[科普中國]-探月六十年（下）：各國百家爭鳴

沉寂十幾年后，人類終于在1990年再次瞄準月球。此后的各國的探測器發(fā)射不再以量取勝，而是改走少而精的路子，以最大限度的科學探測為目標，各各都是一頂一的厲害。

1990-2000年間人類一共發(fā)射了三次月球探測器，都比較成功。

1990年1月24日，日本的第一個月球探測器飛天號發(fā)射成功。飛天號在成功飛掠月球、但釋放月球軌道器羽衣號失敗后，通過空氣制動和軌道調整，成功進入月球軌道并最后撞擊月球表面墜毀。這是美蘇之外其他國家的第一次探月嘗試。

1994年2月19日，美國克萊門汀號軌道器成功進入月球軌道。這個高能的探測器攜帶了五個科學儀器：紫外/可見光相機（UVVIS）、近紅外CCD相機（VIR）、激光高度計（LIDAR）、高分辨率相機和帶電粒子望遠鏡。這些科學儀器在各個維度上加深了人們對月球的認識。

↓ 克萊門汀的紫外/可見光相機和近紅外CCD相機告訴我們月球表面鐵元素和鈦元素的豐度分布 （圖片來源：NASA/LPI)

↓ 克萊門汀的激光高度計繪制了月球全球地形圖 （顏色體現(xiàn)的是去掉月球平均半徑之后的高度差）(圖片來源：NASA/LPI)

↓ 克萊門汀的紫外/可見光相機拍攝的月球全球反照率拼接照片（圖片來源：NASA/LPI）

1998年1月11日，進入月球軌道的美國月球探勘者號軌道器也一樣碩果累累。

↓ 月球探勘者號的伽馬射線光譜儀（GRS）獲得的釷元素豐度分布圖 (圖片來源：Jolliff et al., 2000)

↓ 月球探勘者號的磁力計和電子反射儀（MAG/ER）獲得的月球磁場分布圖 (圖片來源：NASA)

↓ 月球探勘者號的中子光譜儀（NS）估算的月球南北極區(qū)水冰分布圖（越藍表示越多，越紅表示越少） (圖片來源：Feldman et al. ,1998)

↓ 月球探勘者號通過多普勒跟蹤數(shù)據(jù)推算月球全球重力場分布，紅色表示正異常，藍色表示負異常。因為軌道器飛到背面就無法實時跟蹤了，所以背面幾乎是條帶噪聲（圖片來源：維基百科）。

也就是說，直到1998年，人類探月四十年后，我們還是無法直接測量月球背面的重力信息。這個問題直到2007年日本的月神1號探測器采用了一顆中繼衛(wèi)星才得以解決。

再到2011年NASA的GRAIL重力探測器，直接發(fā)射了兩顆衛(wèi)星一前一后編隊飛行，彼此之間再也不用擔心“失聯(lián)”，一舉把月球全球重力場測量提高了一個量級。

（左）使用中繼衛(wèi)星進行月球背面重力測量的日本月神1號探測器（圖片來源：JAXA）；（右）使用雙星編隊飛行的NASA GRAIL探測器，（圖片來源：NASA）

美國GRAIL探測器獲取的月球全球自由空氣重力異常 (圖片來源：NASA/JPL-Caltech/GSFC/MIT)

月神1號探測器還攜帶了激光高度計和地形相機，和之后NASA 2009年發(fā)射的月球勘測軌道飛行器（LRO）的激光高度計一同，為人類的月球研究提供了迄今為止最高分辨率的月球地形圖。

LRO探測器上搭載的激光高度計LOLA獲取的月球地形圖，參考面為平均半徑（圖片來源：NASA）

2009年6月23日進入月球軌道的NASA月球勘測軌道飛行器（LRO），也是迄今為止幫助人類認識月球的一大殺器，LRO攜帶的高分辨率相機，可以提供局部分辨率優(yōu)于1米/像素的全月拼接影像。不管是細微的地質特征，還是曾經的探測器和著陸器殘骸，如今的月球對人類來說，算得上是“纖毫畢現(xiàn)”。

LRO全月拼接影像。（圖片來源：NASA）

21世紀的深空探測，又有兩個國家加入其中，那就是中國和印度。

2017年11月，中國的首個探月任務嫦娥1號成功進入月球軌道，并完成了包括拍照、激光測高、礦物和光譜成分探測等一系列科學觀測。

2008年11月，印度的首個探月任務月船1號成功進入月球軌道，并重點探測了月球的礦物和光譜成分。

此后的2010年，嫦娥1號的備份機嫦娥2號成功進入月球軌道，并在完成了計劃探測任務之后意外飛掠小行星圖塔蒂斯，成為第一個獲取該小行星高清影像的探測器。

2013年，嫦娥3號成功著陸月球表面，并釋放月球車玉兔號，這是人類繼美國的阿波羅號和蘇聯(lián)的月球號任務的37年以來再一次成功完成著陸器和月球車的軟著陸。

嫦娥3號著陸器及其拍攝的月表照片。（圖片來源：CAS / CNSA / The Science and Application Center for Moon and Deepspace Exploration）

而作為嫦娥3號的備份機，嫦娥4號著陸器將于今年（2018年）底發(fā)射并計劃著陸于月球背面的南極艾肯盆地，同時釋放一個月球車，這將是人類第一次嘗試著軟陸月球背面。同時，為了解決位于背面的著陸器和月球車與地球基站的通訊難題，將預先發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星“鵲橋號”前往地月拉格朗日L2點的環(huán)形軌道。

（圖片改編自：吳偉仁等，參見參考文獻3）

新世紀的探月舞臺，將會繼續(xù)是各國合作和競爭主戰(zhàn)場之一。作為星辰大海的第一站，人類探索月球的征程，不會停止。

參考文獻：

1.Jolliff, B. L., Gillis, J. J., Haskin, L. A.,Korotev, R. L., & Wieczorek, M. A. (2000). Major lunar crustal terranes:Surface expressions and crust‐mantle origins. Journal of GeophysicalResearch: Planets, 105(E2), 4197-4216.

2.Feldman, W. C., Maurice, S., Binder, A. B.,Barraclough, B. L., Elphic, R. C., & Lawrence, D. J. (1998). Fluxes of fastand epithermal neutrons from Lunar Prospector: Evidence for water ice at thelunar poles. Science, 281(5382), 1496-1500.

3.吳偉仁,王瓊,唐玉華,于國斌,劉繼忠,& 張瑋等.(2017). "嫦娥4號"月球背面軟著陸任務設計. 深空探測學報, 4(2),111-117.

（本文中標明來源的圖片均已獲得授權）