【菜科解读】

　　2019年1月3日10时26分，嫦娥四号勘探器自主着陆在月球反面南极-艾特肯盆地内的冯•卡门碰击坑内，完成了人类勘探器初次在月球反面软着陆。

嫦娥四号带着了很多先进的勘探仪器，这些仪器中除了咱们比较了解的各种相机，还包含几台能用于空间环境勘探的仪器。

今日，咱们就来给咱们说一说这些特别的仪器和它们要观测的物理现象。

　　月表中子与辐射剂量勘探仪

　　人类对太空的探究活动一直面对高能辐射的要挟，1958年，美国的第一颗人造卫星—Explorer I卫星研讨组的Ernie Ray就宣布了这样的感叹：“My God， space is radioactive！（天哪，太空居然是放射性的！）”。

通过几十年的勘探研讨，人们对地球邻近的高能辐射环境已经有了适当的了解，但月球外表的辐射环境与地球邻近的辐射环境有很大的不同，月球外表没有稠密的大气，磁场也十分弱小，因而太空中的世界射线会直接炮击月表的岩石和月壤，世界线粒子与月表物质发作核反应会释放出中子、γ射线等具有强穿透力的粒子，尤其是中子，其辐射质量因子高于质子、电子和光子，对航天员具有很大的危害性。

　　图1 月表辐射环境示意图（作者自绘）

　　嫦娥四号上带着的月表中子与辐射剂量勘探仪，由我国和德国联合研发，安装在着陆器上，不仅能勘探着陆区的中子和辐射剂量，还能勘探太阳迸发发生的质子、电子和α粒子。

该勘探仪有助于科学家们对月表辐射环境进行评价，为未来载人登月及月球基地的辐射防护供给根据，一起，该仪器可以直接勘探到来自太阳的能量粒子，用于研讨太阳风暴的原因、高能粒子传达规则等。

　　图2月表中子与辐射剂量勘探仪

　　低频射电频谱仪

　　所谓射电其实便是常见的无线电波，咱们在家里就可以用短波收音机收听到十分悠远的当地、乃至地球另一端宣布的无线电信号，是因为在地球大气上层（60公里以上）存在电离层，电离层中的大气处于部分电离和彻底电离状况，会反射或吸收频率较低的无线电，短波信号可以在电离层与大地之间来回反射，然后传达很远的间隔。

　　图3 电离层与无线电传达示意图

　　电离层尽管可以给地球带来通讯的便当，却也阻断了电离层外的低频无线电向地上的传达。

来自太阳及其它世界天体宣布的低频电磁波信号被地球电离层遮挡，无法抵达地球地上，要勘探它们只能在太空环境中进行，而月球反面因为阻挡了来自地球的各种天然及人工电磁辐射搅扰，这儿的电磁环境十分洁净，是十分抱负的低频射电观测方位。

　　嫦娥四号使命中的低频射电勘探仪有两台，一台由我国独立研发，安装在嫦娥四号着陆器上（图4），另一台由我国和荷兰联合研发，安装在中继星“鹊桥”号上（图5）。

两台设备互相配合，可以对太阳、地月空间及世界天体的各种射电现象进行观测和研讨，尤其是太阳迸发时，使用低频射电观测，可以观测而且追寻太阳迸发活动的整个进程，这对研讨日地空间的气候效应，构建模型预告太阳灾祸事情等有很大协助。

　　图4 嫦娥四号着陆器上的低频射电频谱仪

　　图5 中继星“鹊桥”上的低频射电勘探仪

　　月表中性原子勘探仪

　　太阳继续不断的向五湖四海“吹”出超声速带电粒子流，被称为太阳风。

因为月球没有磁场、大气层的维护，太阳风可以直接“吹”到月球外表上，太阳风中的质子和离子效果到月壤外表会反射和溅射出能量中性原子（Energetic neutral atom，简称ENA）和其他粒子。

一起，光照会导致月表充正电荷，等离子领会导致月表充负电，在月面阴阳交界处静电力会抛起月尘，所有这些抛出、溅射和反射出的物质组成了月球的逃逸层（图6）。

科学家需求搞清楚月球逃逸层构成进程中各种机制的效果巨细，这关于研讨太阳系中许多与月球相似的星体（如水星、小行星等）具有重要意义。

　　图6 月球逃逸层示意图（作者自绘）

　　嫦娥四号带着的月表中性原子勘探仪，由我国和瑞典联合研发，安装在月球车“玉兔”二号上，用来丈量太阳风和月表相互效果之后发生的中性原子。

曩昔人类对月球中性原子的勘探都是在环月轨迹或地上上展开的，嫦娥四号将在月表巡视区直接丈量中性原子，可以说是人类探月史上初次在月表展开中性原子勘探。

　　图7 月表中性原子勘探仪

　　预告中心为嫦娥四号使命保驾护航

　　对空间环境进行勘探研讨是嫦娥四号使命重要的科学方针之一。

但嫦娥四号带着的这些先进的勘探仪器及嫦娥四号自身都面对恶劣空间环境的要挟，而针对太阳迸发等活动的勘探也需求空间环境预告的支撑，中科院空间环境预告中心将继续为嫦娥四号使命供给及时精确的空间环境预告信息，为嫦娥四号使命保驾护航。

人类首次登月是造假 月球怪异事件都是骗局？

美国东部时间7月20日下午4点18分，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗踏出了人类在月球上的第一步，他的那句"个人的一小步，人类的一大步"随之传遍世界。

但几十年来，质疑美国宇航局造假的声音一直也没停息，甚至形成了一个"反阿波罗阵营"。

2000年7月中旬，墨西哥《永久周刊》科技版刊载了俄罗斯研究人员亚历山大·戈尔多夫发表的题为《本世纪最大的伪造》的文章，对美国"阿波罗"登月拍摄的登月照片和录像提出质疑。

许多媒体纷纷转载了这篇文章，关于阿波罗登月真伪的讨论顿时热火起来。

戈尔多夫列举了几个"言之凿凿"的造假证据。

他认为，所谓美国宇航员在月球上拍摄的所有照片和录像，都是在好莱坞摄影棚中制造的。

其理由如下： 人类首次登月是造假 月球怪异事件都是骗局？ 1.录像资料中那面插在月球上的星条旗在迎风飘扬，而月球上根本不可能有风把旗子吹得飘起来; 2.照片中宇航员身旁出现形状不规则、只有在多个光源下才可能出现的阴影，这在只有一个单光源——太阳的月球是不可能出现的; 3.从录像片中看到宇航员在月球表面行走犹如在地面行走一样，实际上月球上的重力比地球上小得多，人在月球上每迈一步就相当于人在地面上跨跃5至6米; 4.登月仪器在"月球表面移动"时，从轮子底下弹出的小石块的落地速度也同地球上的速度一样，而在月球上这种速度应该比在地球上快6倍。

戈尔多夫认为，美国宇航员当时只是接近了月球表面，但因技术原因并未踏上月球。

由于美国急于在和苏联的太空竞赛中赢得先机，因而伪造了多幅登月照片和一部录像资料片，蒙蔽了世人几十年。

戈尔多夫并没有提供新的证据，但这篇文章让很多人对"阿波罗登月"的真实性产生了怀疑。

人类首次登月是造假 月球怪异事件都是骗局？ 这么大的登月工程竟然也可能造假?许多科学家听到这一说法后立即站出来反对。

美国宇航局发言人当即指责戈尔多夫是"试图愚弄大众"，其官方网站也专门在首页推出了"阿波罗登月"的特别版块。

美国阿姆斯特朗航天航空博物馆工作人员、教育学专家安德烈娅·沃对戈尔多夫的论据进行了一一反驳，他表示旗子飘起来是因为在插旗时旗杆在宇航员手的触动下产生了弹性运动，而不规则阴影则是由月球上不规则的地势引起的。

同时认为登月是真的支持者也与"造假论"展开了争锋：如果登月计划是一场骗局，不仅"阿波罗"计划全体参与者的人格将受损，而让参与登月工作的几万人守着谎言过几十年，实非易事。

目前来说，支持论者阵营仍然占据优势，但争论仍将持续下去。

不毛之地是聚宝盆 撇开"骗局论"不说，"阿波罗"登月的确是人类航天史上一项壮举。

从1961年美国宇航局宣布载人登月计划开始，美国在十多年时间里共投入了265亿美元，终于完成了人类有史以来最远的征程。

但也有人对此壮举不以为然，他们认为月球只是一个没有足够厚大气层保护的"野孩子"，往这个只有环形山和陨石坑的小卫星上砸那么多钱意义不大。

的确，月球不是金银岛，上面没有遍布黄金、白银，但却有一种能维持人类长期能源供应的宝贵资源——氦-3。

氦-3是氦元素的一种同位素，只含一个中子，又被称为"费米子"，是一种可长期使用、清洁、安全和高效的核聚变燃料。

氦-3是在太阳内部核聚变过程中大量产生的，地球上的氦-3总量仅有10吨左右，可谓奇缺。

但科学家分析发现月球保存着大约5亿吨氦-3，如果供人类作为核聚变燃料使用，提供的能量足够人类使用上万年。

另外月球还富有铁、铝、稀土金属等重要矿产资源，可说是一个巨型聚宝盆。

登月难关有三个 人类首次登月是造假 月球怪异事件都是骗局？ 作为地球惟一的一颗卫星，千百年来那盏高悬的明月激发了人类无穷的想象。

好奇心是人类探索问题的原始动力，人类登月的执著自此起便一发而不可收，在科技不发达的时代曾经有多位勇士为此献身。

进入20世纪后，在航空航天技术发展的推动下，人类终于拥有了进军月球的资本。

法国著名科幻小说作家儒勒·凡尔纳在其所著小说《环绕月球》(1870年出版)中，设计了一种独特的登月方法——用大炮将人打到月球上去。

但真正的登月可不是科学幻想，它是一项涉及面极广的浩大工程。

仍以美国"阿波罗"飞船为例，"阿波罗计划"在启动之初主要面临3头"拦路虎"——运载能力足够强大的火箭，能把重达100吨的登月舱送到近月轨道;电子、生命支持设备十分完备的指令—服务舱(CSM);以及能够"找到回家的路"的登月舱(LM)。

各个系统都要考虑多种突发情况，做到万无一失。

其中登月舱这一关最难，当年美国数千名顶级工程师经过数年研究，经历了无数次失败才获得成功，其难度可见一斑。

另外轨道设计、着陆点选择、返地途中的精确减速都来不得半点差错，稍一疏忽，就会让登月的宇航员有去无回。

21世纪的人类登月活动基本上是以当年的登月过程为蓝本，虽然计算机技术、新材料技术会使科研人员如虎添翼，但登月的这三头最主要的"拦路虎"还是必须降服。

登月只能"搭便车"? 人类首次登月是造假 月球怪异事件都是骗局？ 目前大多数国家预想中的载人登月计划，仍采用的是"阿波罗"宇宙飞船"搭便车"的形式——即先由大推力火箭将载人飞船(由指令—服务舱、登月舱组成)送过月—地引力平衡点，登月舱与母船分离后先完成登月任务，然后将宇航员送回指令舱，最后返回地球大气层。

宇航员在这个过程中，要经过数次复杂的"转车"过程。

这样一来便有人会问，何不采用"直达式"的航天飞机呢?这样省去了诸多麻烦，不是一举多得吗? 航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线(高度100公里的卡门线)而设计的火箭动力飞机。

它以火箭发动机为动力发射到太空，能在地球与近地轨道间来往穿梭，目前其动力系统不足以支持到达月球。

载人宇宙飞船与航天飞机在外型上最大的不同，当然就是前者无"翅膀"，后者有"翅膀"，其主要作用是在返地途中给航天飞机提供更大的制动力。

由于"翅膀"在与空气磨擦中会产生大量热量，航天飞机的外壳必须采用独特的热学设计，"折翅"的载人飞船反而比航天飞机更安全。

在设计上，载人飞船的主体为复合材料，而非航天飞机所用的金属材料，这就使它在重量、动力系统方面更占优势。

综合看来，航天飞机虽然方便，但技术复杂、维护成本非常高，而且反复使用以后的安全风险性也随之提高。

而载人飞船技术相对简单，花钱少风险小，并且适合长期停靠在空间站上作为救生艇使用。

资格更老的载人飞船仍然有其优势，"搭便车"到月球并非下策。

小行星可能为月球当过“搬水工”：持续时间最长两亿年

　　月球被认为是由45亿年前一颗火星大小的行星和地球碰撞后的碎片形成的。

形成后不久，月球上存在着一个岩浆海洋。

此前，月球高地样本分析显示，在矿物质颗粒中可以检测到水分。

科学家由此知道月球内部也有水。

月球高地被认为是由早期近乎熔融状态的月球冷却结晶而成的原始地壳，该发现意味着，在冷却成型之前的熔融阶段，月球内部就存在水分。

然而直到现在，科学家们一直不清楚两件事：一是这些水是何时及以何种方式到达月球的；

二是小行星和彗星对这些水的相对贡献是多少。

　　此次，英国开放大学的杰西卡·巴恩斯和她的研究团队，使用一系列数字模型和先前研究中测量的月球样本同位素组成，限定了向月球输送水的速率、来源和时间。

他们发现，小行星"送水"过程持续的时间在1000万年到两亿年间。

当时月球岩浆海洋也存在。

根据样本中氢与氮的数据分析，有一类富含水的小行星——碳质球粒陨石，正是月球内部水的主要来源，而彗星带来的水只占月球总水量的20%。

　　在最新模型中，彗星和小行星与月球上的岩浆海洋碰撞后，岩浆海表面会形成一个"热度盖"，防止水变成气体逃逸至太空，从而让水得以保留在月球内部。

　　虽然这些结果表明，月球上的水大多可能来自小行星，但研究人员仍然表示，其中一部分水也有可能来自形成月球的碰撞事件发生之时的早期地球。