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2024年6月2日，嫦娥六号在经历了约一个月的太空飞行后（图1），终于在万众期待下成功于月球背面的艾特肯盆地着陆。接下来，嫦娥六号探测器将在月球背面紧张工作，开展人类历史上的首次月背采样任务——将月球背面的“土特产”带回地球。在神话故事、科幻电影以及阴谋论的背景渲染下，月球背面的故事更加离奇神秘。本文将从一个行星科学研究参与者的角度，简单阐述月球的背面为什么如此神秘，也希望能抛砖引玉激起大家对“中国为什么要探索月球背面”这一问题的思考。
图1 嫦娥六号环月示意图
（图源：国家航天局）
地球上只能看到
一半的月球
“江月年年望相似”是张若虚在《春江花月夜》中写下的句子。诶？月亮不是有阴晴圆缺吗，为什么诗人却说月亮“年年相似”呢？原来仔细观察月亮，尽管我们每天看到的月亮有明暗变化，但月面的图样却是始终一致的（图2）——这个月拍到的满月和下个月、下下个月、未来的任何一个满月，在肉眼上都不会有任何区别。这是由于月球的自转和围绕地球的公转周期一致，达成了“地球对月球的潮汐锁定”，所以我们在地球上始终只能看到月球的“正脸”，而无法看到它的“身后”（图3）。难怪古人常常把月亮比喻为二维的盘子或是镜子（“小时不识月，呼作白玉盘。又疑瑶台镜，飞在青云端。”李白《古朗月行》），因为它在视觉上不曾给人带来过球体的前后左右之分。
图2 尽管月有阴晴圆缺，但月面上的图案都是一样的
图3 潮汐锁定示意图，月球始终以固定的一面朝向地球
地球上永远看不到月球的背面，这一特性也给文学加工提供了无限的想象空间。马克·吐温说：“每个人都是月亮，都有不曾展露的暗面”，用月球背面指代人精神世界中的阴影；而鲁迅在改编小说《奔月》中则用神秘的“月宫”暗喻了嫦娥逃离现实生活的精神庇护所。这一设定在科幻小说以及“阴谋论”中更是大放异彩，在阿瑟·克拉克的小说《岗哨》中：外星文明把指引地球的灯塔留在了月球，因为只有这时人类文明才具有了探索宇宙的能力；而如果外星人在月球背面建设基地，则能密切监视地球动态而无法被缺乏深空探测技术的文明所发现（图4）。
图4 科幻故事中的月球都市
在实际深空探测任务中，月球始终面向地球的这一特性也给月背探测带来了很大的麻烦。人类自诞生以来就能看到月球的正面，而直到1959年，苏联“月球3号”探测器在经过精心设计和漫长的飞行调整后，终于绕到了月球背面，首次拍到了月亮远端的照片（图5）。1969年，执行美国“阿波罗11号”任务的三位宇航员成为了首次在绕月轨道上亲眼看见月球背面的人类。但是由于月球的遮挡，三位宇航员会在48分钟的时间内与38万千米外的地球失去信号联系，这段信号遮挡期被称为“人类最孤独的48分钟”。而通过航天技术的持续发展，中国成功突破了中继星技术用于链接地球和来自月背的信号。得益于提前发射的“鹊桥2号”，我国科学家能掌握嫦娥六号在月球背面的一举一动，最终实现月球背面的样品返回。
图5 首张月球背面的照片（左）；
高清月球背面照片（右）
月球背面
有什么？
“月光如水水如天（赵嘏《江楼感旧》）”，由于月光清冷的颜色，我们常常会把它和“水”联系在一起。然而月球上有“水”吗？目前还是存在广泛争议的问题。月球至今没有液态水的发现，然而在月球背面靠近南极的位置可能存在有固态的冰。众所周知，水是地球生命能存活的最基础条件。若要在未来实现月球空间站的建设（图6），开发利用月球，对月球水冰的研究则无法回避。这趟月球背面也就非去不可了。
图6 欧洲航天局绘制的月球空间站示意图
（图源：欧洲航天局）
月球上没有液态水，为什么月光却显得如此柔和呢？这是因为月球自身不能发光，皎洁的月光来自于月球岩石对太阳光的反射。肉眼观察月亮，我们就能发现：在月球正面存在着两个明显不同的区域——更亮更白的区域称作“月球高地”；更暗更深色的区域被称为“月海”。经过科学探测后，月球高地确实地形上更高，由灰白色的斜长岩构成；然而月海则不是“海”，其实是在数十亿年前喷发、流动，而现在早已固结的玄武岩（图7）。而更有趣的是，通过对月球背面的遥感分析——当然，科学家们并没有在月球背面看到外星人留下的遗迹——月球的背面几乎没有月海的存在而全由月球高地构成。月球的玄武岩岩浆活动为什么集中在月球的正面？如何解释月球正反面的不对称性？在行星科学界尚无完美的答案回答这些问题。从月球背面返回样品，或许会颠覆以前我们对月球的认识，帮助我们解决月球的形成演化之谜。
图7 月球正面图（左）以及月海玄武岩（右上，灰白色板状矿物为斜长石）与高地斜长岩（右下，整体＞90%为斜长石）
而在月球自身物质之外，由于月球缺乏大气层和磁场的保护，月球还保存了大量的陨石撞击记录。各种类型的小行星、彗星被月球捕获，造就了月表深深浅浅的环形坑。某些巨大的撞击事件可能凿破了月壳，把月球深部的物质暴露出来；某些强烈的撞击效应可能带来了新的物质和能量，永久地影响了月球的演化。要想获得这些有关太阳系和宇宙的信息，我们不得不把目光放的更远。而嫦娥六号正是选择了这样一个复杂而神秘的区域作为目的地——月球南极艾特肯盆地（月球上最大的撞击坑）的边缘（图8）。也许在未来样品返回后，我们还能在月壤中找到来自其他天体的陨石残片，告诉我们更多有关宇宙的故事。
图8 嫦娥六号着陆区位置，红色框所示（引自Zeng et al., 2023）
从“神话传说”
到“科学论文”
“青天有月来几时？我今停杯一问之。”这是李白在《把酒问月》中的句子。可能人类对宇宙奥秘的向往从文明诞生之初就应运而生：古罗马的露娜（Luna）、古希腊的塞勒涅（Selene）、古巴比伦的南纳（Nanna）、还是中国的太阴星君、嫦娥、吴刚。各个文明用不同的神话传说来崇拜月球，同时也尝试去认识月球、理解月球。得益于不断发展的世界观和方法论，我们现在可以用更“科学”、更“可靠”的方法来研究月球、解释月球。但这远远不是终点，未来科技更加发达时回顾今天有关月球演化的争论和模型，可能就像我们今天看古人把月食解释为天狗吃掉了月亮一般幼稚。那么今天对月球的研究就没有意义了吗？显然不是的。科研正是把“传说”变为“论文”，又把“论文”变成“传说”的工作。如果没有今天抵达月球背面，就不会有未来开发利用月球、未来登陆火星、未来离开太阳系……这可能看起来很远，但1903年飞机才刚刚发明，而1969年人类已经成功登月，仅仅用了不到70年的时间（图9）。
图9 阿波罗11号任务人类在月球留下了第一个脚印（图源：美国航天局）
在一个月以前，我非常荣幸参与了中国科学院地质与地球物理研究所在海南文昌召开的学术会议，亲眼见证了我国嫦娥六号的发射（图10）。
图10 嫦娥六号发射（图源：国家航天局）
时值暴雨，等待发射的过程中我也打开了手机端的视频直播，生怕因为人潮和雨伞的遮挡错过了发射的瞬间。
倒计时结束，点火！——
几条火柱犹如逆向喷发的火山，
“我们选择去月球，不是因为它简单而是因为它难。（《我们选择登月》）”
地面和空气似乎在震动，
“我们总会在月亮上相遇的（《去月球》）”
火箭只在视线中十几秒，手机直播里的一条弹幕让我颇为触动——
“愿此行，终抵群星。”
美编：赵茹昕
校对：刘淇郡 江淑敏
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