嫦娥4號發射成功：去往從未踏足過的地方，需要一點勇氣

海說神聊京時候12月8日凌晨2:23，嫦娥4號月球探測器在西昌衛星發射中間，由長征3號乙改型（CZ-3B）運載火箭發射升空。

官宣了（圖片來歷：@中國航天科技集團）

2019年1月3日上午10:26，顛末26天的飛翔，嫦娥4號月球探測器順遂著陸在月球后背東經177.6°，南緯45.5°的預選著陸區中，當作為人類首顆當作功軟著陸月球后背的探測器，并經由過程鵲橋中繼星傳回了宿世界第一張近距離拍攝的月背影像圖。這是中國探月工程“繞、落、回”打算的第二階段，也是繼5年前的嫦娥3號使命當作功完當作之后我國深空探測史上的新篇章。

當日下戰書15:07，海說神聊京航天飛翔節制中間經由過程“鵲橋”中繼星“標的目的嫦娥4號發送兩器分手的指令。22:22，月球車順遂踏上月球后背！月球車的名字也同步揭曉——玉兔二號將接替玉兔號月球車，盡力當作為”看星星最多的兔子“！

玉兔號vs玉兔二號（圖片來歷：探月工程）

嫦娥4號使命包羅一枚著陸器和巡視器（月球車）的組合體。

嫦娥4號著陸器（上左）和月球車（上右）的模子（圖片來歷：航天科技集團）

著陸之后的嫦娥4號會打開太陽能電池板，將天線指標的目的中繼星傳回訊號，并于幾個小時后釋放月球車。我們即將再次看到著陸器和月球車汗青性的兩器互拍！

2013年12月15日，嫦娥3號落月6個小時后，著陸器的地形地貌相機和月球車玉兔的全景相機互拍▼

（圖片來歷：新華社）

這是1月3日嫦娥4號著陸器的下降相機拍的▼

（圖片來歷：CLEP）

這是1月3日嫦娥4號著陸器的監督相機C拍攝的著陸點南側月球后背圖像▼

月球車將朝這個偏向駛標的目的月球概況（圖片來歷：CNSA/CLEP[1]）

難以“觸及”的月之后背

本次嫦娥4號使命打算著陸在月球后背，這是人類初次測驗考試著陸和實地探測月球后背，也將是對我國軌道節制、著陸和通信手藝的龐大挑戰。

因為被地球的引力鎖心猿意馬（也就是“潮汐鎖心猿意馬”），月球始終只有不異的一面朝標的目的地球，這導致地球上的我們永遠只能看到月球的正面。不外，需要注重的一點是，“月之后背”并不是“月之暗面”，事實上，月球的后背和正面城市輪流被陽光照射到。

（圖片來歷：作者建造）

人生代代無限已，江月年年只相似。▼

任時空流轉，月亮的臉從來不曾改變（圖片來歷：[2]、維基）

盡管自1959年蘇聯的月球3號傳回了第一張月球后背的影像以來，人類已經派出上百艘探測器在環抱月球飛翔的過程頂用各類遙感手段把月球后背的影像、光譜、當作分、重力等各類信息“看”了個清清晰楚。

第一張月球后背影像。左邊的暗色區域別離為危海、史姑娘海、界海；下方為南海；右上為莫斯科海（圖片來歷：維基）

但著陸探測又是另一回事了。

確實，自1958年起頭測驗考試摸索月球以來，人類和無人探測器已經當作功著陸過月球數十次，總計有20臺著陸器，6臺月球車，12個宇航員平安上過月球概況這塊不算遙遠但依然神秘的地盤，此中包羅我國2013年12月當作功著陸的嫦娥3號著陸器和玉兔號月球車。

但這些著陸使命全數位于月球正面。▼

人類今朝為止所有當作功的月球軟著陸使命，包羅美國的勘測者號（Surveyor）系列，蘇聯的月球號（Luna）系列和美國的阿波羅號（Apollo）系列。而月球自1976年后再一次迎來來自地球的著陸器，就已經是近40年后的嫦娥3號了（圖片來歷：維基）

到今朝為止，月球后背仍是人類著陸探測史上的空白▼

（圖片來歷：作者建造）

前路險阻，“鵲橋”先行

著陸后背比擬于正面有良多堅苦，但最主要的一條是通信障礙。因為被地球潮汐鎖心猿意馬，月球后背的探測器無法和地球直接通信。這也是之前美國和蘇聯數個月球著陸使命都放置在月球正面的一年夜原因。

為了共同嫦娥4號挑戰月球后背，我國已在半年前（5月21日）預先發射了一枚通信中繼衛星“鵲橋”，作為接下來的著陸器/月球車與地球進行通信的“橋梁”（詳見嫦娥4號中繼星“鵲橋”發射當作功：一橋飛架南海說神聊，天塹變通途）。

本年珠海航展中展出的1:3鵲橋模子（圖片來歷：作者建造）

這枚通信中繼衛星已于6月14日順遂抵達預心猿意馬的地月拉格朗日L2暈軌道（halo軌道），就等著為嫦娥4號的兩位本家兒角辦事了。

（圖片來歷：吳偉仁等）

但堅苦的另一面，也是機緣。因為沒有地球年夜氣層的干擾，月球后背著得天獨厚的天文不雅測情況，本次嫦娥4號也會充實操縱月球后背的不雅測優勢。

嫦娥4號的奔月之路

2018年12月8日凌晨2:23，嫦娥4號月球探測器在西昌衛星發射中間，由長征3號乙改型（CZ-3B）運載火箭發射升空。長征3號乙改型（CZ-3B）運載火箭搭載嫦娥4號發射升空（圖片來歷：新華網）

12月12日16時45分，顛末約110小時的地月轉移軌道后，嫦娥4號探測器當作功實施近月制動，進入了近月點約100公里的環月軌道。這段旅程比破費了112個小時的嫦娥2號、3號和鵲橋號快了2個小時，并且因為軌道精確，預心猿意馬的三次軌道批改最終只執行了一次，第三次和第一次都打消了。

不外，因為嫦娥4號入軌的時辰是后背著陸區的夜晚（月球上一個白日是14個地球日，一個夜晚也是14個地球日），所以比及了夜晚曩昔早晨到臨，才起頭籌辦著陸。在這段期待期里，嫦娥4號也沒閑著，而是睜開了一系列籌辦工作：包羅2次環月軌道批改，與“鵲橋”中繼星進行了4次中繼鏈路測試，開展了激光測距、三維當作像、微波測距測速等導航敏感器在軌測試等等[3]。

12月30日8時55分，嫦娥4號探測器在距月面平均高度約100公里的環月軌道上當作功變軌，降軌進入近月點高度約15公里、遠月點高度約100公里的環月軌道，順遂進入預心猿意馬的月球后背著陸籌辦軌道[3]。

嫦娥4號著陸在哪里？

嫦娥4號著陸的處所位于南極-艾特肯盆地（簡稱SPA）中的馮?卡門撞擊坑內，是一個盤踞月球后背南半球的巨型隕石坑。

盤踞月球南半球的SPA盆地，紅圈是盆地的表里環年夜致鴻溝，外環標記著SPA盆地的延長規模。（圖片來歷：作者按照LROC WAC影像和[4]繪制）

對南極-艾特肯盆地的熟悉轉變，貫串了人類短短幾十年的月球探測史。

早在20宿世紀60年月初甚至更早，地基天文不雅測者們就已經注重到月球后背南半球很可能有一個年夜型盆地[4]（我們凡是把直徑300公里以上的撞擊坑叫做撞擊盆地），因為它的一小部門有時辰會從正面不雅測到一點陳跡。

但直到1968年蘇聯的Zond 6號探測器傳回了這一區域的照片，人們才最終確定了這一區域的存在[6,7]。

再直到1994年的克萊門汀號探測器，人們才從地形數據中真正熟悉到了SPA盆地的輪廓，還告訴我們這里略微有一點富鐵。

克萊門汀時代認為的SPA盆地規模。越紅代表越高，越紫代表越低（圖片來歷：NASA）

再然后，1998年代球勘察者號獲取的礦物當作分分布數據又告訴我們這里不僅富鐵，并且富釷，并且SPA盆地其實并不是一個正圓，而是一個2400×2050公里的橢圓。也就是說，昔時阿誰小天體是以一個切近地面的小角度傾斜撞擊過來的。

SPA盆地的表里環鴻溝，以SPA盆地的中間為圖像中間（圖片來歷：[2]）

不外，之所以叫南極-艾特肯盆地，并不是暗示這個盆地位于南極的意思，事實上，SPA盆地的內環中間年夜約在53.2°S，168.9°W，距離南極仍是很有一段距離的。

南極-艾特肯盆地是以盆地邊緣兩端的兩個處所——月球南極+艾特肯撞擊坑的名字結合定名的。

（圖片來歷：LRO）

這種定名體例似乎是20宿世紀70年月末期行星地質學家們定名盆地的一種“時尚”，事實上，那段時候出產的地質圖里，除了南極-艾特肯盆地之外，還降生了孟德爾-里德伯盆地（翻譯一下就是“一個被孟德爾撞擊坑+里德伯撞擊坑圈心猿意馬規模的盆地”）、庫侖-薩爾頓盆地、穆圖什-佛拉哥盆地、弗羅因德利希-沙羅諾夫盆地等多個近似盆地的定名。

所以說，“南極-艾特肯盆地”這個詞是不克不及拆開單用的，“南極的艾特肯盆地”之類的表達也是不合錯誤滴。

南極艾特肯盆地對我們熟悉月球有不成替代的主要和特別意義。這也是本次嫦娥4號選擇這個區域的原因。

起首是年夜。

SPA盆地是太陽系中今朝已知的最年夜的撞擊盆地之一。它可以幫忙我們領會太陽系中的超年夜型撞擊事務的過程是如何的，會帶來什么。

其次是深。

SPA盆地深達13公里，是月球上最深的撞擊盆地。這意味著昔時的撞擊事務很可能挖出了月殼深處甚至月幔的物質，這些挖掘出的物質，會是我們研究月球內部當作分的鑰匙。

然后是古老。

據估量，SPA盆地形當作于月球的前酒海紀（39.2億年前），是月球上最古老的年夜型撞擊盆地之一。想要成立月球45億年的漫長汗青，SPA盆地是一個至關主要的環節。

欲善其事，先利其器——嫦娥4號帶了什么儀器？

作為嫦娥3號的備份機，嫦娥4號不管是外形仍是攜帶的科學儀器都很年夜水平上擔當了嫦娥3號，兩者都由一臺著陸器和一臺巡視器（月球車）構成，乍一看的確傻傻分不清晰。

（圖片來歷：CNSA）

不外，若是知道它們現實帶了什么科學儀器，就很好分辯啦！

嫦娥3號和嫦娥4號都各自攜帶了8個科學儀器，嫦娥4號按照現實探測方針和探測情況的轉變對攜帶的科學儀器做出了新的調整[8]。

（圖片來歷：作者建造）

嫦娥4號在嫦娥3號的根本上保留下來的儀器們本家兒要用于拍攝著陸過程和著陸區四周的照片（著陸相機、地形地貌相機、全景相機）、探測月球車沿途的礦物當作分（紅外當作像光譜儀）和淺表層布局（測月雷達）；而替代的新儀器們（低頻射電頻譜儀、月表中子及輻射劑量探測器、中性原子探測器）則偏重于操縱月球后背得天獨厚的天文情況進行摸索性不雅測。

尤其是低頻射電頻譜儀，它一方面將充實操縱月球后背無干擾的低頻射電天文情況，填補0.1~40 MHz規模內的射電不雅測空白；另一方面還會與鵲橋中繼衛星上攜帶的我國與荷蘭合作研發的低頻射電探測儀（NCLE）協同不雅測，互為驗證和彌補。

這既是此次使命的新測驗考試，也是中國與其他國度合作探測、共享數據的主要里程碑。

3根5米長的低頻射電頻譜儀天線是嫦娥4號著陸器與嫦娥3號外形上最顯著的區別▼

（圖片來歷：作者建造）

而嫦娥4號月球車因為不再攜帶粒子激發X射線譜儀，所以也就不需要機械臂了▼

（圖片來歷：作者建造）

此外，本次嫦娥4號使命還將初次測驗考試成立月面微型生態系統，它將攜帶馬鈴薯種子、擬南芥種子、果蠅，驗證動植物在月面太陽天然光照和低重力前提下的發展狀況。

總之，這些不雅測將有助于人類加深對月球地質、月球的保存和摸索情況、月球后背怪異的射電天文情況的熟悉。

發射前

固然三姐鼓動勉勵我們：別嚴重，去月球探險就當是春游。

可是…仍是好嚴重啊…那究竟結果是從沒有人去過的處所啊！

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（圖片來歷：寒花繪制、haibaraemily設計）

發射后

ByeBye！我們要去月球啦！

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（圖片來歷：寒花繪制、haibaraemily設計）

參考文獻：

[1]http://www.xinhuanet.com/photo/2019-01/03/c_1123942403.htm

[2]http://www.maps-of-the-world.net/space-maps/maps-of-the-moon/

[3]國度航天局 | 嫦娥四號探測器當作功實施環月降軌節制

http://www.cnsa.gov.cn/n6758823/n6758838/c6804993/content.html

[4]Garrick-Bethell, I., & Zuber, M. T. (2009). Elliptical structure of the lunar South Pole-Aitken basin. Icarus, 204(2), 399-408.

[5]Hartmann, W. K., & Kuiper, G. P. (1962). Concentric structures surrounding lunar basins. Communications of the Lunar and Planetary Laboratory, 1, 51-66.

[6]Rodionov, B. N., Isavnina, I. V., Avdeev, Y.F., Blagov, V. D., Dorofeev, A. S., Dunaev, B. S., ... & Mikhailovskii, A.B. (1971). New data on the Moon's figure and relief based on results from the reduction of Zond-6 photographs. Cosmic Research, 9, 410

[7]D.E.Stuart-Alexander, U.S. Geol. Surv. Map l-1047 (1978).

[8]吳偉仁, 王瓊, 唐玉華, 于國斌, 劉繼忠, & 張瑋等. (2017). "嫦娥4號"月球后背軟著陸使命設計. 深空探測學報, 4(2), 111-117.