月球探测六十年（下）：百家争鸣的国际竞技场

　　沉寂十几年后，人类终于在1990年再次瞄准月球。此后的各国的探测器发射不再以量取胜，而是改走少而精的路子，以最大限度的科学探测为目标，各各都是一顶一的厉害。

　　1990-2000年间人类一共发射了三次月球探测器，都比较成功。

　　1990年1月24日，日本的第一个月球探测器飞天号发射成功。飞天号在成功飞掠月球、但释放月球轨道器羽衣号失败后，通过空气制动和轨道调整，成功进入月球轨道并最后撞击月球表面坠毁。这是美苏之外其他国家的第一次探月尝试。

　  1994年2月19日，美国克莱门汀号轨道器成功进入月球轨道。这个高能的探测器携带了五个科学仪器：紫外/可见光相机（UVVIS）、近红外CCD相机（VIR）、激光高度计（LIDAR）、高分辨率相机和带电粒子望远镜。这些科学仪器在各个维度上加深了人们对月球的认识。

　　↓ 克莱门汀的紫外/可见光相机和近红外CCD相机告诉我们月球表面铁元素和钛元素的丰度分布 （图片来源：NASA/LPI)　　

　　↓ 克莱门汀的激光高度计绘制了月球全球地形图（颜色体现的是去掉月球平均半径之后的高度差）(图片来源：NASA/LPI)

　　↓ 克莱门汀的紫外/可见光相机拍摄的月球全球反照率拼接照片（图片来源：NASA/LPI）

　　1998年1月11日，进入月球轨道的美国月球探勘者号轨道器也一样硕果累累。

　　↓ 月球探勘者号的伽马射线光谱仪（GRS）获得的钍元素丰度分布图 (图片来源：Jolliff et al., 2000)

　　↓ 月球探勘者号的磁力计和电子反射仪（MAG/ER）获得的月球磁场分布图 (图片来源：NASA)

　　↓ 月球探勘者号的中子光谱仪（NS）估算的月球南北极区水冰分布图（越蓝表示越多，越红表示越少） (图片来源：Feldman et al. ,1998)

　　↓ 月球探勘者号通过多普勒跟踪数据推算月球全球重力场分布，红色表示正异常，蓝色表示负异常。因为轨道器飞到背面就无法实时跟踪了，所以背面几乎是条带噪声（图片来源：维基百科）。

　　也就是说，直到1998年，人类探月四十年后，我们还是无法直接测量月球背面的重力信息。这个问题直到2007年日本的月神1号探测器采用了一颗中继卫星才得以解决。

　　再到2011年NASA的GRAIL重力探测器，直接发射了两颗卫星一前一后编队飞行，彼此之间再也不用担心“失联”，一举把月球全球重力场测量提高了一个量级。

　　（左）使用中继卫星进行月球背面重力测量的日本月神1号探测器（图片来源：JAXA）；（右）使用双星编队飞行的NASA GRAIL探测器，（图片来源：NASA）

　　美国GRAIL探测器获取的月球全球自由空气重力异常 (图片来源：NASA/JPL-Caltech/GSFC/MIT)

　　月神1号探测器还携带了激光高度计和地形相机，和之后NASA 2009年发射的月球勘测轨道飞行器（LRO）的激光高度计一同，为人类的月球研究提供了迄今为止最高分辨率的月球地形图。

　　LRO探测器上搭载的激光高度计LOLA获取的月球地形图，参考面为平均半径（图片来源：NASA）

　　2009年6月23日进入月球轨道的NASA月球勘测轨道飞行器（LRO），也是迄今为止帮助人类认识月球的一大杀器，LRO携带的高分辨率相机，可以提供局部分辨率优于1米/像素的全月拼接影像。不管是细微的地质特征，还是曾经的探测器和着陆器残骸，如今的月球对人类来说，算得上是“纤毫毕现”。

　　LRO全月拼接影像。（图片来源：NASA）

　　21世纪的深空探测，又有两个国家加入其中，那就是中国和印度。

　　2017年11月，中国的首个探月任务嫦娥1号成功进入月球轨道，并完成了包括拍照、激光测高、矿物和光谱成分探测等一系列科学观测。

　　2008年11月，印度的首个探月任务月船1号成功进入月球轨道，并重点探测了月球的矿物和光谱成分。

　　此后的2010年，嫦娥1号的备份机嫦娥2号成功进入月球轨道，并在完成了计划探测任务之后意外飞掠小行星图塔蒂斯，成为第一个获取该小行星高清影像的探测器。

　　2013年，嫦娥3号成功着陆月球表面，并释放月球车玉兔号，这是人类继美国的阿波罗号和苏联的月球号任务的37年以来再一次成功完成着陆器和月球车的软着陆。

　　嫦娥3号着陆器及其拍摄的月表照片。（图片来源：CAS / CNSA / The Science and Application Center for Moon and Deepspace Exploration）

　　而作为嫦娥3号的备份机，嫦娥4号着陆器将于今年（2018年）底发射并计划着陆于月球背面的南极艾肯盆地，同时释放一个月球车，这将是人类第一次尝试着软陆月球背面。同时，为了解决位于背面的着陆器和月球车与地球基站的通讯难题，将预先发射一颗中继卫星“鹊桥号”前往地月拉格朗日L2点的环形轨道。

　　（图片改编自：吴伟仁等，参见参考文献3）

　　新世纪的探月舞台，将会继续是各国合作和竞争主战场之一。作为星辰大海的第一站，人类探索月球的征程，不会停止。　　 

　　参考文献：

　　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.吴伟仁,王琼,唐玉华,于国斌,刘继忠,& 张玮等.(2017). "嫦娥4号"月球背面软着陆任务设计. 深空探测学报, 4(2),111-117.

  （本文中标明来源的图片均已获得授权）

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