为什么地球上看不到月背，嫦娥六号在月背着陆到底有多难？

为什么地球上看不到月背？地球上看不到月球背面的原因是月球的自转周期与公转周期相同，这种现象被称为潮汐锁定。月球绕地球公转的周期约为27.32天，同时它的自转周期也是27.32天，因此月球总是将同一面朝向地球。这意味着月球的背面始终处于地球的视线之外，除非通过太空探测器或其他手段，人类无法直接看到月球背面。

那么月球的潮汐锁定又是如何形成的？月球的潮汐锁定是一个长期的过程，涉及到地球和月球之间的引力相互作用。以下是潮汐锁定形成的基本步骤：

1. 引力潮汐作用：地球对月球施加引力，同时月球也对地球施加引力。由于地球的引力在月球上的作用力更强，它会使得月球的表面产生潮汐变形。这种变形在月球绕地球旋转的过程中会不断变化，因为月球的不同部分会交替地靠近和远离地球。

2. 摩擦效应：由于地球对月球的引力不断改变，月球的潮汐变形也会随之改变。这种引力潮汐作用会导致月球内部的摩擦，将转动能量转化为热能。

3. 动量传递：由于摩擦效应，月球的自转速度逐渐减慢，而公转速度保持不变。这导致月球的自转周期逐渐增长，直到最终与其公转周期相等。当月球的自转周期与公转周期相等时，月球就达到了潮汐锁定状态。

4. 达到潮汐锁定：在潮汐锁定状态下，月球的一个半球始终面向地球，而另一面则永远背离地球。这是因为月球的自转周期与公转周期相同，使得月球的长轴始终沿着地月连线，从而避免了因潮汐力引起的进一步变形和摩擦。

潮汐锁定是一个缓慢的过程，需要数十亿年的时间才能发生。月球已经达到了潮汐锁定状态，因此我们只能看到月球的一个面。这也解释了为什么我们从地球上永远只能看到月球的同一面。

图片来源：中国探月与深空探测网

而嫦娥六号在月背着陆的难度非常大，主要面临着以下几个方面的困难：

1. 通信难题：由于月球背面无法直接与地球通信，嫦娥六号需要依靠“鹊桥”中继卫星来传递信息。这增加了任务的复杂性，因为中继卫星并不能随时“在线”，存在无法及时接收指令和回传数据的情况。

2.地形复杂：月球背面的地形复杂多变，存在大量的高山、撞击坑等障碍物，对着陆器的设计提出了极高要求。历史上，苏联就曾因为月球背面的复杂地形而遭遇连续无人探月失败。

3. 光照不足：月球背面缺乏直接的光照，这使得着陆器的导航和定位更加困难，同时影响着陆器太阳能板的能量供应和着陆器的温度控制。

4. 极端温差：月球背面的环境极端，昼夜温差巨大，对着陆器的材料和电子设备提出了极高的要求。这就像人类第一次攀登珠穆朗玛峰，充满未知，是对人类勇气和智慧的考验。

5. 自主导航能力：由于无法与地球进行直接通信，嫦娥六号具备自主导航能力是一个重要的要求。自主导航能力可以确保嫦娥六号可以独立完成飞行轨迹控制、安全着陆点选择、精准控制等任务。

6. 采样时间限制：由于地形限制，嫦娥六号在月背上的采样时间受到压缩，这意味着在有限的时间内完成采样任务变得更加困难。

嫦娥六号在月背着陆的难度在于其面临的通信、地形、光照、温差、自主导航以及采样时间等多方面的挑战。尽管如此，中国航天科技集团成功克服了这些困难，使嫦娥六号成功着陆在月球背面，并开始了月背采样工作。

嫦娥六号在执行月球背面采样返回任务时，面临了一个独特的挑战：由于月球的自转，其背面无法直接与地球建立视线通信。为了解决这个问题，科研团队采取了以下措施：

1. 中继星的部署：科研团队精心设计并部署了鹊桥二号中继星，这颗中继星被精确地定位在地月拉格朗日L2点上，距离月球约6.5万公里。L2点是一个相对稳定的引力平衡点，能够同时看到地球和月球背面，成为信息传输的理想位置。

2. 高增益天线的使用：为了保证数据的稳定传输和接收，鹊桥二号中继星上配备了高增益天线。这种天线能够集中发射和接收信号，显著增强通信信号的强度和质量，确保在远距离传输中仍能保持高质量的通信链接。

3. 数据协议的设计：为了提高数据传输效率，科研团队结合深空通信的特点，设计了一套适合远距离传输的数据协议。这套协议在传输过程中对数据进行了压缩和优化，大大提高了数据传输速率，减少了传输时延。

4. 全球接收网络的构建：为了进一步提升数据传输的效率和可靠性，地球上的多个接收站协同工作，形成了一个全球性的接收网络。这样，无论何时，都至少有一个接收站处于最佳状态，能够接收并处理来自中继星的数据，供科研人员分析和使用。