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月球暗面真的暗吗?

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venus 发表于 2018-4-27 00:26:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
我国今年将分两次实施发射嫦娥四号任务。计划在上半年先往地月拉格朗日2点发射一颗中继卫星。中继卫星是实施嫦娥四号任务的前提,关系到整个任务的成败。中继卫星完成在轨测试后,计划在下半年发射嫦娥四号,让它降落在月球背面南极附近的艾特肯盆地。还将在嫦娥四号任务的中继星上搭载两颗小卫星,做射电干涉试验,探测宇宙“黑暗时代”。那么,月球暗面真的暗吗?相信你能在下面的科学原理中找到答案。
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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。由于月球的天平动,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%。迄今为止,还没有航天器登陆过月球背面,但科学家并不缺乏月球背面的探测数据。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了显著干扰。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。月球背面屏蔽了来自地球的各种无线电干扰信号,因而可以监测到地面和地球附近的太空无法分辨的电磁信号,为研究恒星起源和星云演化提供重要资料。

月球这种规律称为潮汐锁定(或同步自转、受俘自转),发生在重力梯度使天体永远以同一面对着另一个天体,即月球永远以同一面朝向着地球。潮汐锁定的天体绕自身的轴旋转一圈要花上绕着同伴公转一圈相同的时间。这种同步自转导致一个半球固定不变的朝向伙伴。月球的自转和公转周期大约都是4星期,因此无论何时从地球观察月球,都能看见同一面的半球。直到1959年,从前苏联的太空船月球3号传送回来的照片,才完整的看见月球背面。

尽管月球的自转和公转完全被锁定,但是由于天平动和视差,从地球重复的观测,仍可以看见月球总表面的大约59%。天平动主要的成因是月球轨道的离心率造成的轨道速度变化:使地球的观测者在周场上可以多观测到约6°。视差是几何学的效果:是在地球表面上相对于地月中心联线的偏移量,而因为这个关系,使月球在我们的地平线时,可以多观察到月球表面的一点边缘 (大约1°)。

月球天平动,指的是地面观测者所观测到的月球可见面上下左右小幅度的摆动,由于天平动效应,使观测者能看到月面是59%,其中18%时多时少。

因月球运动和自转轴指向而造成的天平动,又称光学天平动或几何天平动;因月球实际摆动形成的天平动则称物理天平动。光学天平动分为三种:

1、经度天平动。月球公转轨道为一椭圆,公转速度不均匀,而月球自转速度却是均匀的,所以月面每月(近点月)在偏离中心位置大约7054‘而东西摆动。

2、纬度天平动。月球自转轴不与其轨道面垂直,因此在其公转过程中,月球自转轴轮流朝向地球,形成月面每月(交点月)偏离中心位置最大约6051‘而上下俯仰。

3、视差天平动。由于视差的原因,地面观测者在月出、月没时,各能多看到月面东边缘外侧和西边缘外侧约10的部分区域。月球以很小的振荡来回摆动,称物理天平动,约2 "。
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我国古代地理著作《山海经》中提到潮汐与月球的关系,东汉时期王充在他所著的《论衡》一书中则明确指出:“涛之起也,随月升衰”。但是直到牛顿发现了万有引力定律,拉普拉斯才从数学上证明潮汐现象确实是由太阳和月亮的引力,主要是月亮的引力造成的。

在我国古代,把发生在白昼的海水涨落称为“潮”;把发生在夜间的海水涨落称为“汐”,合称“潮汐”。我国古代的先民已察觉到潮汐同月球有关系,因而古语曰:“涛之起也,随月盛衰”。关于潮汐现象的形成原因,唐朝宝应、大历年间的天文学家窦叔蒙对此作了详细的解释。窦叔蒙自幼生活在潮汐现象频繁发生的浙江省东部地区,面对波涛汹涌的大海,他心里总升腾起一种急于探求其中奥妙的强烈欲望。他几乎是每天习惯性地在固定时间出现在海滩上,盯着潮起潮落的海水冥思苦想。长期的观察实践和浓厚的求知兴趣,更加之对前人资料的消化吸收,终于使他有所发现、有所收获,系统总结后写成了《海涛志》一书。
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月球的引潮力不仅会在地球上产生海潮,还会引起大气潮。但是大气潮远没有海潮这样惊天动地,气势磅礴。又因为我们身在其中,所以是很难察觉的。除此之外,引潮力还会使地球的本体,包括地表(大陆和洋底以下各部分)产生潮汐,这种潮汐称为固体潮,固体潮引起地表的起伏很小,只有用精密的仪器才能测出来,这可能对地球的引力场有细微影响。地球内部有一部分是液态的,因此那里也会产生潮汐,有人认为地球内部的潮汐是诱发地震的原因之一。

如果追溯人类第一次直接看到月球背面,那还是在1959年10月4日,“月球3号”探测器发射升空,开始飞往月球。此次,它前往月球的主要任务是揭开月球背面的神秘面纱。

“月球3号”与之前月球1号、月球2号两个探测器大不相同,比它们更重,并且设计更加巧妙,采用圆柱形的外形,首次携带了两台焦距不同的照相机,而且还使用了太阳能电池,同时采用了气体喷嘴控制姿态。

为了完成既定任务,科研人员对发射时间和飞行轨道做了精心安排,没有直接快速飞向月球,而是在经过较长时间的飞行之后缓慢地绕到月球背面,在距离月球大约7000米处经过。当它绕过月球背面时,在地球上看到的是“新月”,太阳恰好在“月球3号”背面,照亮了远离地球一侧的月面,使得“月球3号”拍摄了人类不曾看到的月球背面图片。

在通过月球背面的40分钟之内,两个光学相机拍摄了29张照片,其中17张照片在飞行途中完成自动冲印,然后通过电视扫面转换成电视信号,再通过无线通讯装置传送回地面。虽然最后得到的照片分辨率很低,而且只覆盖了月球背面70%的区域,但是却记录了人类对月球背面你的第一次观察,展现了人类以前从未看到过的景象。

通过分析“月球3号”传回的月球背面图片表明,月球背面主要是高地和山脉,大面积的月海只有两个,在照片上显示为两个黑暗的月球表面阴暗区。而且,背面的颜色相较于正面稍红一些。

这一结果大大加强了人们探测月球的兴趣,1966年,美国“月球太空船”同样拍摄到月球背面的照片,使得人们能够看清月面上的那些错落、形状不一的圆丘。

随着对月球背面的不断探测,如今,科学家已经绘制成功一副比较详细的月球背面图,并按照国际规定给那些背面的山和“海”进行了命名。

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。而地球经历了多次的沧海桑田,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。

(以上图片均来源于网络,如有侵权请留言删除)
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