月球背面藏着哪些人类永远看不到的秘密?

一直以来,我们经常听到关于月球背面的各种传闻。很多科幻小说都声称月球背面是外星人的基地,从月球背面的图像可以辨认出外星人的飞船。就连二战末期美军失踪的轰炸机也出现在月球背面,百慕大失踪的飞机和船只也被外星人劫持到月球背面。他们声称阿波罗宇航员在月球背面看到了令人惊叹的物体,这可能是外星人在月球上的残余,等等。还有传言说月球内部是中空的,有一个外星人居住的巨大城市。这些基于误传的谣言,不断被解读,甚至刊登在正规刊物上,真假难辨。

这些传说的根源在于,从地球上观测月球时,你看不到月球背面的大部分。所以,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。现在关于月球背面的传说,大多来自飞船探月之前。然而,即使在飞船数十次飞到月球背面,获得大量图像数据后,科幻迷们仍然可以从略显模糊的放大图像中找到线索,为这些传言提供证据。月亮为什么会出现正面和背面?

月球背面之所以神秘,是因为我们无法从地球上直接观测到月球背面。但是为什么月亮有正面和背面呢?

先说月亮的运动。月球可以看作一个刚性球体,它的运动可以分为两部分:质心的运动(公转)和绕质心的自转(自转)。

在研究月球质心运动时,我们通常把月球和地球看作所有质量都集中在质心的质点,只有相互吸引的引力才构成地月系。从惯性坐标系看,地月两体系统的共同质心围绕太阳旋转,月球和地球分别围绕其共同质心旋转。根据两体运动理论,月球绕地球质心作平面椭圆轨道运动,月球赤道与地球及其轨道的几何关系如图1,其中月球赤道与月球轨道平面的夹角为6度41分;月球轨道与黄道的平均夹角为5度9分,夹角从4度57分到5度19分不等。

月球绕地球自转轴和轨道之间的几何关系

由于地球自西向东自转,天体都是从东方升起,西方落下。月球也不例外。我们每天看到的是月亮在星座间自西向东绕着地球转,体现了地球的自转。月球绕地球一周的时间称为“恒星月”,持续27天7小时43分钟,11.47秒。之所以称之为“恒星月”,是因为它是由恒星标定的,即月亮从恒星附近出发,回到恒星附近同一位置的时间间隔。月球在自身绕地球轨道上的平均速度为1.02 km/s,平均每天向东移动13度。因此,月亮每天在不同的时间升起,有时在白天,有时在晚上。上升时间比前一天平均每天推迟50分钟,一个月后恢复原来的上升时间。

月球背对地球的半球离地球较远,地球引力小于背对地球的半球,即月球腹背受力不同。如果月球自转周期不等于绕地球公转周期,那么地球对月球同一部分的引力就会随时间发生变化,导致月球不同岩层之间产生摩擦,逐渐减慢自转速度,最终使月球自转周期恰好等于其绕地球公转周期,即月球会被地球引力潮汐锁定。潮汐锁定后,从地球上看月亮,永远只能看到月亮的一面。

由于月球的天平动,月盘的边缘区域有时会出现一点点的侧背。总的来说,从地球上可以观察到整个月球表面的59%。

月球背面并不神秘。既然地面观测看不到月球背面,那么如何才能看到月球背面呢?月球背面到底是什么样的?后面和前面有什么区别?

到目前为止,还没有航天器在月球背面着陆,但科学家们并不缺少月球背面的探测数据。1959年,苏联发射的月球2号探测器在飞越月球时,首次拍摄到了月球背面的图像。在20世纪60年代和70年代,美国和苏联的月球探测器多次获得月球背面的图像。阿波罗8号和阿波罗号的宇航员后来飞到背面,亲眼看到了月球背面的荒凉景象。

自20世纪以来,美国、中国、印度、日本和欧洲的月球探测器以更高的分辨率对月球进行了详细的探索。2009年6月19发射的月球勘测轨道器(LRO)已获得分辨率优于1米的全月球图像,可清晰识别月球车、登月舱等。阿波罗登月时遗留在月球表面的,包括月球背面的高清图像。除了登陆月球的着陆器和月球车,大部分月球探测器都是在极地轨道运行,也就是从北极到南极再回到北极。所以每次飞行一半在月球背面,一半在月球正面。

自2003年以来的12年间,包括嫦娥一号、嫦娥二号、嫦娥三号在内的11个月球探测器先后飞向月球,获得了月球背面的大量探测数据,包括地形地貌、物质成分、表面环境等详细信息。

遗憾的是,所有这些登月任务都没有在月球背面发现外星人的基地,也没有发现任何人工建筑或人类活动的痕迹。月球背面看起来像一片保存了40亿年的荒凉大陆。

总的来说,月球表面可以分为两个地理单元:月海和月地。

月海是指月球上的大面积黑斑。事实上,它是一些没有一滴水的广阔平原。这些区域对太阳光的反射较弱,看起来比周围暗,很像地球上的海洋,约占月表面积的17%。月球上有22个月海,其中19分布在月球正面,包括雨海、静海、云海、冷海和风暴海洋,约占整个前半球表面积的一半,尤其是在北半球。在月球背面,只有东海、莫斯科海和智海三个月。

月海是月球地壳形成后,内部岩浆涌出月球表面,充满低洼盆地而形成的大平原。月海平原大部分被山脉环绕,类似于地球上的一个盆地,具有圆形闭合的特点。最典型的例子就是被亚平宁山脉、高加索山脉、阿尔卑斯山脉、汝拉山脉和喀尔巴阡山脉环绕的玉海。月海的地势比月地低很多。如静海、澄海比平均月地平(平均半径等于激光测高得到的等势面)低约1.700米,湿海低5200米。最低的是玉海东南部,其最深处比平均月地平低6000多米。月海中也有一些突起的山脉,有弧形脊,有斜向分布的脊,也有不规则的有脉脊。

除了月球,月球较轻的部分类似于地球上的“陆地”,称为月地。根据月球形成的大碰撞理论,46亿年前,一个火星大小的天体撞击了原始地球,撞击抛射体在地球轨道上形成了月球。月球形成后,出现了全球性的岩浆融化。在冷却过程中,熔融岩浆结晶并分化。密度大的物质沉到月球地幔,而较轻的物质则漂浮在月球表面,冷却凝固后形成了古老的月球外壳。月海是由月球外壳的裂缝中喷出的岩浆在形成后形成的。因此,月地比月海更古老。

月球陆地主要由光密度斜长石组成,反射率高,看起来更亮。月球陆地的地形一般比月球地平线高2~3公里左右,所以也叫月球高地。总体来看,月球的陆地面积约占月球表面积的83%。月球正面的陆地和海洋大致相当,但月球背面的陆地占据绝对优势地位。

无论是月海还是月地,整个月球表面都有许多撞击坑,记录着40多亿年来小天体撞击月球留下的痕迹。月球表面越老,撞击坑的分布密度越大。月球陆地的撞击坑密度更高,地形更崎岖。因此,嫦娥四号着陆区的选择将是一个亟待解决的重要问题。