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为何去月球背面?

早在1972年，阿波罗17号完成人类迄今为止的最后一次登月之后，阿波罗17号宇航员、也是唯一登月的一位地质学家哈里森·施密特（Harrison Schmitt）曾建议阿波罗18号飞船登陆月球背面，到齐奥尔科夫斯基撞击坑开展科学考察。遗憾的是，阿波罗计划实现6次登月之后，产生方向性迷失，实现第7次登月的意义与首次登月不可同日而语，加之技术难度比登陆月球正面要大得多，阿波罗计划就此终止，登陆月球背面的设想没能最终实现。

登陆月球背面比登陆正面究竟难在何处？在月球背面飞行和着陆的探测器，由于月球本身的阻挡，不能直接和地面进行无线电通信。地面控制人员无法了解到飞船的运行状况，也无法把测控信号传输给飞船进行各种操作。如果是飞行在月球上空数十至上百千米高度的探月卫星，在通信中断的情况下，还可以依照惯性保持原姿态继续飞行。但是月球车或者登月舱要成功着陆在月球背面，需要实时测量飞行轨道，发送测控信号以调整降落速度和着陆姿态，才能实现安全着陆。因此，要确保嫦娥四号在月球背面顺利着陆，首先需发射一颗中继卫星，建立探测器和地面之间的通信联系，通过中继卫星传输数据和发送测控信号。

对天文学研究而言，月球背面是一片难得的宁静之地。接收遥远天体发出的射电辐射，是研究天体（包括太阳、行星及太阳系外天体）的重要手段，称为射电观测。由于这些天体的距离遥远，电磁信号十分微弱，在地球上，日常生产生活的电磁环境会对射电天文观测产生显著干扰。所以天文学家一直希望找到一片完全宁静的地区，监听来自宇宙深处的微弱电磁信号。月球屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号，因而在月球背面可以监测到在地面和地球附近的太空中无法分辨的电磁信号，为研究恒星起源和星云演化等提供重要资料。

图. 月球正面和背面的比较。正面地形平坦、月海居多；背面颜色较亮，月陆居多，撞击坑分布密度也比正面高，地形更崎岖。 图/郑永春

除此之外，月球背面更为古老，保留着更为原始的状态，具有不同于月球正面的地质构造，对研究月球和地球的早期历史具有重要价值。而地球上经历了多次沧海桑田，早期地质历史的痕迹早已消失殆尽，我们只能寄望于从月球上仍保存完好的地质记录中挖掘地球的早期历史。

嫦娥四号作为嫦娥三号的备份，地形测绘等科学仪器将基本一致。但由于着陆区不同，探测对象和科学目标也将有所改动。比如，嫦娥三号中用于观测地球等离子体的极紫外望远镜，在月球背面将无法再看到地球，估计将会有调整。而月球尘埃作为月面探测面临的首要环境问题，有可能成为月球背面探测的科学目标之一。

此外，美国宇航局的科学家们也正考虑在月球背面轨道上建立一个永久空间站，具体位置拟选取在地月之间引力平衡的位置—5个拉格朗日点之一的L2点。位于该处的空间站不需要额外的燃料消耗维持轨道，易于保持稳定，可以作为载人深空探测的前哨基地。

（本文发表于《科学世界》2015年第11期）