为什么要登陆月球背面?
2018年12月30日,嫦娥四号探测器成功实施降轨控制,进入近月点约15公里环月轨道。后续,将择机实施动力下降,实现国际首次月背软着陆。嫦娥四号着陆区——月球背面南极-艾特肯盆地,是国际月球科学研究的热点,具有最大、最深的撞击坑,表面溅射物质多样,保存环境稳定,人类探测器从未造访,探索研究价值巨大。今天一起了解一下月球背面的科学探测意义。
(1)开展月基低频射电天文观测与研究。利用月球背面独特的无线电环境,开展太阳爆发产生的低频电场及其变化的探测,获取100kHz~1MHz频段射电天文观测数据,研究太阳低频射电特征和月表低频射电环境,填补国际空白。在行星际激波、日冕物质抛射和高能电子束的产生机理等方面取得原创性的成果。
宇宙天体起源演化是自然科学中的基本问题之一,利用射电望远镜对来自宇宙的射电辐射进行探测是研究这一问题的重要手段。本次在月球背面开展低频射电探测,还将为解决如宇宙的暗黑时代以及黎明时期等重大的科学问题,提供新的途径、方法、探测资料和信息,在为后续的探测奠定科学和技术的基础。
(2)开展月球背面巡视区形貌和矿物组份探测与研究。通过对月球背面开展形貌、物质组成的就位综合探测,获取古老月壳物质组成特征等重要成果。
嫦娥四号着陆区和巡视区位于月球南部艾肯盆地,其作为月球三大地体之一,是构成月壳的重要组成部分。同时,艾肯盆地是月球上最古老、最大的撞击坑,基于着陆区的形貌和矿物组份探测,可获得月球背面与深部的物质组成新认识,并就位探查太阳系最大撞击坑的冲击变质特征。基于着陆器和月球车搭载的各种相机,将获得着陆和巡视区的高分辨形貌影像;基于光谱仪将获得该区域月壤和巡视路线上不同石块的矿物组成,以及太空风化程度。可望建立月球深部物质组成模型,并进而对月球岩浆洋模型给出新的实验观测限定;揭示该最早、最强烈撞击事件的特征。并探知月球背面月幔的物质组成。
(3)开展月球背面巡视区浅层结构探测与研究。通过月壤厚度和月壳浅层结构的就位探测,结合地形地貌与物质组成的探测结果,获取对月壳早期演化历史的新认知。
根据已有的认识,月球形成之后,可能经历了一个高温的、全球性岩浆洋的结晶阶段。月球岩浆洋的分异结晶形成了富铁镁质的月幔,以及富斜长石的月壳。这些古老的斜长石质月壳主要分布在月球背面,而月球正面分布有大量撞击盆地,并被后期年轻的玄武岩所充填。对月球背面的巡视探测有望获得新的认识,揭示月球壳-幔分异过程,揭示月球背面玄武岩浆的活动历史。另外,对判定太阳系(尤其是内太阳系)是否存在39亿年晚期密集轰击事件,具有决定性的作用。
(4)开展地月L2点低频电磁波环境背景探测和月表粒子辐射剂量测量、中性原子测量等,为月球背面辐射环境等研究获取第一手数据。
月球基本没有大气层,太阳风和太阳辐射、宇宙线等可直接到达月面,与月表相互作用,形成特有的近月面空间环境,包括月面的等离子体环境、月面带电和尘埃环境以及月面粒子辐射环境。月面空间环境的形成,涉及到许多微观的物理过程,主要有:太阳风粒子在月面的溅射/反射;太阳风与月球磁异常作用形成的微磁层;空间高能粒子与月面的作用;月面带电与等离子体鞘层;等等。这些过程不仅与入射的粒子、辐射状况有关,还涉及到局部的形貌、磁场等地质条件。只有在月面开展原位测量,才能深入了解其实质。进一步认识月表辐射环境,为未来月面科考站的建设乃至保障航天员登月的安全,提供观测依据。