地球與月亮的“一面之緣”

歐陽自遠

3月8日，嫦娥四號著陸器和“玉兔二號”月球車完成喚醒設置，迎來了第28月晝。截至今天，嫦娥四號已在月球背面順利工作797個地球日。一直以來，月球都以“正面”示人，但為何我們無法直接觀測月球暗面？

月球暗面之所以顯得神秘，原因在于我們無法從地球上直接觀測到月球背面。由于月球的天平動，月盤邊緣區域有時候會露出一點點側背。導致地球與月亮只有“一面之緣”的原因究竟是什么？

潮汐鎖定

實際上，地球只能觀測到月球的一面，是因為一種特殊的天體現象——潮汐鎖定。

因重力梯度從而使天體永遠穩定地以同一面對著另一個天體，這種現象稱為潮汐鎖定（或同步自轉、受俘自轉），如月球永遠以同一面朝向地球。潮汐鎖定的天體繞自身的軸旋轉一圈要花上繞著同伴公轉一圈相同的時間。

這種同步自轉導致一個半球固定不變地朝向伙伴。月球的自轉和公轉周期都約為4周，因此無論何時從地球觀察月球，都只能看見同一面的半球。直到1959年，通過從蘇聯的月球3號探測器傳送回來的照片，人們才完整地看見月球背面。

特殊的“鵲橋”

要看見月球暗面的模樣，使用尋常的探測方法是做不到的，因為人類在地球上不僅從未見過月球背面，通信信號也會被阻隔。如何解決通信難題呢？

最好的辦法就是搭一座“鵲橋”——在地月拉格朗日L2點布置一顆中繼衛星，距離月球大約6萬至8萬公里。L2點本身與地球之間也被月球遮擋了，不過地球和月球引力可以使中繼衛星沿著圍繞L2的所謂光暈軌道運行，這樣就可以同時“看到”月球背面，也能“看到”地球，為嫦娥四號著陸器和月球車在月球背面軟著陸和月面工作提供信號傳輸和測控支持。