原標題:真正的月背之旅開始了



嫦娥四號著陸器地形地貌相機環拍全景圖(圓柱投影) 國家航天局供圖

著名科幻作家艾薩克·阿西莫夫曾在35年前預言:到2019年,我們將重新“進軍”月球。那時,不是某個國家的“單打獨鬥”,而是一種大規模的國際力量;不是隻收集月球岩石,而是建立一個采礦站。

阿西莫夫隻說對了一半。

此時此刻,在月球背面南極-艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑內,來自中國的嫦娥四號和玉兔二號,正代表全人類進行首次月球背面之旅。

不過,這次月背之旅,既不全是中國的“單打獨鬥”,也並非大規模的國際力量。嫦娥四號和玉兔二號身上背滿了十八般“武器”,這其中有3台科學載荷,是中國分別和荷蘭、德國和瑞典合作,攜手共同探索月球背面的這片處女地。

科幻作家預測得不夠準確,網絡世界一些不著邊際的猜想,似乎更顯得荒誕:汽車人、外星基地……然而讓“猜想家”失望的是,截至目前,中國的第四次奔月之旅尚未發現這些現象。

1月10日,經過近一周的“午休”, 巡視器玉兔二號醒來,並於1月11日和著陸器嫦娥四號“確認過眼神”,然後兩器互拍留下“美照”。此後,玉兔二號“告別”嫦娥四號,開啟真正的月背之旅——科學探測。



玉兔二號巡視器全景相機對嫦娥四號著陸器成像。國家航天局供圖

月背上的“國旗手”

不少人還記得,2013年12月15日,嫦娥三號和玉兔號月球車彼此凝望,完成互拍。那一刻,它們胸前的五星紅旗圖案,吸引了全世界的目光。

如今,嫦娥四號再次帶著國旗在太空打上中國標識。2019年1月11日,中繼星“鵲橋”號首次傳回嫦娥四號攜帶五星紅旗的清晰全景照片。

國家航天局對外發布了照片,五星紅旗清晰可見。一個疑問隨之而來:月球上國旗的顏色與地面上的一樣嗎?

“如果我們能夠到達月球,會看到和地面上同樣鮮豔的五星紅旗。”航天科技集團五院510所嫦娥四號月球探測器國旗研製專家告訴記者,太陽光在穿過大氣層到達地面時,人眼可以識別的可見光部分變化很小,可以認為可見光在包括月表在內的大氣層外,與地面是一樣的。

唯一的區別,僅僅在於月表的可見光光照強度比地面略大一些。專家稱,探測器國旗在月表對於可見光的反射情況,與地面是相同的,相應地,月球上看到的國旗顏色與地面上也是一樣的。

不過,嫦娥四號和玉兔二號身上的國旗材質,和地面上常見的國旗有著“天壤之別”。

常見的國旗,一般由化學纖維織物、絲綢、棉布等紡織品製作,當然也有以紙張、塑料等材料製作的國旗,而月球探測器的國旗,則是由一種叫聚酰亞胺的有機高分子薄膜材料製作的。五院510所專家稱,這種材料在-200℃至200℃的溫度環境下都可以應用。

在地球上,衣物不能在烈日下長時間暴曬,否則會褪色;衣物一般不能用熱水洗滌,否則會變形;安放於室外的彩色廣告牌經過一段時間的風吹日曬會褪色……這些現象究其原因,都是紫外線、溫度等環境因素對材料的影響和破壞作用。用紡織品等製作的國旗,自然也不例外。

月球上也會如此嗎?五院510所專家給出的答案是:地面常見國旗材料無法經受月表環境考驗,很快會褪色、變形、甚至分解。

第一,月表的溫差達到300℃以上,溫度最低在-180℃以下,最高在130℃以上;第二,月球表面不存在大氣,和空間環境即宇宙空間一樣,屬於真空狀態;第三,月球上,太陽產生的紫外線非常強烈;最後,月球表面還存在宇宙射線和高能粒子的輻照作用。

相比之下,地面上溫差也就幾十攝氏度,同時有大氣層的保護,空間粒子和大部分紫外線被隔絕後,傷害已經“溫柔”不少。月球上更為惡劣、苛刻的環境,對科研人員專門打造的月球國旗自然也是一種挑戰。



嫦娥四號著陸器地形地貌相機對玉兔二號巡視器成像。國家航天局供圖

月背上的“攝影師”

說到月球背面上的國旗照,自然就要提起這張照片的“攝影師”——玉兔二號。更準確點說,是玉兔二號身上攜帶的全景相機。

這台相機,和嫦娥三號上搭載的全景相機是“雙胞胎”,由中科院西安光機所同時研製生產。它放置在玉兔二號的桅杆上,距離月面1.5米,遠遠看去就像玉兔二號的“眼睛”。

全景相機載荷主任設計師楊建峰透露,全景相機可以以桅杆為中心旋轉,拍攝周邊的地形地貌。相機分為黑白和彩色兩種模式,分辨率和人眼相當。

至於給玉兔二號拍照的,則是嫦娥四號身上的地形地貌相機,該載荷由中科院光電技術研究所研製。

載荷主任設計師鍾傑告訴記者,地形地貌相機安裝在嫦娥四號的雲台上,受雲台控製,可對周圍進行360°成像,獲取著陸器周圍的光學圖像,用於月球地形地貌的科學考察。

當然,月背上的攝影師遠不止這兩位。事實上,在嫦娥四號抵達月球背面之前,就有4台神秘的小相機開始工作,包括3台監視相機和1台降落相機,均來自航天科技集團五院508所。

這4台小相機如同一個媒體團,在嫦娥四號到達月面之前,便做好了分工和準備,拍得拍,攝得攝,錄得錄,傳得傳,隨時待令為全球開啟“月背”探索的視覺盛宴。

以降落相機為例,它負責“直播”降落全程。嫦娥四號著陸器要降落在月球背面的艾特肯盆地——這是月球上規模最大、最古老的撞擊盆地,對它的研究有可能揭露下月殼甚至上月幔的物質狀況。

降落相機就安置於嫦娥四號著陸器的底部艙內,在著陸器降落過程中,降落相機便以較高的幀頻拍照,獲得大量真實的月球表面信息,這些可以直觀地反映月球表面地貌特征和區域地質情況,提升人類對月球的認識。

最讓普通公眾感興趣的,還是那種身臨其境的視覺衝擊感。降落相機便可以獲得與人類視覺習慣相近的月面景觀,所傳送的光學圖像,可生動如實地描述著陸器降落的全過程。

至於監視相機,名氣就更大了。1月3日,嫦娥四號傳回世界第一張近距離拍攝月背影像圖,隨即刷爆網絡——那張圖就是監視相機C所攝。

監視相機一共3台,分別稱為監視相機A、監視相機B、監視相機C。五院508所專家告訴記者,監視相機,主要任務是對巡視器與著陸器的釋放分離過程進行全程監視,實現兩器解鎖、巡視器駛離連接支架、臍帶電纜脫離、行駛至轉移機構、釋放分離等關鍵過程的監測,提高探測器系統月表活動的展示度。

這些相機,隻有巴掌大小,看起來與平常使用的數碼相機無二,輕的三四百克,重的不過700克。

不過按照五院508所專家的說法,這些小家夥都集成了光、機、電、熱等多項先進技術和自動曝光、實時圖像壓縮等智能化功能,在太空惡劣的輻射、溫度環境下,能承受發射時的強烈衝擊和振動,更具長壽命、高可靠性能,是真正輕小便攜的“航天智造”。

月背上的“科學家”

嫦娥四號著陸月球背面的消息發出後,人們不斷追問:為何要到月球背面去,到月球背面究竟能發現什麼?這些問題都有望從月球背面上的“科學家”——嫦娥四號和玉兔二號身上的科學載荷那里得到答案。

以3台國際合作的載荷為例,中科院國家空間科學中心副主任、中科院月球與深空探測總體部主任鄒永廖稱,我國針對月基低頻射電天文觀測研究和月面中子輻射劑量、中性原子等月球環境探測研究的科學目標,搭載了低頻射電探測儀、中性粒子輻射劑量探測儀、中性原子探測儀等3台載荷。

這其中,中性原子探測儀搭載在玉兔二號身上,主要對月表的中性原子進行測量,這是中國、瑞典合作的有效載荷。

中方首席專家張愛兵說,之所以要測量月表中性原子,主要目標就是在月表上測量太陽風和月表相互作用之後產生的中性原子,包括太陽風本身的離子獲得電子後產生的中性原子,和月球表面被濺射出的中性原子。該儀器使科學家可以進一步深入研究太陽風與月表的相互作用。有科學家認為太陽風氫離子可能與月表中的氧相結合形成水,這也是研究的內容之一。

當然,作為嫦娥三號的備份,嫦娥四號身上的不少載荷,是直接從“三姐”那里繼承過來的,比如測月雷達、紅外成像光譜儀。

紅外成像光譜儀是此次任務中唯一一台器上可以進行化學成分分析的設備,由中科院上海技物所研製生產。

與相機不同,光譜儀可對每個“很窄”的帶寬顏色進行成像,因而觀測的尺度更加微觀。這個“很窄”有多“窄”?載荷副主任設計師徐睿說,該儀器可以看到月面0.1米分辨率的月表礦物特征,同時,還能夠在紅外波段對目標的光譜成分進行有效探測。

如今,隨著玉兔二號醒來,這些科學載荷都已陸續開機。放眼月球背面,依舊渺無人煙,人們通過中繼星“鵲橋”號所能看到的,仍隻有嫦娥四號、玉兔二號,以及它們胸前閃耀著的五星紅旗。

來源:中國青年報