月球暗面真的暗嗎

錢航

寧?kù)o之地

對(duì)天文學(xué)研究而言，月球背面是一片難得的寧?kù)o之地。接收遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的射電輻射，是研究天體（包括太陽(yáng)、行星及太陽(yáng)系外天體）的重要手段，稱為射電觀測(cè)。

由于這些天體的距離遙遠(yuǎn)，電磁信號(hào)十分微弱，而且地球上的電磁環(huán)境會(huì)對(duì)射電天文觀測(cè)產(chǎn)生顯著干擾，所以天文學(xué)家一直希望找到一片完全寧?kù)o的地區(qū)，監(jiān)聽(tīng)來(lái)自宇宙深處的微弱電磁信號(hào)。

月球背面屏蔽了來(lái)自地球的各種無(wú)線電干擾信號(hào)，因而可以監(jiān)測(cè)到地面和地球附近的太空無(wú)法分辨的電磁信號(hào)，從而為研究恒星起源和星云演化提供重要資料。

月球背面的寧?kù)o使其成為天文學(xué)家監(jiān)聽(tīng)來(lái)自宇宙微弱電磁信號(hào)的首選之地

潮汐鎖定

因重力梯度從而使天體永遠(yuǎn)穩(wěn)定地以同一面對(duì)著另一個(gè)天體，這種現(xiàn)象稱為潮汐鎖定（或同步自轉(zhuǎn)、受俘自轉(zhuǎn)），如月球永遠(yuǎn)以同一面朝向地球。潮汐鎖定的天體繞自身的軸旋轉(zhuǎn)一圈要花上繞著同伴公轉(zhuǎn)一圈相同的時(shí)間。

這種同步自轉(zhuǎn)導(dǎo)致一個(gè)半球固定不變地朝向伙伴。月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期都約為4周，因此無(wú)論何時(shí)從地球觀察月球，都只能看見(jiàn)同一面的半球。直到1959年，通過(guò)從蘇聯(lián)的月球3號(hào)探測(cè)器傳送回來(lái)的照片，人們才完整地看見(jiàn)月球背面。

?由于潮汐鎖定現(xiàn)象，月球永遠(yuǎn)只有一面朝向地球（左圖為無(wú)月球自轉(zhuǎn)的情況，右圖為有月球自轉(zhuǎn)的情況）

月亮與潮汐

我國(guó)古代地理著作《山海經(jīng)》中就已提到潮汐與月球的關(guān)系，東漢時(shí)期的王充也在他所著的《論衡》一書(shū)中明確指出：“濤之起也，隨月升衰”。而直到牛頓發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，拉普拉斯才得以證明，潮汐現(xiàn)象是由太陽(yáng)和月亮、主要是月亮的引力造成的。

月球的引潮力不僅會(huì)在地球上產(chǎn)生海潮，還會(huì)引起大氣潮。但是大氣潮遠(yuǎn)沒(méi)有海潮這樣驚天動(dòng)地、氣勢(shì)磅礴，又因我們身在其中，所以是很難察覺(jué)的。

除此之外，引潮力還會(huì)使地球的本體（包括地表）產(chǎn)生潮汐，這種潮汐稱為固體潮，固體潮引起地表的起伏很小，只有用精密的儀器才能測(cè)出來(lái)，這可能對(duì)地球的引力場(chǎng)有細(xì)微影響。地球內(nèi)部有一部分是液態(tài)的，因此那里也會(huì)產(chǎn)生潮汐。有人認(rèn)為，地球內(nèi)部的潮汐是誘發(fā)地震的原因之一。

?月球的溫克爾三重投影圖，綠線內(nèi)范圍即因天平動(dòng)而使月球表面可見(jiàn)的理論范圍

天平動(dòng)

盡管月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)完全被鎖定，但是由于天平動(dòng)和視差，從地球重復(fù)地觀測(cè)，仍可看見(jiàn)月球表面的大約59%。如此看來(lái)，月球背面并不全部是暗的，而是有一部分邊緣地帶會(huì)因天平動(dòng)而被觀測(cè)到。

月球天平動(dòng)，指的是在地面上觀測(cè)到的月球可見(jiàn)面有上下左右的小幅度擺動(dòng)。正是由于這種效應(yīng)，人們?cè)诘厍蛏夏苡^測(cè)到月球表面的59%，其中18%時(shí)多時(shí)少。

因月球運(yùn)動(dòng)和自轉(zhuǎn)軸指向而造成的天平動(dòng)，又稱光學(xué)天平動(dòng)或幾何天平動(dòng);因月球?qū)嶋H擺動(dòng)形成的天平動(dòng)則稱物理天平動(dòng)。

月球3號(hào)探測(cè)器

月球3號(hào)

追溯人類第一次直接看到月球背面的歷史，是1959年10月4日，蘇聯(lián)的月球3號(hào)探測(cè)器發(fā)射升空，飛往月球，它前往月球的主要任務(wù)是揭開(kāi)月球背面的神秘面紗。

月球3號(hào)探測(cè)器與之前的月球1號(hào)、月球2號(hào)大不相同，它更重且設(shè)計(jì)更加巧妙。月球3號(hào)采用圓柱形的外形，首次攜帶了兩臺(tái)焦距不同的照相機(jī)，而且還使用了太陽(yáng)能電池，同時(shí)采用了氣體噴嘴控制姿態(tài)。

為了完成既定任務(wù)，科研人員對(duì)發(fā)射時(shí)間和飛行軌道做了精心安排，沒(méi)有直接快速飛向月球，而是在經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的飛行之后緩慢地繞到月球背面，在距離月球大約7000米處經(jīng)過(guò)。當(dāng)它繞到月球背面時(shí)，在地球上看到的是“新月”，太陽(yáng)恰好在月球3號(hào)背面，照亮了遠(yuǎn)離地球一側(cè)的月面，使得月球3號(hào)拍攝了人類不曾看到的月球背面圖片。

在通過(guò)月球背面的40分鐘之內(nèi)，兩個(gè)光學(xué)相機(jī)拍攝了29張照片，其中17張照片在飛行途中完成自動(dòng)沖印，然后通過(guò)電視掃描轉(zhuǎn)換成電視信號(hào)，再通過(guò)無(wú)線通信裝置傳送回地面。雖然最后得到的照片分辨率很低，而且只覆蓋了月球背面70%的區(qū)域，但是卻記錄了人類對(duì)月球背面的第一次觀察，展現(xiàn)了人類以前從未看到過(guò)的景象。

通過(guò)對(duì)月球3號(hào)探測(cè)器傳回的月球背面圖片的分析發(fā)現(xiàn)，月球背面主要是高地和山脈，大面積的月海只有兩個(gè)，在照片上顯示為兩個(gè)黑暗的月球表面陰暗區(qū)。而且，背面的顏色相較于正面稍紅一些。

這一結(jié)果大大加強(qiáng)了人們探測(cè)月球的興趣。1966年，美國(guó)“月球軌道環(huán)行器”同樣拍攝到月球背面的照片，使得人們能夠看清月面上的那些錯(cuò)落、形狀不一的圓丘。

隨著對(duì)月球背面探測(cè)的深入，如今，科學(xué)家已經(jīng)繪制成功更加詳細(xì)的月球背面圖，并按照國(guó)際規(guī)定給那些背面的山和“?！边M(jìn)行了命名。

除此之外，月球背面還更為古老，也保留著更為原始的狀態(tài)，它具有不同于月球正面的地質(zhì)構(gòu)造，因此，對(duì)研究月球和地球的早期歷史具有重要價(jià)值。而地球上經(jīng)歷了多次滄海桑田，早期地質(zhì)歷史的痕跡早已消失殆盡，我們只能寄望于從月球上仍保存完好的地質(zhì)記錄中挖掘地球的早期歷史。

月球3號(hào)探測(cè)器傳回的第一幅月球背面影像照片

知識(shí)鏈接：潮汐的形成

在我國(guó)古代，把發(fā)生在白晝的海水漲落稱為“潮”;把發(fā)生在夜間的海水漲落稱為“汐”，合稱“潮汐”。關(guān)于潮汐現(xiàn)象的形成原因，唐朝的天文學(xué)家竇叔蒙對(duì)此做了詳細(xì)的解釋。竇叔蒙自幼生活在潮汐現(xiàn)象頻繁發(fā)生的浙江省東部地區(qū)，面對(duì)波濤洶涌的大海，他心里總升騰起一種急于探求其中奧妙的強(qiáng)烈欲望。他幾乎每天都會(huì)習(xí)慣性地在固定時(shí)間出現(xiàn)在海灘上，盯著潮起潮落的海水冥思苦想。長(zhǎng)期的觀察實(shí)踐和濃厚的求知興趣，更加之對(duì)前人資料的消化吸收，終于使他有所發(fā)現(xiàn)和收獲，經(jīng)系統(tǒng)總結(jié)后寫成了《海濤志》一書(shū)。

（責(zé)任編輯/朱文超）