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科学普及

【2018年分省院科普征文大赛作品展示】

“探索月亮背后的秘密”倒计时进行中…

发表日期:2018-10-09来源:放大 缩小

  

  乍一看,像是一个倒立燃烧的蜡烛。不知道大家有没有和小编同样的感觉呢?

  确实有点像,但这可不是正在燃烧的蜡烛,而是2018年5月21日,西昌卫星发射中心火箭发射升空的画面。

  看过新闻联播的人当时都会听到这么一句话:“鹊桥是嫦娥四号月球探测器的中继卫星,发射后将运行在‘地月系统拉格朗日L2’点,为嫦娥四号探测器提供地月中继通信支持”。

  也许有人会纳闷,什么是地月系统拉格朗日L2点?

  不着急,先和小编一起了解一下我国嫦娥工程的发展史吧。

  月球,对于人类而言,是地球资源的重要补充和储备。开发月球,获取月球上存在的各种可利用资源必将成为未来航天大国争夺的焦点。

  嫦娥奔月,在中国可谓是家喻户晓的神话故事。美丽的女神嫦娥奔月之后就以月亮为家,人们提及嫦娥必然会和月亮联系起来。

  我国嫦娥工程主要目的就是为了探测月球,因此,该项工程以“嫦娥”命名。工程的实施分为三个阶段,“无人月球探测”为第一阶段;“载人月球探测”为第二阶段;“建立月球空间站”为第三阶段,也是探月工程的最终目标。嫦娥工程2004年正式开始实施,截至目前将要发射的嫦娥四号,都还处于整个工程实施的第一阶段。

  2007年我国第一颗嫦娥探月卫星发射成功,名为嫦娥一号,其主要功能是能够绕月飞行,并撞击月球表面,实现这两大功能就算任务完成。嫦娥一号经过一年多的绕月飞行之后,最终以撞月的方式,悲壮地完成了自己的使命。

  2010年我国发射第二颗探月卫星,名为嫦娥二号,其功能也是首先绕月飞行,但这次不撞月了,而是飞到日地拉格朗日L2点,这里是日地拉格朗日L2点而不是地月拉格朗日L2点。嫦娥二号对日地拉格朗日L2点的造访,使得中国成为世界上第三个能够到达该点的国家,并成为人类在国际上首次实现从月球轨道飞往日地L2点的国家,之后进行深空探测,并不断地刷新距地飞行高度。

  2013年我国发射第三颗探月卫星,名为嫦娥三号,目的是为了登月。记忆力好的朋友可能记得,嫦娥三号当时还携带了一辆月球车,名为“玉兔”,是迄今为止在月面健康工作最长的月球车,现在已经光荣退休了。“玉兔”是人类带入月球的第六辆月球车,前五辆分别为:1970年苏联的“月球车1号”,1971年美国的“阿波罗15号”, 1972年美国的“阿波罗16号”和“阿波罗17号”,以及1973年苏联的“月球车2号”。

  2018年底我国将发射第四颗探月卫星,这次要在月球的背面实现软着陆。

  据说月球背面有外星人的基地,外星人一直在监视地球,到底有没有外星人在月球背面,好期待嫦娥四号带给我们答案。

  鹊桥与嫦娥四号

  也许有人会说,为什么嫦娥四号发射之前要先搭鹊桥,而嫦娥三号不需要呢?

  众所周知,天体之间存在着相互作用力。地球和月球之间的相互作用力使得月球永远以同一面朝向地球,这种现象也被称之为潮汐锁定。这样一来,从地球发出的电磁波就无法到达月球的背面,如果直接发射嫦娥四号,地球上的科学家将会和嫦娥四号失去联系。

  如何解决通信问题呢?手机的通信方式可以作为参考,我们平时用手机和远在千里之外的人通话,并不是手机发出的无线电波直接和对方的手机连通,而是先到通信公司的基站,基站再到数据处理中心,数据处理中心根据我们的需要,帮我们连接到我们想要通话的那部手机上。

  地球上的科学家和嫦娥四号也将通过类似的方式进行通信,也就是通过中继通信的方式,地球先和中继卫星取得联系,中继卫星再和嫦娥四号取得联系,通过数据交换就解决了地球和嫦娥四号之间无法直接通信的问题。

  好奇的朋友可能还有疑问,那鹊桥中继卫星在太空中燃料耗尽了怎么办?会不会像嫦娥二号一样,没有燃料之后成为一颗行星呢?飞跑了怎么办?

  对于这个问题,就得说说新闻中提到的拉格朗日L2点了。

  我们知道,地球能够围绕太阳做周期性椭圆运动是因为太阳和地球之间相互作用力的结果。所以科学家就想,在日地周围是否存在这样一个点,该点的卫星在太阳和地球万有引力共同作用下,不需要燃料也能够和地球一起周期性运动?

  经过数学天才欧拉的研究和推算,终于找到了三个点,称之为L1点、L2点和L3点。L1点在太阳和地球连线上,L2点在太阳和地球的延长线上,L3点在地球和太阳的延长线上。后来,数学家拉格朗日又找到两个点——L4点和L5点,这两个点在以太阳和地球为边长的正三角形的顶点上。这五个点合称拉格朗日点。如果在这五个点上放置一颗没有动力的卫星,那么这颗卫星会在太阳和地球共同作用力下和地球一起围绕太阳旋转。

  对于宇宙中的双星系统,都存在有拉格朗日点,著名的特洛伊小行星带就存在于太阳和木星系统构成的日木L4和L5点。不同星体组成的双星系统,由于星体质量不同,其相互作用力大小也不相同,其拉格朗日点相较于星体的距离也是不一样的。日地拉格朗日L2点距地球约150万公里,对于地球和月球构成的地月拉格朗日L2点距离月球中心约6.5万公里,距离地球约为44.9万公里。在地月拉格朗日L2点放置一颗卫星,这样不需要动力,卫星与月球将实现同步公转。

  所以,鹊桥中继卫星要和将要发射的嫦娥四号实现中继通信,地月拉格朗日L2点是最合适的位置。

  鹊桥搭好了,期待年底嫦娥四号奔月,这将实现人类首次月球背面软着陆。我们期待嫦娥再次登月,更期待嫦娥四号能够揭开月亮背后的秘密,让我们拭目以待吧。

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