如果整個月球都進入了本影時,月全食這種現象就發生了。但如果隻是有一部分進入了本影時,則隻會發生月偏食。月全食和月偏食都是本影月食。在月全食時,月球並不是完全看不見的,這是由於太陽光在通過地球的稀薄大氣層時受到折射進入本影,投射到月麵上,令到月麵呈紅銅色。視乎月球經過本影的路徑及當時地球的大氣情況,亮度在不同的月全食會有所不同。有時月球並不會進入本影而隻進入半影,這就稱為半影月食。當半影月食發生時,月亮會略微變暗,但月球的邊緣並不會被地球的影子所阻擋。
月食分類
通常月食大致被分為月全食、月偏食和半影月食三種,但有時也隻分為月全食和月偏食兩種。當月球隻有局部進入到地球的本影時,就會出現月偏食;而當整個月球進入到地球的本影時,就會出現月全食。而半影月食則是指月球隻是穿過了地球的半影區,使月光輕微減弱,而我們則很難用肉眼看出其中的差別,所以不為人們所注意。
地球的直徑遠遠大於月球,大約是月球的4倍。在月球軌道處,地球的本影的直徑仍是月球的2.5倍。所以當地球和月亮的中心大致在同一條直線上時,月亮就會完全進入地球的本影,而產生月全食。由於月球的體積遠遠小於地球,所以如果月球始終隻是部分被地球本影遮住,就會發生月偏食。
地球的影子也有兩種分類,即本影和半影。如果月球進入到半影區域,也會把太陽的光遮掩掉一些,這種現象在天文上稱為半影月食。由於在半影區陽光仍十分強烈,月麵的光度隻是極輕微減弱,多數情況下半影月食不容易用肉眼分辨。一般情況下,半影月食較不易被人發現,故不能算為月食的各類,因此月食隻有月全食和月偏食兩種。
在一年中發生月食的次數一般為2次,最多時也會發生3次,但有時卻也是一次也不會發生。因為在一般情況下,月亮不是從地球本影的上方通過,就是在下方離去,很少穿過或部分通過地球本影,所以一般情況下就不會發生月食。據統計,每個世紀半影月食、月偏食、月全食發生的概率為36.60%,34.46%和28.94%。
4.探索月球的月球車
月球車是對月球進行考察時的專用車輛,它可以在月球表麵行駛,幫助月球考察和收集分析樣品。它的學名是“月球探測遠程控製機器人”,公眾已經習慣叫它“月球車”。世界上第一顆人造衛星發射成功後,人們便開始了飛向地外天體的準備。然而,在對月球表麵進行探測的過程中,空間采取什麼樣的運輸工具才有可能在月麵上進行實地考察呢?於是,產生了月球車。通過月球車可以將月麵考察的珍貴資料帶回地球,科學家再進行分析研究,這對人們認識月球有很大的幫助作用。
月球車的種類
1.無人駕駛月球車
這種月球車是由輪式底盤和儀器艙組成,它是靠太陽能電池和蓄電池聯合起來供電的。這類月球車的行駛是靠地麵遙控指令。1970年11月17日,蘇聯發射的“月球”17號探測器把世界上第一台無人駕駛的月球車-“月球車”1號送上月球。此車約重1.8噸,在月麵上行駛了10.5公裏,考察了8萬平方米的月麵。此後蘇聯的“月球車”2號又在月球行駛了37公裏,向地球發回了許多幅具有巨大價值的月麵全景圖。
2.有人駕駛月球車
阿波羅號
這種月球車是要由宇航員駕駛才能在月麵上行走的車。主要用於擴大宇航員的活動範圍和的體力消耗,可隨時存放宇航員采集采集的岩石和土壤標本。這類月球車的每個輪子各由一台發動機驅動,靠蓄電池提供動力,輪胎在-100℃低溫下仍可保持彈性,宇航員操縱手柄駕駛月球車。1971年9月30日,美國“阿波羅”15號飛船登上月球,兩名宇航員駕駛月球車行駛了27.9公裏;隨後“阿波羅”16號、17號又相繼攜帶月球車登月,利用車上的攝像機和傳輸設備,向地球發回了宇航員在月麵上的整個活動的情景。
中國的月球車
中國月球車
早在2005年,“嫦娥工程”首席科學家就對媒體披露,航天部門已經出台了關於“嫦娥工程”用月球車的技術參數和需要完成的科研任務,向全國公開競爭,擇優選用。此前,見諸報端的至少有7家高校和科研單位在從事月球車的研製,它們是哈爾濱工業大學、北京航空航天大學、清華大學、中國科學技術大學、航天科技集團第五研究院第502研究所、上海交通大學和國防科技大學,“每家都有絕活”。雖然這個規模很大,但航天部門所掌握的數據卻要遠遠超出這個規模,他們手頭上掌握的國產月球車模型不低於40輛。
2007年10月24日,受到中外人士極度關注的“嫦娥一號”已在西昌衛星發射基地直入月球。中國探月工程已進入實施階段。2012年,中國的第一個軟著陸器將登陸月麵。探月工程開啟了中國深空探測事業的大門。自此,一係列的深空探測器逐漸進入人們的視野,而“月球車”則是其中的首發隊員。
攻克月球車製造難點
難點1:重力
相比地球來說,月球的重力很小,約是地球的1/6。這便意味著,質量為50千克的東西,在地球上所受重力約500牛。到了月球表麵則變成約80牛。因此,這就使得月球表麵的土壤十分鬆軟,而鬆軟的土壤則會降低月球車的行進效率。
難點2:路況
月球表麵的路況極為複雜,路麵崎嶇不平,有石塊、有隕石坑,還有坡。在這種情況下,月球車在輪子的設計上就要費一番功夫。為保證月球車的順利行駛,輪子就要能克服重重障礙,既不能打滑,也不能翻車,還要保證後退、轉彎、爬坡等樣樣在行。
難點3:溫度
輪胎的材料是具有極高的要求的,要克服月球在自轉期內極大的溫差。月球在一個自轉周期內,溫差可以達到310℃,如此大幅度的溫度變化會使橡膠迅速老化,所以月球車輪胎必須要采用特殊的材料。
難點4:人工智能
月球車並不是個簡單的行駛工具,它更多的是個智能機器人,需要具備獨立處理各種環境的能力。由於距離太遠,無法通過遙控的方法處理反饋信息。月球車需要配置若幹個傳感器,在得知周圍環境、自身姿態、位置等信息後,通過地麵或車內裝置,形成三維地形圖。進而進行方向的編輯,以便勾畫出要到達目標點的路徑,並指導和控製月球車到達目的地。
難點5:電力供應
月球晝夜的變化是由其自轉引起的。月球上的一天,相當於地球上的27天略多。因此,月球晝夜間隔大約相當於地球上的14天。因此這也就是說,月球車最多可連續工作14天,而當進入月夜後,由於無法通過光能發電,就會進入休眠狀態,等到14天後,又能自動醒來。
在2012年,“嫦娥工程”將會實現“落地”這一重大任務,而要想順利完成這一任務,月球車、著陸器將會發揮重要作用。“月球車,從軟著陸器上跑下來,然後要在月球上走,這裏麵有好多問題。”中國科學院院士、中國探月工程首席科學家歐陽自遠反複強調其中的技術難關。與此同時,為了解決以上這一係列製造月球車難的問題,我國的科研研究人員正在絞盡腦汁製造中國版的月球車。
5.月球的成分及資源
月球的表麵
據研究,在45億年前,月球的表麵是一片液體岩漿海洋。科學家認為組成月球的礦物克裏普礦物(KREEP)展現了岩漿海洋留下的化學線索。KREEP實際上是科學家稱為“不兼容元素”的合成物,那些無法進入晶體結構的物質被留下,並浮到岩漿的表麵。研究月球時,KREEP是個很方便且重要的線索,從中可以看出月殼的火山運動曆史,同時也可以推測出彗星或其他天體撞擊的頻率和時間。
月殼由許多元素組成的,其中的主要元素有:鈾、釷、鉀、氧、矽、鎂、鐵、鈦、鈣、鋁及氫。當受到宇宙射線轟擊時,每種元素會發射特定的伽瑪輻射。有些元素,例如:鈾、釷和鉀,本身已具放射性,因此能自行發射伽馬射線。但無論成因為何,每種元素發出的伽馬射線均不相同,每種均有獨特的譜線特征,而且可用光譜儀測量。迄今為止,人類對月球元素的豐度還是沒有作出麵性的測量,而隻限於月麵一部分。
從多次對月球的勘探來看,月球蘊藏著極為豐富的礦藏。據介紹,月球上稀有金屬的儲藏量比地球還多。月球上的岩石主要有三種類型,第一種是富含鐵、鈦的月海玄武岩;第二種是斜長岩,富含鉀、稀土和磷等,主要分布在月球高地;第三種主要是由0.11毫米的岩屑顆粒組成的角礫岩。月球岩石中的元素含量是極為豐富的,不僅含有地球上的全部元素和大約60種的礦物,其中還有6種礦物是地球上所沒有的。
月球上還有著具為豐富的礦產資源,對於地球上常見的17種元素,月球上分布的到處都有。以鐵為例,僅月麵表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵,而整個月球表麵平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富,而且便於開采和冶煉。據悉,月球上的鐵主要是氧化鐵,隻要把氧和鐵分開就行;此外,如今的科學家還研究出了利用月球的土壤和岩石製造水泥和玻璃的辦法。
月球土壤是一種寶貴的資源,它含有大量的氦3,通過利用氘和氦3可進行氦聚變,以些作為核電站的能源。這種聚變不產生中子,安全無汙染,是容易控製的核聚變,不僅可用於地麵核電站,而且特別適合宇宙航行。據悉,月球土壤中氦3的含量估計為715000噸。從月球土壤中每提取一噸氦3,可得到6300噸氫、70噸氮和1600噸碳。從目前的分析看,由於月球的氦3蘊藏量大,對於未來能源比較緊缺的地球來說,無疑是雪中送炭。獲取氦3也成了許多航天大國對月球進行開發的重要目標之一。
月球上還分布著22個主要的月海,除了東海、莫斯科海和智海這三個月海位於月球的背麵外,即背向地球的一麵,其他的月海都分布在月球的正麵。在這些月海中存在著大量的月海玄武岩,22個海中所填充的玄武岩體積約1010千米,而月海玄武岩中蘊藏著豐富的鈦、鐵等資源。若假設月海玄武岩中鈦鐵礦含量為8%,則月海玄武岩中鈦鐵礦的總資源量約為1.310151.91015。盡管這種估算有著很大的不確定性和推測性,但有一點卻可以肯定,就是月海的玄武岩中含有著極其豐富的鈦鐵礦,而鈦鐵礦則是未來月球開發利用的最重要的礦產資源之一。
克裏普岩富含鉀、稀土元素和磷,是月球高地三大岩石類型之一。克裏普岩在月球上分布很廣泛。富含釷和鈾元素的風爆洋區的克裏普岩被後期月海玄武岩所覆蓋,克裏普岩混合並形成高灶和鈾物質,其厚度估計有1020千米。風暴洋區克裏普岩中的稀土元素總資源量約為225億至450億噸。此外,它還蘊藏著極為豐富的釷、軸,而這也是未來開發利用的重要礦產資源之一。而月球還分布著大量的金屬礦產資源,如鉻、鈉、鎂、銅等。
6.“嫦娥工程”大揭秘
嫦娥一號
當今人類進行航天活動有著三大領域,即發射人造地球衛星、載人航天和深空探測。重返月球,開發月球資源,建立月球基地已成為世界航天活動的必然趨勢和競爭熱點。開展月球探測工作是我國邁出航天深空探測第一步的重大舉措。實現月球探測將是我國航天深空探測零的突破。月球已成為未來航天大國爭奪戰略資源的焦點。月球上具有各種獨特的資源,其特有的礦產和能源,正好是對地球能源不足的重要補充和儲備,有利於地球可持續發展的實現。
而我國的探月活動又稱為嫦娥工程,這是我國對月球的自主探索和觀察的一項重要活動。國務院正式批準繞月探測工程立項後,繞月探測工程領導小組將工程命名為“嫦娥工程”、將第一顆繞月衛星命名為“嫦娥一號”。“嫦娥一號”衛星的承擔研製單位是中國空間技術研究院,它主要用於獲取月球表麵三維影像、探測月球上土壤的厚度及月球空間環境等。
嫦娥一號衛星有效載荷
科學目標
中國在2007年10月24日發射了第一顆月球探測衛星“嫦娥一號”,這是我國深空探測的第一步。中國進行月球探測的科學目標是:獲取月球表麵三維立體影像;對月球表麵有用元素及物質類型的含量和分布進行分析;月壤厚度的測量和氦-3資源量的評估;地月空間環境的探測。
有效載荷
為完成上述這四項科學目標,“嫦娥一號”將安裝五種科學探測有效載荷設備,包括CCD立體相機和幹涉成像光譜儀;激光高度計;微波探測儀;γ/X射線譜儀和空間環境探測係統。此外,還專門為它設計了一套有效載荷數據管理係統,以便有效采集、存儲、處理、和傳輸有效載荷的科學數據。
CCD立體相機和激光高度計它們共同來完成獲取月球表麵三維立體影像這一目標;幹涉成像光譜儀和γ/X射線譜儀完成第二個科學目標,即分析月球表麵有用元素及物質類型的含量和分布;微波探測儀完成第三個科學目標,即測量月壤厚度和評估氦-3資源量;
立體相機和幹涉成像光譜儀
立體相機主要是由四個係統來組成的,分別是光學係統、支撐光學係統的結構件、CCD平麵陣列和相應的信號處理子係統組成。衛星飛行時,三個平行的CCD線陣可以獲取月球表麵同一目標星下點、前視、後視三幅二維原始數據圖像,經三維重構後,再現月表三維立體影像。幹涉成像光譜儀用以獲取月球表麵多光譜圖像。而這項設備主要包括三個光學子係統,即Sagnac幹涉計、傅立葉變換透鏡和柱形透鏡。
激光高度計係統
這項係統主要用於測量衛星到月表星下點間的距離,它是由激光發射器及接收器兩大部分組成。激光發射器是用來發射激光脈衝到月球表麵,而接收器則是用來接收被後向散射的激光脈衝,激光脈衝的往返時間向人們傳遞了衛星到月表的距離信息。
γ/X射線譜儀
這項科學探測設備用來測量月球表麵元素的種類和豐度。月球表麵物質的原子或原子核受到宇宙線粒子的轟擊而激發,會產生特征的X射線和γ射線;一些天然放射性元素可以自己發射核γ射線,不同的元素可釋放不同能量的特征γ譜線。通過γ射線譜儀測量這些特征γ譜線的能量和通量,科學家可以推導出月表元素的種類和豐富程度。γ射線譜儀和X射線譜儀都是用來對月麵成分進行研究的,其測量結果可以起到很好地互補作用。
微波探測儀
這項設備是“嫦娥一號”的有效載荷之一,它設計成多頻段微波輻射計。微波探測儀的科學目標是利用微波信號對月球表麵物質的穿透傳播特性,從表征月球物質微波輻射的亮溫數據中,獲取月球月壤的厚度信息;獲得月球黑夜的微波遙感信息和獲得月球兩極的微波遙感信息。利用微波輻射計對月球探測在國際上尚屬首次。通過對月球微波遙感信息的獲取,這極大的豐富了人類對月球的認識。
空間環境探測係統
這項探測係統主要是由太陽高能粒子探測器和兩台太陽風離子探測器構成的。太陽高能粒子探測器用以分析地月空間和繞月空間環境的質子、電子和重離子。高能離子探測器包括傳感器和信號處理子係統。兩台太陽風離子探測器用以分析地-月和月球空間環境的太陽風中的低能離子。而它的傳感器則是由三個部件組成的,即準直器、靜電分析器和微通道板。
載荷數據管理係統(PDMS)
PDMS是一個基於1553B總線的分布式係統,主要有五大組件,即總線控製器(BC)、大容量存儲器(SSR)、高速複接器(HRM)、遠置終端(RT)及載荷配電器(PPD)。大多數有效載荷通過1553B總線實現與PDMS間的通訊,激光高度計和空間環境監測係統則被連接到了RT上。而這些載荷的科學數據和工程參數是由PDMS通過1553B總線獲取並存儲到SSR中的。當衛星處於地麵站的可接收範圍內時,它所存儲的數據及實時數據將由HRM根據CCSDS標準組裝為編碼的虛擬信道數據單元(CVCDU)串行序列,然後下行到地麵。該係統靈活、高效,萬一在任務中某個載荷停止了探測,那麼其他載荷可分享它所存儲及傳輸的資源。
7.月球上的“建築物”
月球上的“建築物”
月球可以說是地球黑夜時的光明使者,它那皎潔的月光,讓人心曠神怡。自古以來,它激發了人們多少美麗的想象,如嫦娥奔月、吳剛伐樹、玉兔搗藥等。雖說“高處不勝寒”,卻也“別有天地”。然而,當代科學對於月球環境的了解,則會令古人大失所望。因為月球是一個極端死寂和幹燥荒涼的世界,表麵布滿了大大小小的坑穴(環形山),而且月球日夜溫差極大。