月球背面隱藏著什么秘密?為什么人類對月球背面這么執著?

月球的背面,由美國國家航空航天局的月球勘測軌道飛行器拍攝。來源:NASA/Goddard/Arizona State University

在圍繞著我們運行的軌道上受到太陽不同程度的照耀,月亮每個月都向我們展示著它那張微笑著的“月中人”臉(月球正面的陰影部分像一個人形),然而,由于它的軌道動力學,我們從地球上永遠只能看到月亮的一個面,對于月球背面,我們卻一直沒有機會一睹芳容。

不過嚴格來說這種說法并不夠嚴謹。月球在天空中沿著橢圓的軌道運行,而在運行過程中,由于其位置的變化,月亮會產生輕微的搖擺,這意味著我們可以看到一絲月球的背面;在一年的不同時間中,我們可以從地球上看到59%的月球表面。但是,直到第一次探月任務繞月飛行之前,人們對月球背面那邊究竟有什么還一無所知。

人們常常錯誤地認為月球的另一邊是常年黑暗的,但相反,它和月球近地的那一面一樣也會經歷晝夜循環。當我們看到近地的那一半月亮被太陽照亮,形成半月形或新月形時,月球另一面也有一半同時被照亮著。而當我們看到新月時,月球背面則是大白天,而當我們看到月亮圓的時候,月球背面則是大晚上。

我們只能看到月球一個面的原因是一種被稱為“潮汐鎖定”的現象。月球大約每27天自轉一次,這相當于繞地球一周的時間。它的旋轉速度就意味著當它繞地旋轉的時候,我們看到的月球面總會是大致相同的。

阿波羅16號登月艙飛行員查理·杜克(Charlie Duke)說:“月球表面的每一個地方都會經歷兩周的白天和兩周的夜晚,當初阿波羅16號(Apollo 16)的著陸地點在笛卡爾環形山,我們著陸的時候還是清晨。我們是第五次登陸月球的任務,那里真的是一個激動人心的地方?!?/p>

月球背面隱藏著什么秘密?為什么人類對月球背面這么執著?

在阿波羅16號登月任務中,查理·杜克成為了最年輕的月球漫步者。來源:美國國家航空航天局

大約60年前,在太空競賽的早期,蘇聯的“月球3號”宇宙飛船使我們第一次得以看到神秘的月球背面。1959年,在將Sputnik 1送入軌道僅僅兩年之后,俄羅斯工程師成功地將這艘以今天的標準看來很粗糙的“月球3號”航天器送入繞月軌道,我們才第一次看到了神秘的月球背面。

月球3號總共拍攝了29張月球背面的照片,這些照片都是用照相技術在航天器上沖洗、固定和干燥的。但諷刺的是,航天器使用的膠卷是從美國間諜氣球上偷來的,因為這些膠片必須非常堅固并且防輻射。

該航天器結合使用兩個攝影機系統,一個寬視場和另一個分辨率較高的窄視場,以及一個粗糙的機載掃描儀,用于將處理(點掃描)后的圖像傳回前蘇聯的接收站。雖然在拍攝的29張照片中,只有17張照片成功地傳回了地球,其中只有6張照片被認為足以對公眾發表,但它們仍然被證明是一種啟示。

這六張照片覆蓋了月球背面70%的面積,為人們了解月球表面打開了一個全新的視角。人們幾乎可以立即就可以看出,月球背面完全沒有近地月球面上的那些黑斑。近地月球面的那些暗斑是玄武巖平原,被稱為“月?!?,是數十億年前月球上的火山活動造成的。而相反,月球背面布滿了火山坑,甚至比近地面更多,其中的一些火山坑有一個小國那么大。蘇聯人開始命名他們第一次看到的許多特征,這一舉動在冷戰的鼎盛時期引起了一些爭議。

我們已經對其中一個巨大的新隕石坑有了初步的了解,它實際上是在月球背面那一邊為數不多的月海之一。自1906年朱利葉斯·弗朗茲“發現”Mare Orientale以來,這個已知的最大的撞擊坑之一逐漸為人所知,它最細微的跡象在月球的邊緣出現,在月球適當地搖擺、將那一部分向我們旋轉時,我們就能看到它。

從月球3號拍攝的照片顯示了Orientale 隕石坑有多么巨大,就像一只牛眼。它的直徑約560英里(900公里),差不多是一個英國的長度,在大約40億年前由一顆小行星撞擊造成,寬約40英里(64公里)。由此形成的巨大火山口被稱為“撞擊盆地”,隨后充滿了火山熔巖。

月球背面隱藏著什么秘密?為什么人類對月球背面這么執著?

第一張月球背面的照片,由蘇聯的月球3號飛船傳回。

1965年,蘇聯的另一項任務“探測器3號”(Zond 3)搭載了比“月球3號”更好的照相機,能夠進行包括光譜分析等更詳細的科學觀測。探測器3號拍攝了23張非常詳細的月球背面照片,這使得第一批月球表面的詳細地圖得以建立。

與此同時,NASA也正在以驚人的速度推進阿波羅計劃。在肯尼迪總統發表美國將會在1960年代末把人類送上月球并安全返回的聲明之后,1968年12月,美國宇航局準備發射“阿波羅8號”任務,將三個人——弗蘭克·博爾曼、吉姆·羅威爾和比爾·安德斯——送到月球上并安全返回。他們成為了史上第一批不僅駛出了近地軌道,而且看到了難以捉摸的月球背面的人類。

羅威爾對月球表面的著名描述是這樣的:“月球本質上是灰色的,沒有顏色,看起來就像石膏灰泥或某種灰色的沙灘。我們可以看到相當多的細節,但這和周圍的環形山沒有太大的區別。環形山都比較圓,數量也比較多,有些比較新。它們中的許多看起來——尤其是那些圓形的——看起來像是被隕石或某種類型的投射物擊中造成的?!?/p>

月球背面隱藏著什么秘密?為什么人類對月球背面這么執著?

阿波羅太空艙項目經理喬治·洛(左)和土星五號月球火箭的設計者沃納·馮·布勞恩在一起。來源:美國國家航空航天局

當阿波羅8號宇宙飛船繞月球背面飛行時,它的對地信號中斷了大約10分鐘。對于機組人員和任務控制中心來說,失去信號的時間是一段非常令人害怕的時間;阿波羅8號當時形單影只,并且是真正地和地球失去了聯系,它正在人類從未去過的地方冒險。當宇航員從月球背面返回時,休斯頓任務控制中心飛行團隊中的許多人都松了一口氣。

查理·杜克(Charlie Duke)描述了飛越月球背面的感覺。

他說:“電腦告訴我們,我們與地球失去了聯系,也沒有信號,然后,突然就出現了日出,這是我見過的最壯觀的日出。如果在地球軌道上看日出,你會看到太陽在地平線或地球大氣層上發出光芒,然后它會變得越來越亮。但是月球上的日出很不一樣——月球表面會有瞬間的陽光和長長的陰影出現。月球的背面非常崎嶇。我可不想在月球背面登陸?!?/p>

在阿波羅8號任務的成功后,阿波羅9號把研究重心重新放到了重要的登月艙近地軌道測試;下一批探訪月球背面的宇航員是在1969年5月搭載阿波羅10號的吉恩·瑟曼,約翰·楊和湯姆·斯塔福德,在短短兩個月后,阿波羅11號歷史性地成功著陸月球。

然而,在飛越遙遠的月球時,三位宇航員遇到了一些奇怪的事情,由于最近幾年在美國電視媒體上風行的陰謀論,NASA不得不出面重新解釋。但其實這些事實自20世紀70年代以來就已經廣為人知。

阿波羅10號上的這些“奇怪事件”以聲音的形式出現,這種聲音非常的奇怪。阿波羅飛船上的無線電系統在當時是最先進的,但是以現代標準來看依然非常的粗糙。根據大多數宇航員的說法,指令艙和登月艙的環境相對嘈雜,撞擊和砰砰聲時刻伴隨著風扇的呼嚕聲和引擎的噪音。阿波羅10號宇航員們通過無線電系統聽到的聲音讓他們感到困惑。他們把它描述為一種叫做“特雷明”(theremin)的電子樂器的聲音,這種電子樂器經常出現在上世紀五六十年代的恐怖科幻B級片中,也有出現在沙灘男孩(Beach Boys)的歌曲《美妙的振動》(Good Vibrations)中。后來的研究證明,這種聲音不過是航天器上20世紀60年代無線電通信系統產生的干擾噪音。

月球背面隱藏著什么秘密?為什么人類對月球背面這么執著?

阿波羅10號機組成員Gene Cernan, John Young和Thomas Stafford 來源:美國國家航空航天局

登陸月球成功后,兩名宇航員前往到月球表面,而第三名宇航員仍留在指揮艙中,獨自繞月球軌道飛行,不過他們都有機會繞月球軌道飛行,并在著陸前看到月球的背面。而邁克爾·柯林斯(阿波羅11號)、迪克·戈登(阿波羅12號)、斯圖爾特·羅薩(阿波羅14號)、艾爾·沃登(阿波羅15號)、肯·馬丁利(阿波羅16號)和羅恩·埃文斯(阿波羅17號)他們則是阿波羅任務中默默無聞的英雄,他們的單人軌道旅行是宇航員們所完成的最勇敢的壯舉之一,他們花費了數天時間在軌道上進行了相當詳細的月球觀測,繪制著以前從未有人見過的特征。

人們經常引用艾爾·沃登的話說,他獨自一人的時光是他在阿波羅15號任務中度過的最好的時光之一。

“正如你所能想象的那樣,能擺脫這些家伙是件好事。要被困在一輛家用汽車大小的東西里一個多星期,航天器里變得非常擁擠。當戴夫(Dave Scott)和吉姆(Jim Irwin)離開之后,我才覺得自己有了真正的空間,可以開始繪制月球表面地圖的重要工作。但是在遙遠的那一邊,在太陽和地球都被遮擋了的特定時間里,我所看到的景象是你無法想象的,我看到的恒星數量之多令人難以置信;它們亮得就像一張白紙,但你知道它們每個都是名副其實的恒星?!?/p>

阿波羅宇航員和飛行團隊經常被問到的一個問題是,為什么所有月球任務都是在近地一側?

“我們想要與地球保持聯系,所以我們不能在月球的另一邊著陸,”查理·杜克說。如果宇航員在月球背面出了什么問題的話,他們就不能與地球直接溝通。而這在今天將不會是一個問題,因為科學家們可以將衛星送入月球軌道進行中繼通信。

月球背面隱藏著什么秘密?為什么人類對月球背面這么執著?

這是阿波羅任務期間收集的數百塊巖石之一,這些巖石至今仍在被研究中。這也是最為最著名的巖石之一:阿波羅15號收集的“創世紀巖石”。來源:美國國家航空航天局

科學家們對月球背面越來越感興趣,未來可能還會有載人的月球背面探索計劃。確實,月球背面有著非常大的可能性。幾十年來,天文學和科學界一直想把無線電天文望遠鏡和光學望遠鏡放在月球背面。位于月球背面的觀測站不僅可以免受來自地球的人造無線電干擾,還可以免受地球上耀眼的日光照射。這些望遠鏡可以安裝在隕石坑內,以避免太陽輻射,并將為我們提供一個前所未有的、可以深入觀察宇宙深處的清晰視角。

我們對為什么近地面與月球背面在外觀上如此大相徑庭一無所知。月球背面為什么如此傷痕累累,充滿隕石坑和缺乏月海?更令人困惑的是當你考慮到在月球形成時,月球背面其實離地球更近,而且當時可能還沒有被潮鎖,那就是我們現在稱為“月球背面”的那一面其實并沒有什么特別之處。

今天,美國國家航空航天局(NASA)的月球勘測軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter)已經精確地繪制出了月球近地面和背面的地圖。并且中國剛剛發射了嫦娥4號,它將在1月初首次登陸月球背面。當人類最終重返月球時,月球的背面一定會是著陸的目標,理解月球背面不僅能讓我們更深入地了解月球的過去,也許還能讓我們更深入地了解月球與我們地球過去的關系。