互动科普

据报道，我国计划于2020年左右发射嫦娥四号探测器，它将成为人类第一个在月球背面登陆的探测器。消息传出，引起太空探索爱好者的极大关注。为什么嫦娥四号会选择去月球背面着陆，关于月球背面一些流传已久的说法是否属实？月球背面还隐藏着哪些未解之谜呢？

月球背面的神秘传说

一直以来，我们经常会听到关于月球背面的各种传言。有人声称，月球背面是外星人的基地，从月球背面的图像中可以识别出外星人的宇宙飞船，甚至发现了美军在二战末期失踪的轰炸机，在百慕大失踪的飞机轮船也都被外星人劫持到了月球背面。他们还声称，美国阿波罗计划中登月的宇航员在月球背面见到了令人吃惊的物体，可能是外星人在月球上的遗留物，等等。也有传言认为，月球内部是空心的，里面是外星人居住的巨大城市。这些以讹传讹的传言经过不断演绎，甚至堂而皇之地登上了正规出版物，让人难辨真假。

出现这些传说的根源在于，我们从地球上观测月球时，看不到月球背面绝大部分区域。因此，在没有月球探测器之前，月球背面一直是一个神秘的未知世界。现在民间流传的月背传说，多源于航天器探月之前。但即便在航天器数十次飞临月球背面，获得大量影像资料之后，很多人仍然能从放大后略显模糊的图像中找到线索，为这些传言提供佐证。

月球为什么会有正面和背面？

月球背面之所以显得神秘，原因在于我们无法从地球上直接观测到月球背面。但月球为什么会有正面和背面？

这要从月球的运动说起。月球可以被视作一个刚性的球体，它的运动可分为质心的运动（公转）和环绕质心的转动（自转）两部分。在研究月球的质心运动时，我们通常将月球和地球近似视为全部质量集中在质心的质点，并且只有彼此相互吸引的引力作用，构成地月系统。从惯性坐标系内观察，地月二体系统的公共质心绕太阳公转，月球和地球又分别绕着公共质心作相互转动。根据二体运动理论可知，月球围绕地球质心作平面椭圆轨道运动。月球和地球的赤道与其轨道的几何关系见下图，其中，月球赤道与月球轨道面的夹角为6°41′；月球轨道与黄道的夹角平均值为5°9′，变化范围在4°57′～5°19′。

图. 月球绕地球的旋转轴和轨道几何关系

由于地球由西向东自转，所以天体都是从东方升起到西方落下。月球也不例外，我们看到的月球东升西落，实际上反映了地球的自转运动。而月球还在围绕地球公转，因此如果我们每天在同一时刻观察月亮，会发现它在星座间自西向东移动。月球绕地球一周经历的时间称为一个“恒星月”，历时27天7小时43分11.47秒。之所以称为“恒星月”，因为这是以恒星定标的，即月球从某颗恒星的近旁出发，又返回到该星附近同一位置的时间间隔。月球在自己的轨道上绕地球运行的平均速度为1.02千米/秒，平均每天东移13°，因此月球每天升起的时间是不同的，有时候白天升起，有时候晚上升起。月亮平均每天比前一天推迟50分钟升起，一个月之后，又恢复原来的升起时间。

月球背向地球的半球离地球较远，受到的地球引力较面向地球的半球小，即月球的腹背受力是不同的。如果月球自转周期与绕地球的公转周期不相等，那么月球上同一部位受到的地球引力是随时间变化的，这将导致月球不同岩层之间的摩擦，逐渐减慢自转的速度，最终使得月球自转的周期恰好等于它绕地球公转的周期，即月球被地球的引力“潮汐锁定”。潮汐锁定后，从地球上看月球，就永远只能看到月球的一面。

不过，由于月球的天平动（libration），月盘边缘区域有时候会露出一点点侧背。总体上，从地球上可以观测到整个月球表面的59%。

（本文发表于《科学世界》2015年第11期）