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月球背面

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月球背面的照片，可见东方海（左中）和阿波罗环形山（左上），由猎户座飞船在阿耳忒弥斯1号任务期间拍摄。

月球背面是月球因为潮汐锁定总是背对地球的半球，与它相对的是月球正面。与正面相比，背面的地形崎岖不平，有大量的撞击坑和相对较少的平坦和黑暗的月海，使其看起来更接近太阳系中其它贫瘠的地方，如水星和卡利斯托。它拥有太阳系中最大的陨石坑之一，南极-艾特肯盆地。半球有时被称为“月球的黑暗面”，其中“黑暗”的意思是“未知”，而不是“缺乏阳光”——月球的每一侧都经历两周的阳光，而另一侧则经历两周夜间[1][2][3][4]。

由于天平动，地球上偶尔可以看到大约18%的背面。剩下的82%一直没有被观测到，直到1959年，苏联月球3号太空探测器拍摄到了这些区域的照片。苏联科学院于1960年出版了第一本背面地图集。1968年，阿波罗8号绕月飞行时，搭载的三位太空人成为第一批亲自看到月球背面的人类。所有载人和无载人的软着陆都发生在月球正面，直到2019年1月3日，嫦娥四号首次在月球背面着陆[5]。

天文学家建议在月球背面安装一架大型射电望远镜，使其免受地球可能的电磁干扰[6]。

释义

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由于潮汐锁定，中心体（地球）的居民将永远无法看到卫星（月球）的绿色区域。

来自地球的潮汐力使月球的自转速度减慢到同一侧始终面向地球的程度，这种现象被称为潮汐锁定。另一面，大部分从地球上永远看不见，因此被称为“月球背面”。随着时间的推移，由于天平动，可以看到背面的一些眉月形边缘[7]。总的来说，月球表面的59%在某个时间或某个其它时间都可以从地球上看到。对偶尔从地球上可见的月球背面部分进行有用的观测是困难的，因为距离地球的视角很小（无法“完全”观测到）。

一个常见的误解是月球没有自转（不绕其轴线旋转）。如果是这样的话，对地球而言将可以在月球绕行地球一周的时间中看见整个月球的表面。相对的，它的自转周期与轨道周期相匹配，这意味着它每绕一圈就会自转一次：就地球而言，可以说它的月球日和它的年有相似的长度（即27.3个地球日与29.5个地球日）。

“月球的黑暗面”一词并不是指在没有光的情况下的“黑暗”，而是指在未知情况下的“黑暗”：在人类能够派遣太空船绕月飞行之前，从未见过这个区域[1][2][3]。事实上，正面和背面（平均而言）直接从太阳接收的光几乎相等。但这种对称性由于从地球反射到正面的阳光（地球照（英语：Earthlight (astronomy)））[8]，以及只有在背面已经黑暗的时候才会发生的月食，而变得复杂。月食意味着，在很长一段时间内，面向地球的正面比背面接收到的阳光略少。

在“满月”下的夜晚，月球的正面接收到大约10勒克斯的光照（大约相当于街灯下的都市人行道；这是地球在满月下接收到的光照的34倍），而在月夜期间，月球的暗侧仅接收到大约0.001勒克斯的星光[8]。只有在满月期间（从地球上看），整个月球的背面才会是黑暗的。

“黑暗”一词已经扩展到也指当太空船在月球背面时，与太空船的通信可能会被阻断，例如在阿波罗太空任务中[9]。

月球勘测轨道飞行器（LRO）拍摄的详细影像，可见莫斯科海。
2015年7月16日深空气候观测卫星从距地球100万英里的太空拍摄的月球绕过地球，只能看到月球的一侧。

差别

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参见：月海

月球的两个半球有着明显不同的外观，正面侧覆盖着多个巨大的月海（maria，拉丁语中"海"的意思，因为最早的天文学家错误地认为这些平原是月球水（英语：Lunar water）的海洋），背面则是一幅破旧、坑坑洼洼的外观，几乎没有海，只有1%的背面表面被海覆盖[10]，而在正面为31.2%。对这种差异的一种普遍接受的解释为与正面半球产热元素的浓度较高有关，正如从月球勘探者从加玛射线光分计获得的地球化学建模（英语：Geochemical modeling）（地球化学图）所证明的那样。虽然其他因素，如表面高程和地壳厚度，也可能影响玄武岩的喷发位置，但这些因素并不能解释为什么背面南极-艾特肯盆地（包含月球最低高程，地壳薄）的火山活动不如正面的风暴洋活跃。.

也有人提出，两个半球之间的差异可能是由与一个较小的伴随卫星碰撞引起的，该碰撞也源于忒伊亚碰撞[11]。在这个模型中，撞击导致了一个增生堆，而不是一个火山口，形成了一个半球状的层，其范围和厚度可能与背面高地的尺寸一致。然而，背面的化学成分与该模型不一致[来源请求]。

背面有更多可见的陨石坑。这被认为是月球熔岩流的影响，熔岩流覆盖并掩盖了陨石坑，而不是像在地球的遮罩作用。据美国国家航空暨太空总署的计算，从月球上看，在41,000平方度的天空中，地球只遮蔽了大约4平方度。 “这使得地球作为月球的盾牌可以忽略不计，而且月球的正反面都可能受到相同数量的撞击。尽管两侧都受到了相同数量的冲击，但熔岩更新的表面导致正面可见的陨石坑比背面可见的更少[12]。”

最新研究表明，月球形成时，来自地球的热量是正面撞击坑较少的原因。月壳主要由斜长石组成，铝和钙在地幔中凝结并与硅酸盐结合形成。较冷的背面更快地经历了这些元素的凝结，因此形成了较厚的地壳；在正面的流星体撞击有时会穿透这里较薄的地壳，释放出形成海的玄武岩熔岩，但在背面却很少这样[13]。

探测

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早期探测

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前苏联在1959年为纪念拍到月球背面的第一张照片发行的邮票。
1959年10月7日月球3号拍摄的影像，首次揭示了月球的背面。清晰可见的是莫斯科海（右上）与三胞胎的危海、界海和史密斯海（左中）。
当使用先进的噪声去除科技（B）恢复月球背面的第一张影像（A）时，与美国国家航空航太局后来的LRO任务（C）相比，重要特征点清晰可见，可见特征点的清晰、一对一对照也很明显。

直到20世纪50年代末，人们对月球背面知之甚少。天平动周期性地允许对月球背面边缘的特征进行有限的一瞥，但仅占月球总表面的59%[14]。然而，这些特征都是从低角度观察到的，阻碍了有用的观察（事实证明，很难区分火山口和山脉）。背面剩下的82%的地表仍然未知，对其性质也有很多的猜测。

可以通过天平动看到的背面特征的一个例子是东方海，它是一个几乎横跨1,000 km（600英里），然而，直到1906年，德国天文学家尤利乌斯·海因里希·弗朗茨才将这一个特征命名。该盆地的真实性质是在20世纪60年代将校正后的影像被投影到球体上，才被发现的。1967年，月球轨道器4号拍摄了该盆地的详细照片。

在太空探索开始之前，天文学家们没有想到月球的背面会与地球可见的正面不同[15]。在1959年10月7日，苏联探测器月球3号拍摄了月球背面的第一张照片，其中18张是可分辨[16]，[15]覆盖了地球上看不见的三分之一的表面[17]。在对这些影像进行了分析之后，苏联科学院于1960年11月6日出版了第一本月球背面地图集[18][19]。它包含了500个可分辨的景观特征目录[20]。

在1961年，苏联根据月球3号的影像发布了第一个月球仪（比例为1:13600000）[21][22]。

在1965年7月20日，另一个苏联探测器探测器3号（英语：Zond3）发表了25张质量非常好的月球背面照片[23]，分辩率远高于月球3号。特别是，他们发现了数百公里长的环形山链[17]。但是，出乎意料的是，没有一块能像肉眼从地球上看到的海那样的平原[15]。

在1967年，《月球背面的图集》的第二部分在莫斯科发表[24][25]。根据探测器3号的数据，该目录现在包括4,000个新发现的月球背面景观特征[17]。同年，第一张“完整的月球地图”（比例为1:5000000[21]）并更新了完整的月球仪（比例为1:10000000），呈现月球表面95%的特征[21]，在苏联被释放[26][27]。

由于苏联的太空探测器发现了月球背面的许多突出景观特征，苏联科学家为它们取了名字。这引起了一些争议，国际天文学联合会保留了其中许多名称，后来承担了命名该半球月球特征的角色。

进一步调查任务

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1962年4月26日，美国国家航空暨太空总署游骑兵4号尽管未能返回撞击前的任何科学数据，它成为第一艘撞击月球背面的太空船[28]。

美国国家航空暨太空总署于1966年至1967年发射的美国无载人月球轨道计划对月球背面进行了第一次真正全面而详细的测绘。对月球背面的大部分覆盖是由该系列的最后一个探测器月球轨道器5号提供的

1968年12月，在阿波罗8号任务中，人类首次直接看到了月球背面。太空人威廉·安德斯描述了他的观点如下：

“背面看起来像是我的孩子们玩了一段时间的沙堆。这一切都是一团糟，毫无章法可言，只是有很多凹凸和洞孔。”

1972年，阿波罗16号拍摄的月球背面，可见界海和史密斯海。可以看见坑洞比月球正面的多得多。

从阿波罗8号和阿波罗10号到阿波罗17号，所有24位太空人都看到过月球背面，并且有许多月球探测器拍摄了照片。太空船从月球后面经过时，都会与地球失去了直接的无线电通信，不得不等到轨道回到正面时才能传输资料。在阿波罗任务期间，服务舱的主发动机必须当太空船在月球后面时启动，在太空船再次出现之前，任务控制中心都因担心而非常的紧张。

身兼地质学家的太空人哈里逊·舒密特是最后一个登上月球的人，他曾积极游说阿波罗17号的着陆点位于月球的背面，目标是充满熔岩的火山口齐奥尔科夫斯基环形山（英语：Tsiolkowskiy）。舒密特雄心勃勃的提议还包括将一颗具有影像传输功能，有如现在的红外波段遥感气象卫星（英语：TIROS，Television Infrared Observation Satellite）的卫星以法夸尔-利萨如轨道安放在L2点，以便任务控制中心在太空船下降阶段与在太犉月球表面操作期间能维持视线的联系。美国国家航空暨太空总署以会增加风险和缺资金否决了这个计划。

随着中国国家航天局于2018年5月21日发射的鹊桥中继卫星，利用地月L2做为覆盖月球背面通信卫星的想法已经实现[29]。此后，它被用于嫦娥四号着陆器和于2019年初成功登陆月球背面的玉兔二号月球车之间与地球上的地面站之间的通信。L2还被提议做为推进剂库（英语：Orbital propellant depot）的理想位置[30]。

软着陆

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The Chang'e-4 lander imaged by the Yutu-2 rover on the lunar far side.
玉兔二号月球车在月球背面拍摄的嫦娥四号着陆器。

2019年1月3日，中国国家航天局的“嫦娥四号”实现了人类首次月球背面软着陆，并在月球背面部署了“玉兔二号”月球车[31]。该飞行器包括一个着陆器和装有低频无线电摄谱仪和地质研究工具[32]。2020年2月，中国天文学家首次报导了月球喷出物序列的高分辨率影像，以及对其内部结构的直接分析。这些是基于“玉兔2号”月球车上月球探测雷达（LPR）的观测结果[33][34]。

嫦娥六号已经于2024年发射，着陆于月球背面的阿波罗环形山，采集样本并返回地球。

因为来自地球的干扰被月球阻挡，月球的背面为射电天文学提供了良好的环境。月球表面电磁学实验（LuSEE Night）着陆器预计最早将于2026年完成软着陆任务，美国国家航空暨太空总署和美国能源部正在开发一个位于远端的机器人天文台，用于量测宇宙早期历史的电磁波[35]。

由嫦娥四号拍摄的第一张月球背面全景图。

潜在用途和任务

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月球背面被认为是放置电波望远镜的好地方，因为月球会阻挡地球的无线电，使其免受干扰。碗状的小陨石坑为类似于波多黎各的阿雷西博天文台，固定的望远镜，提供了一个自然形成的场所。对于更大尺度的望远镜来说，位于背面中心附近100千米（60英里）外的代达罗斯环形山，其3千米（2英里）边缘将有助于阻挡轨道上卫星的杂散通信。另一个潜在的射电望远镜候选地是萨哈环形山[36]。

在将电波望远镜部署到月球背面之前，必须克服几个问题。细小的月球尘埃会污染设备、车辆和宇航服。用于碟型天线的导电材料也必须小心遮罩，以防太阳耀斑的影响。最后，望远镜周围的区域必须受到保护，以免受到其他无线电源的污染。

地月系统的L2拉格朗日点位于背面上方约62,800千米（39,000英里）处，这也被提议作为未来射电望远镜的位置，该望远镜将以利萨如轨道围绕拉格朗日点执行。

美国国家航空暨太空总署正在研究一项登月任务，计划把一个样品返回着陆器送到南极-艾特肯盆地，这是一次重大撞击事件的发生地，该事件发生在一个几乎2,400千米（1,500英里）深的地层。这次撞击的力量已经深入月球表面，分析从该地点返回的样本，可以获取有关月球内部的资讯[37]。

由于月球正面部分被地球遮蔽，不会受到太阳风的轰袭，预测月球背面的月海有着月球表面浓度最高的氦-3[38]。这种同位素有很好的潜力做为核聚变反应堆的燃料，但在地球上相对罕见。这种物质的存在给了主张在月球建立基地的支持者一个很好的理由[39]。

命名功能

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月球背面的一些地理特征在这张照片中被标记出来。

相关条目

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参考资料

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  1. ^ 1.0 1.1 Sigurdsson, Steinn. The Dark Side of the Moon: a Short History. 9 June 2014 [16 September 2017]. （原始内容存档于2014-06-13）. 
  2. ^ 2.0 2.1 O'Conner, Patricia T.; Kellerman, Stewart. The Dark Side of the Moon. 6 September 2011 [16 September 2017]. （原始内容存档于2020-09-28）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Messer, A'ndrea Elyse. 55-year-old dark side of the moon mystery solved. Penn State News. 9 June 2014 [16 September 2017]. （原始内容存档于2021-10-20）. 
  4. ^ Falin, Lee. What's on the Dark Side of the Moon?. 5 January 2015 [16 September 2017]. （原始内容存档于30 November 2018）. 
  5. ^ Chinese spacecraft makes first landing on moon's far side. AP NEWS. 3 January 2019 [3 January 2019]. （原始内容存档于2019-01-03）. 
  6. ^ Kenneth Silber. Down to Earth: The Apollo Moon Missions That Never Were. [2023-11-10]. （原始内容存档于2022-11-17）. 
  7. ^ NASA. Libration of the Moon. [失效链接]
  8. ^ 8.0 8.1 The Dark Side of the Moon. 18 January 2013 [2023-11-10]. （原始内容存档于2023-01-23）. 
  9. ^ Dark No More: Exploring the Far Side of the Moon. 29 April 2013 [2023-11-10]. （原始内容存档于2014-10-11）. 
  10. ^ J. J. Gillis; P. D. Spudis. The Composition and Geologic Setting of Lunar Far Side Maria. Lunar and Planetary Science. 1996, 27: 413. Bibcode:1996LPI....27..413G. 
  11. ^ M. Jutzi; E. Asphaug. Forming the lunar farside highlands by accretion of a companion moon. Nature. 2011, 476 (7358): 69–72. Bibcode:2011Natur.476...69J. PMID 21814278. S2CID 84558. doi:10.1038/nature10289. 
  12. ^ Near-side/far-side impact crater counts by David Morrison and Brad Bailey, NASA. http://lunarscience.nasa.gov/?question=3318 （页面存档备份，存于互联网档案馆）. Accessed 9 January 2013.
  13. ^ Messer, A'ndrea Elyse. 55-year-old dark side of the moon mystery solved. Penn State University. 9 June 2014 [27 June 2016]. （原始内容存档于2021-10-20）. 
  14. ^ How much moon do we see? | EarthSky.org. earthsky.org. [6 February 2019]. （原始内容存档于2021-11-14） （美国英语）. 
  15. ^ 15.0 15.1 15.2 Ley, Willy. The Re-Designed Solar System. For Your Information. Galaxy Science Fiction. April 1966: 126–136. 
  16. ^ NASA – NSSDCA – Spacecraft – Details. nssdc.gsfc.nasa.gov. [2023-11-12]. （原始内容存档于2021-06-04）. 
  17. ^ 17.0 17.1 17.2 Луна (спутник Земли) （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Great Soviet Encyclopedia
  18. ^ АТЛАС ОБРАТНОЙ СТОРОНЫ ЛУНЫ, Ч. 1, Moscow: USSR Academy of Sciences, 1960
  19. ^ Launius, Roger D. Aeronautics and Astronautics Chronology, 1960. www.hq.nasa.gov. [2009-09-05]. （原始内容存档于2021-07-14）. 
  20. ^ （俄语） Chronology, 1804–1980, to the 150th anniversary of GAISh – Moscow State University observatory （页面存档备份，存于互联网档案馆）. MSU
  21. ^ 21.0 21.1 21.2 （俄语） Moon maps and globes, created with the participation of Lunar and Planetary Research Department of SAI （页面存档备份，存于互联网档案馆）. SAI
  22. ^ Sphæra: the Newsletter of the Museum of the History of Science, Oxford. www.mhs.ox.ac.uk. [2009-09-05]. （原始内容存档于2021-06-28）. 
  23. ^ NASA – NSSDCA – Spacecraft – Details. nssdc.gsfc.nasa.gov. [2023-11-12]. （原始内容存档于2021-03-19）. 
  24. ^ Atlas Obratnoy Storony Luny, p.2, Moscow: Nauka, 1967
  25. ^ Observing the Moon Throughout History. Adler Planetarium. [1 December 2020]. （原始内容存档于22 December 2007） （英语）. 
  26. ^ Works of the Department of lunar and planetary research of GAISh MGU. selena.sai.msu.ru. [2009-09-05]. （原始内容存档于2009-01-26）. 
  27. ^ （俄语） Moon Maps （页面存档备份，存于互联网档案馆）. MSU
  28. ^ Discussion. Space Policy. 1998, 14 (1): 5–8. Bibcode:1998SpPol..14....5.. doi:10.1016/S0265-9646(97)00038-6. 
  29. ^ Jones, Andrew. Chang'e-4 relay satellite enters halo orbit around Earth-Moon L2, microsatellite in lunar orbit. SpaceNews. 14 June 2018. 
  30. ^ Zegler, Frank; Kutter, Bernard. Evolving to a Depot-Based Space Transportation Architecture (PDF). AIAA SPACE 2010 Conference & Exposition. AIAA: 4. 2 September 2010 [25 January 2011]. （原始内容 (PDF)存档于24 June 2014）. L2 is in deep space far away from any planetary surface and hence the thermal, micrometeoroid, and atomic oxygen environments are vastly superior to those in LEO. Thermodynamic stasis and extended hardware life are far easier to obtain without these punishing conditions seen in LEO. L2 is not just a great gateway—it is a great place to store propellants. ... L2 is an ideal location to store propellants and cargos: it is close, high energy, and cold. More importantly, it allows the continuous onward movement of propellants from LEO depots, thus suppressing their size and effectively minimizing the near-Earth boiloff penalties. 
  31. ^ Chinese spacecraft makes first landing on moon's far side. Times of India. Associated Press. 3 January 2019 [3 January 2019]. （原始内容存档于2019-01-16）. 
  32. ^ China aims to land Chang'e-4 probe on far side of moon. Xinhua English News. 8 September 2015. （原始内容存档于10 September 2015）. 
  33. ^ Chang, Kenneth. China's Rover Finds Layers of Surprise Under Moon's Far Side - The Chang'e-4 mission, the first to land on the lunar far side, is demonstrating the promise and peril of using ground-penetrating radar in planetary science.. The New York Times. 26 February 2020 [27 February 2020]. （原始内容存档于2020-02-26）. 
  34. ^ Li, Chunlai; et al. The Moon's farside shallow subsurface structure unveiled by Chang'E-4 Lunar Penetrating Radar. Science Advances. 26 February 2020, 6 (9): eaay6898. Bibcode:2020SciA....6.6898L. PMC 7043921 可免费查阅. PMID 32133404. doi:10.1126/sciadv.aay6898 可免费查阅. 
  35. ^ NASA, Department of Energy Join Forces on Innovative Lunar Experiment. 6 March 2023 [2023-11-12]. （原始内容存档于2023-06-12）. 
  36. ^ Stenger, Richard. Astronomers push for observatory on the moon. CNN. 9 January 2002 [26 January 2007]. （原始内容存档于25 March 2007）. 
  37. ^ M. B. Duke; B. C. Clark; T. Gamber; P. G. Lucey; G. Ryder; G. J. Taylor. Sample Return Mission to the South Pole Aitken Basin (PDF). Workshop on New Views of the Moon 2: Understanding the Moon Through the Integration of Diverse Datasets. 1999: 11 [2009-09-06]. （原始内容存档 (PDF)于2004-11-09）. 
  38. ^ Thar's Gold in Tham Lunar Hills. Daily Record. 28 January 2006 [26 January 2007]. （原始内容存档于2007-09-27）. 
  39. ^ Schmitt, Harrison. Mining the Moon. Popular Mechanics. 7 December 2004 [7 October 2013]. （原始内容存档于15 October 2013）. 
  40. ^ 40.0 40.1 40.2 40.3 40.4 Chang'e-4's moon landing site named. China Daily. 17 February 2019 [16 February 2019]. （原始内容存档于2023-11-12）. 
  41. ^ 41.0 41.1 41.2 41.3 41.4 IAU Names Landing Site of Chinese Chang'e-4 Probe on Far Side of the Moon. International Astronomical Union. 15 February 2019 [2023-11-12]. （原始内容存档于2023-09-28）. 

外部链接

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