到月亮的背面看一看

作者:郑永春 来源:《读者校园版》

  大家好,我来自中国科学院国家天文台,因为我的主要研究对象是月亮和火星,所以也有人叫我“火星叔叔”。

  月亮的背面有什么呢?研究月球的科学家所看到的是月海、月陆和环形山,它们是月球主要的3个地质单元。那些黑色的区域实际上是玄武岩的岩浆冷却之后形成的黑色石头。400年前,当伽利略把望远镜对准月球的时候,他看到一块块黑乎乎的地方,他以为那里是像地球上一样的海洋,所以他将其命名为“云海”“澄海”“静海”“风暴洋”,这些都是海的名字。但后来我们发现,它们其实是黑色的石头。

  那些白色的地方是更古老的斜长岩,也是白色石头堆积的地方。月球表面还有很多的撞击坑,这表明月亮在形成的过程中,遭受了很多小天体的撞击。

  中国唯一的一个月亮女神,不是嫦娥,而是太阴妙果素月天尊。她和太阳帝君、“五德”(金星、木星、土星、水星、火星合称“五德”)星君合称“七曜”。

  大家看到月亮的时候一定会想,月亮跟地球的大小对比是什么样的呢?月球的直径大约是地球直径的1/4,月亮的表面积大约是中国国土面积的4倍,是3800万平方千米,而月亮到地球的距离是38万千米。破解月球四大谣言

  关于月球有一些谣言,有人说“阿波罗”登月是假的,因为我们看到“阿波罗”登月后拍的月球照片上,天空中没有星星,所以它是在摄影棚里面拍的。其实,这些照片是白天在月球上拍的,在月球上,白天当然看不到星星。在地球上,白天也看不到星星。

  作为一名研究月球的科学家,我发现,月球跟地球之间有很多不同之处,比方说,月球上是完全没有液态水、空气、氧气的,因此,月球的土壤和矿物都是在没有液态水、没有氧气、没有空气的情况下形成的。月球的土壤里面,还有一种金属铁,是天然的单质铁,铁一旦接触地球上的空气和水,就会马上氧化成铁锈。但是在月球上,它就可以长期存在。我曾经亲手触摸过从月球带回来的土壤,磁性非常强,用一颗磁铁来吸引它,整坨土壤会随着磁铁的移动而移动。

  此外,月球上有一面激光反射镜,是“阿波罗”的航天员放置在月球上的。我们从地球上打一束激光到月球上,那面反射镜就会返回来几个光子,根据光子返回来的时间,我们就可以计算出地球跟月球之间的距离,最近是36万千米,最远是40万千米。而且月亮正以平均每年3.8厘米的速度逐渐远离地球。如果没有那面激光反射镜,我们是无法得到返回来的光子的。

  月球上还有地震仪,会监测月球的震动,我们根据月球的震动,能够了解它内部的结构。前不久,航天器拍到了月球表面高分辨率的图像,大约可以达到0.5米的分辨率。地球上的遥感卫星有时候也达不到这么高的分辨率。这些高分辨率的图像显示了“阿波罗”登月之后的登月舱、着陆器、月球车,连航天员走过的路线和月球车开过的痕迹,都还保留在月球上。

  第二个有关月球的谣言是,有人说世界各国都不探月了。

  在20世纪60年代末70年代初,由于美苏争霸,大量的探月航天器飞向月球,这是人类探月的第一个高峰。“阿波罗”登月成功之后,一直到20世纪90年代,在长达20多年的时间里,世界各国都很少再探月了。但是自20世纪90年代,特别是进入21世纪以来,世界各国又对月球产生了巨大的兴趣,越来越多的航天器登上月球,包括中国也成为探月行动新的一员。这表明,我们不是不探月了,而是正在掀起重返月球的热潮。

  2007年,中国发射了第一个月球探测器——“嫦娥一号”。“嫦娥一号”发布了第一幅月球图像,当时有很多人质疑这幅图像,说它可能是有错误的,也有人说,这幅图像是假的。因为月球的图像是一轨一轨拍出来的,我们在地面上把这些一轨一轨的图像拼接在一起,才能形成一幅完整的月球图像,但是这些图像在拼接的时候,会产生一些错位的现象,这就是为什么会有人质疑“嫦娥一号”拍摄的图像。但是,我们也没有必要专门来回应这些质疑,我们用“嫦娥二号”“嫦娥三号”“嫦娥四号”“嫦娥五号”等更多的探月器,获得更大的成功,来消除这些质疑。

  第三个有关月球的谣言是,有人说月球背面有外星人,他们拍到了月球上的外星人,拍到了金字塔、UFO甚至长达4000米的宇宙飞船,他们还说,有人在月球上晒太阳。

  但是,如果你把这些图像进一步放大,你会发现这些图片都是PS出来的。

  我们在地球上为什么看不到月球的背面?是因为地球跟月球之间实现了潮汐锁定,这就像我跟你之间有一个吸引力,但是我前胸受到的吸引力跟后背受到的吸引力是不一样的,这就会让我每天受到吸引力的牵扯,然后慢慢让我的自转和公转同步,所以在地球上,我们始终只能看到月球的正面,看不到月球的背面。但是,这种潮汐锁定实际上在太阳系的天体里非常普遍,比方说,太阳和水星之间,行星和卫星之间,太阳系外的其他恒星和行星之间,都会有这样的潮汐锁定现象。月亮的引力会引发地球上每天的两次涨潮和两次退潮,我们称之为“潮汐”。不仅地球上的海洋会有潮汐,其实地球上的岩石圈每天也会起伏60厘米,这叫“固体潮汐”。

  第四个有关月球的谣言是,有人说,月球的内部是空心的。

  我们常说上天容易入地难,在地球上入地三尺都非常困难,更何况在月球上无法实现人工打钻,可以想象,这是非常艰难的。但是科学家有办法。第一个办法,就是我們可以在月球上埋设月震仪,然后通过地震波的反射,来了解月球内部的结构。还有一个办法,航天器在月球上空飞行的时候,会受到月球的引力。如果航天器下面的月球的某一块区域质量比较大、密度比较高,那么航天器的轨道就会下降一点,因为此时月球对它的引力大一点。如果下面是比较空的,那么它的轨道就会上升一点。所以通过分析航天器在月球上空飞行的高度,我们就可以知道月球的内部结构和它的物质成分,以及月球上的某些地方质量比较密集,跟人长瘤子一样,我们把它叫“质量瘤”。虽然月球上的某些地方比较疏松,但这并不代表月球的内部是空心的。

  新的月球观正在形成

  以前我们认为,月球是彻底无水的,是一个完全干燥的天体,但我们现在认为,月球可能是潮湿的。特别是在月球南北极的深坑里面,太阳永远照不到的地区——永久阴影区,这样的地方可能会有水冰,并且我们现在已经探测到了水存在的证据。

  以前我们认为,月球已经完全冷却了,但是我们现在发现,月球的内部可能仍然有一些温热的地方。

  以前我们认为,月球在30亿年前已经僵死了,但是现在我们发现了月球上最年轻的岩浆活动,这表明它死得并没有这么早。

  “嫦娥一号”和“嫦娥二号”的卫星上各有一个微波探测仪,它可以通过微波波段来看月亮。因为微波的波长比我们看到的可见光的波长要长得多,所以,我们就可以认识到月球更深层的一些物质的性质。这也是全人类第一次从微波波段来观察月亮。

  通过分析微波探测仪所采集到的数据,我们得到了第一幅全月球的微波圖像。

  到“嫦娥二号”的时候,因为分辨率的提高,我们可以更清楚地看到月球上的热分布情况。

  我们看到,白天的时候,有些地方会特别热,就是那些暖色调的地方;晚上的时候,有些地方会特别冷,就是那些冷色调的地方。我们在月球上发现了很多热区和冷点,然后我们分析它为什么会白天热、晚上冷。为了解决这个问题,我们需要借助于其他数据来分析,比方说,我们用氧化亚铁和二氧化钛这些金属元素含量分布的数据,来佐证那些热的地方实际上是白天吸热能力比较强的地方,也是钛铁矿含量比较高的地方;那些晚上比较冷的地方,实际上是石块比较多的地方。

  如果去过沙漠或沙滩,我们就会有一个感受,白天被太阳晒得特别烫的石头,晚上往往会变得冰凉。根据这些,我们就可以研究月球表面土壤的厚度,以及土壤的一些性质。神秘的月球背面

  月亮的背面到底是什么样子的?它跟正面真的不一样,主要体现在几个方面:第一,月亮背面的月壳更厚一点;第二,月亮背面更古老一点,撞击坑会更多一点;第三,月亮背面的月海较少,整个月球上有22个月海,其中19个在月球正面,月球背面只有3个。

  是什么原因造成了月球正面和背面的差异?这也是科学家想要探究的一个问题。

  整个太阳系里面最大、最深的盆地叫艾特肯盆地。我们的“嫦娥四号”很快就要着陆在这个盆地里面的冯卡门撞击坑,这个地方之前是没有航天器着陆过的。最神奇的是,这个地方虽然最大、最深,却没有岩浆冒出来,所以,科学家希望研究出为什么会出现这种现象。

  为了能够让大家对月球产生更大的兴趣,了解更多关于月球的知识,我制作了一幅月球全图,希望大家每天晚上都可以通过这幅图,去学习有关月亮的知识。

  我觉得,科学家不仅要探索未知,更要传播真知,这是科学家的两大使命。大家也知道,中国科学院国家天文台在贵州省建设了一个全世界最大的天眼,它实际上是射电望远镜,也是从微波波段来探测宇宙的。

  在地球上探测宇宙,会受到地球上很多“噪声”的干扰,所以,射电望远镜收到的绝大部分声音其实是“噪声”。我们要通过“噪声”来探测来自宇宙的声音。如果是在月球背面,这些完全不足为虑。我们地球上的无线电“噪声”根本没有办法到达月球的背面。所以,月球背面是一个无线电的宁静区,如果在那个地方架设射电望远镜,我们就可以听到宇宙呼吸的声音,可以听到宇宙中更微弱的信号。

  科学家的使命是探索未知,我们也希望把探索未知的乐趣分享给大家,这就是我们传播真知的过程。

  人类对太空的探索将永不止步,谢谢大家。