科學(xué)普及

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  乍一看,像是一個(gè)倒立燃燒的蠟燭。不知道大家有沒有和小編同樣的感覺呢?

  確實(shí)有點(diǎn)像,但這可不是正在燃燒的蠟燭,而是2018年5月21日,西昌衛(wèi)星發(fā)射中心火箭發(fā)射升空的畫面。

  看過新聞聯(lián)播的人當(dāng)時(shí)都會(huì)聽到這么一句話:“鵲橋是嫦娥四號月球探測器的中繼衛(wèi)星,發(fā)射后將運(yùn)行在‘地月系統(tǒng)拉格朗日L2’點(diǎn),為嫦娥四號探測器提供地月中繼通信支持”。

  也許有人會(huì)納悶,什么是地月系統(tǒng)拉格朗日L2點(diǎn)?

  不著急,先和小編一起了解一下我國嫦娥工程的發(fā)展史吧。

  月球,對于人類而言,是地球資源的重要補(bǔ)充和儲備。開發(fā)月球,獲取月球上存在的各種可利用資源必將成為未來航天大國爭奪的焦點(diǎn)。

  嫦娥奔月,在中國可謂是家喻戶曉的神話故事。美麗的女神嫦娥奔月之后就以月亮為家,人們提及嫦娥必然會(huì)和月亮聯(lián)系起來。

  我國嫦娥工程主要目的就是為了探測月球,因此,該項(xiàng)工程以“嫦娥”命名。工程的實(shí)施分為三個(gè)階段,“無人月球探測”為第一階段;“載人月球探測”為第二階段;“建立月球空間站”為第三階段,也是探月工程的最終目標(biāo)。嫦娥工程2004年正式開始實(shí)施,截至目前將要發(fā)射的嫦娥四號,都還處于整個(gè)工程實(shí)施的第一階段。

  2007年我國第一顆嫦娥探月衛(wèi)星發(fā)射成功,名為嫦娥一號,其主要功能是能夠繞月飛行,并撞擊月球表面,實(shí)現(xiàn)這兩大功能就算任務(wù)完成。嫦娥一號經(jīng)過一年多的繞月飛行之后,最終以撞月的方式,悲壯地完成了自己的使命。

  2010年我國發(fā)射第二顆探月衛(wèi)星,名為嫦娥二號,其功能也是首先繞月飛行,但這次不撞月了,而是飛到日地拉格朗日L2點(diǎn),這里是日地拉格朗日L2點(diǎn)而不是地月拉格朗日L2點(diǎn)。嫦娥二號對日地拉格朗日L2點(diǎn)的造訪,使得中國成為世界上第三個(gè)能夠到達(dá)該點(diǎn)的國家,并成為人類在國際上首次實(shí)現(xiàn)從月球軌道飛往日地L2點(diǎn)的國家,之后進(jìn)行深空探測,并不斷地刷新距地飛行高度。

  2013年我國發(fā)射第三顆探月衛(wèi)星,名為嫦娥三號,目的是為了登月。記憶力好的朋友可能記得,嫦娥三號當(dāng)時(shí)還攜帶了一輛月球車,名為“玉兔”,是迄今為止在月面健康工作最長的月球車,現(xiàn)在已經(jīng)光榮退休了?!坝裢谩笔侨祟悗朐虑虻牡诹v月球車,前五輛分別為:1970年蘇聯(lián)的“月球車1號”,1971年美國的“阿波羅15號”, 1972年美國的“阿波羅16號”和“阿波羅17號”,以及1973年蘇聯(lián)的“月球車2號”。

  2018年底我國將發(fā)射第四顆探月衛(wèi)星,這次要在月球的背面實(shí)現(xiàn)軟著陸。

  據(jù)說月球背面有外星人的基地,外星人一直在監(jiān)視地球,到底有沒有外星人在月球背面,好期待嫦娥四號帶給我們答案。

  鵲橋與嫦娥四號

  也許有人會(huì)說,為什么嫦娥四號發(fā)射之前要先搭鵲橋,而嫦娥三號不需要呢?

  眾所周知,天體之間存在著相互作用力。地球和月球之間的相互作用力使得月球永遠(yuǎn)以同一面朝向地球,這種現(xiàn)象也被稱之為潮汐鎖定。這樣一來,從地球發(fā)出的電磁波就無法到達(dá)月球的背面,如果直接發(fā)射嫦娥四號,地球上的科學(xué)家將會(huì)和嫦娥四號失去聯(lián)系。

  如何解決通信問題呢?手機(jī)的通信方式可以作為參考,我們平時(shí)用手機(jī)和遠(yuǎn)在千里之外的人通話,并不是手機(jī)發(fā)出的無線電波直接和對方的手機(jī)連通,而是先到通信公司的基站,基站再到數(shù)據(jù)處理中心,數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)我們的需要,幫我們連接到我們想要通話的那部手機(jī)上。

  地球上的科學(xué)家和嫦娥四號也將通過類似的方式進(jìn)行通信,也就是通過中繼通信的方式,地球先和中繼衛(wèi)星取得聯(lián)系,中繼衛(wèi)星再和嫦娥四號取得聯(lián)系,通過數(shù)據(jù)交換就解決了地球和嫦娥四號之間無法直接通信的問題。

  好奇的朋友可能還有疑問,那鵲橋中繼衛(wèi)星在太空中燃料耗盡了怎么辦?會(huì)不會(huì)像嫦娥二號一樣,沒有燃料之后成為一顆行星呢?飛跑了怎么辦?

  對于這個(gè)問題,就得說說新聞中提到的拉格朗日L2點(diǎn)了。

  我們知道,地球能夠圍繞太陽做周期性橢圓運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樘柡偷厍蛑g相互作用力的結(jié)果。所以科學(xué)家就想,在日地周圍是否存在這樣一個(gè)點(diǎn),該點(diǎn)的衛(wèi)星在太陽和地球萬有引力共同作用下,不需要燃料也能夠和地球一起周期性運(yùn)動(dòng)?

  經(jīng)過數(shù)學(xué)天才歐拉的研究和推算,終于找到了三個(gè)點(diǎn),稱之為L1點(diǎn)、L2點(diǎn)和L3點(diǎn)。L1點(diǎn)在太陽和地球連線上,L2點(diǎn)在太陽和地球的延長線上,L3點(diǎn)在地球和太陽的延長線上。后來,數(shù)學(xué)家拉格朗日又找到兩個(gè)點(diǎn)——L4點(diǎn)和L5點(diǎn),這兩個(gè)點(diǎn)在以太陽和地球?yàn)檫呴L的正三角形的頂點(diǎn)上。這五個(gè)點(diǎn)合稱拉格朗日點(diǎn)。如果在這五個(gè)點(diǎn)上放置一顆沒有動(dòng)力的衛(wèi)星,那么這顆衛(wèi)星會(huì)在太陽和地球共同作用力下和地球一起圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。

  對于宇宙中的雙星系統(tǒng),都存在有拉格朗日點(diǎn),著名的特洛伊小行星帶就存在于太陽和木星系統(tǒng)構(gòu)成的日木L4和L5點(diǎn)。不同星體組成的雙星系統(tǒng),由于星體質(zhì)量不同,其相互作用力大小也不相同,其拉格朗日點(diǎn)相較于星體的距離也是不一樣的。日地拉格朗日L2點(diǎn)距地球約150萬公里,對于地球和月球構(gòu)成的地月拉格朗日L2點(diǎn)距離月球中心約6.5萬公里,距離地球約為44.9萬公里。在地月拉格朗日L2點(diǎn)放置一顆衛(wèi)星,這樣不需要?jiǎng)恿?,衛(wèi)星與月球?qū)?shí)現(xiàn)同步公轉(zhuǎn)。

  所以,鵲橋中繼衛(wèi)星要和將要發(fā)射的嫦娥四號實(shí)現(xiàn)中繼通信,地月拉格朗日L2點(diǎn)是最合適的位置。

  鵲橋搭好了,期待年底嫦娥四號奔月,這將實(shí)現(xiàn)人類首次月球背面軟著陸。我們期待嫦娥再次登月,更期待嫦娥四號能夠揭開月亮背后的秘密,讓我們拭目以待吧。

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