球的正面,由于引力的锁定,也叫“潮汐锁定”,月球永远只有一面朝着地球。这里科普一下,其实在月球形成的早期,月球并不是只有一面朝着地球的,那时候月球的自转速度比公转速度快,如果那时候有人类,甚至可以肉眼看到月亮在滴溜溜转,后来地月之间的距离拉开,月球自转速度变慢,月球自转和绕地公转的周期几乎一致。就变成只有一面朝向地球了。(不信的同学,可以拿两个鸡蛋自己演示一下,我敢保证你中学地理课肯定在睡觉)
1959年,苏联发射的月球3号探测器,在月球轨道上,拍下了一张月球背面的照片。后来的探测器又拍到了更多关于“月之背面”的照片,我们可以看到,月球背面的陨石坑,密密麻麻,就像一张大麻脸,比正面密集多了。这是由于天外陨石飞向地球的时候,先被月球的引力截获了,于是月球背面被砸得坑坑洼洼。
这一回的嫦娥四号,则是要登陆于月球背面,这是人类航天史上的头一遭。无论是美国还是苏联,他们的飞船和探测器,都未能去过月球背面。迄今为止,月球的背面还是人类着陆月球探测史上的空白,所以说,嫦娥四号这一回,也算是人类第一次触摸月球背面了。
但是登陆月球背面,是有难点的,因为月球总是正面朝着地球,那么背面的探测器就无法和地球通讯了,看过电影《阿波罗13号》的同学应该记得,当阿波罗13号绕到月球背面的时候,和地球直接的通讯就中断了,出现了一段时间的通讯盲区。所以,想要在月球背面登陆,需要解决通讯问题,不然地面上无法指挥遥控探测器着陆。
所以,中国航天人想出了一个方法,他们搭了一座“鹊桥”,也就是在月球背后的拉格朗日点上,提前设置了一颗通讯中继卫星,作为接下来地球和月球探测器、月球车之间通信的桥梁,称之为“鹊桥”。这个留在拉格朗日点上的“鹊桥”,早在今年五月份就发射到位了。
有人要问,什么叫做拉格朗日点?我敢保证你一定没有好好学大学物理和高等数学。拉格朗日点也叫做“引力平衡点”,一个小物体在两个大物体的引力作用下在空间中的一点,在该点处,小物体相对于两大物体基本保持静止,这个点,就叫做“拉格朗日点”。鹊桥在拉格朗日L2点上,相对于地球和月球,都是相对静止的,所以它能保持一个稳定的位置,才能起到未来的“通讯中继”功能。
当年的嫦娥二号,就是直接飞奔拉格朗日L2点进的。如今这个鹊桥很重要,不但可以帮助嫦娥四号登陆月球背面,还能作为我们继续进行深空探测的通讯中继星,避免更多的飞船通讯被月球屏蔽。
其实,在环地月L2轨道上放一颗通讯卫星,来为月球背面的任务提供通讯中继,这个想法早在1972年就已由NASA戈达德空间飞行中心的轨道设计专家Robert Willard Farquhar提出来了,但直到四十多年后的今天,才将首次由中国的鹊桥号中继星实现。“鹊桥”长什么样子?下图就是今年珠海航展上展示的“鹊桥”模型。这是人类历史上首颗月球通讯中继星。
最后一个问题,嫦娥四号跑到月球背面登陆,是要干什么?完成什么任务?
主要是对月球背面环境进行更科学地探索和分析,看一看有哪些稀有元素矿物,看一看有没有地下水,有没有的氢的同位素,同时会研究微重力环境下植物成长的情况。甚至,还试一试可不可以在月球上“种菜”——中国28所大学一起做了一个重3公斤的容器,里面种上土豆,还弄几条蚕在里面养,叫做“月球迷你生态圈”,我大中华真是时时刻刻忘不了种地这件事......
言归正传,这次嫦娥四号,还携带了一大堆高科技照相机、分析仪器去登陆月球背面,与嫦娥三号相比,新增加了低频射电频谱仪、月表中子及辐射剂量探测器、中性原子探测器等先进仪器,可以更加科学全面地分析月球背面的天文环境和物质构成。
主要是要在月球背面的南极-艾肯盆地进行探测,这个南极-艾肯盆地,其实是月球背面南半球的一个巨星陨石坑所在地,它是目前所知太阳系内最大的陨石坑,直径约为2480 km,深度达12.8 km。你可以想象,当年是何等巨大的一个天体,撞击在月球上,才能形成如此壮观的一个“天坑”。
1998年月球勘探者号获取的矿物成分分布数据显示,南极-艾肯这里不仅富铁,而且富钍。所以这次嫦娥四号的任务,就包括实地勘测南极-艾肯这个巨大的撞击盆地。当年的巨大撞击,有可能激发出了月球内部的物质,甚至包括“月幔”,嫦娥四号如果能够探测到这些物质,就有可能分析出月球的物质构成。
所以,星辰大海,始于足下,我们就等着嫦娥四号登陆月球背面的哪一刻吧。
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