投递人 itwriter 发布于 2019-01-19 10:25 [收藏] « »

  来源:我是科学家 iScientist

  北京时间 2019 年 1 月 21 日中午,一场月全食即将在地球上演。来自中国的嫦娥三号也即将迎来第十次月食的考验。经常在地球上围观月食的你,有没有想过,月球探测器眼中的月食会是怎样的情景?月食的到来又会给月面工作五年的嫦娥三号,以及刚抵达月背不久的嫦娥四号带来什么影响呢?

作为人类首颗成功软着陆月球背面的探测器,嫦娥四号眼中的月食会是什么样?图片来源:航天科技集团
作为人类首颗成功软着陆月球背面的探测器,嫦娥四号眼中的月食会是什么样?图片来源:航天科技集团

  月上一天,地上一月

  大家都知道,月球是地球唯一的天然卫星。而在地球上,任何地方和时刻,我们都只能看到月球的“正脸”(月球一直朝向地球的一面),而不能看到月球的背面。

  这是由于月球绕地球公转的周期,和月球自身自转的周期相同(均为 27.32 天)导致的,在天文学当中,这种现象被称为“潮汐锁定”。

  但是这个周期是相对于背景恒星而言的,由于地球还在绕太阳公转,在这 27 天中地球绕太阳又转了约 27 度,继续把这 27 度追回来,共需要 29.53 天,这就是月相变化的周期(朔望月)。

  着陆在月球的探测器,感受到的就是这样的日变化规律,接近 15 天的白昼,然后是 15 天的黑夜。

  你看到的月食 

  地球的阴影有时会投射到月球表面,形成月食。整个月食过程要经历半影食始——初亏——食既——食甚——生光——复原——半影食终。

2018 年 1 月 31 日的月全食。图片来源:@Steed 的围脖拍摄
2018 年 1 月 31 日的月全食。图片来源:@Steed 的围脖拍摄

  一次典型的月全食开始前,正是地球的黄昏满月时分。月球会先进入地球的半影,这时月球亮度几乎没有变化,因为大部分阳光还能够照到月面,天文学上将这个时刻称为半影食始。

  然后,地球的本影开始吞噬月球,即初亏。接着,月亮被地球阴影吞没,只有地球大气的微光还照耀着黯淡的月面,这个时刻叫做食既。

  由于地球大气吸收了其他颜色的光线,只有红光到达月面,因此有时会出现血月现象。

  当太阳、地球、月亮近似在一条直线上,这个时刻被称为食甚。不过这时地球上的观察者并没有感觉到有什么特别的变化,依旧是一轮血月挂天际。

  月球马上要从地球的本影中逃出,正常月面开始显现,此时被称为生光。等到月球完全从本影中走出来,那时月亮重新把清辉洒向大地,这一时刻叫做复原。

北京艺能文化公司谭浩先生绘制。
北京艺能文化公司谭浩先生绘制。

  地球上看,似乎月食已经结束了,实际上等月亮完全离开地球的半影(半影食终),整个月食才真正结束。

  一次典型的月食,地球上看到月亮从开始有缺口到缺口完全消失的时间大约是四小时,而月面完全昏暗的时间大约两小时。

北京艺能文化公司谭浩先生绘制。
北京艺能文化公司谭浩先生绘制。

  嫦娥三号眼中的“月食”

  上面说的这些,都是你在地球上观看月食的感受,而五年前着陆在月面雨海西北部的月球探测器——嫦娥三号经历的月食不完全是这样的。它感受到的是巨大的地球把太阳遮挡的过程,可以称作是一次日食!

北京艺能文化公司谭浩先生绘制。
北京艺能文化公司谭浩先生绘制。

  初亏后,嫦娥三号感受到了阳光的减弱,太阳电池片输出的电流有了些许的减小。接着电流进一步减小,月壤的温度也开始降低,苍凉的月面似乎感受到了一段短暂黑暗不可避免地即将到来。

  随着日食食既到来,着陆点进入到地球巨大的本影中,电池片也完全停止了电流输出。探测器感受到周围一片黑暗,但遥望天空,却别有一番“景致”——巨大的黑盘(地球)遮挡了太阳,黑盘周围红光旖旎,霞气升腾——那就是地球大气折射来的红光。

嫦娥眼中的月食。北京艺能文化公司谭浩先生绘制。
嫦娥眼中的月食。北京艺能文化公司谭浩先生绘制。

  食既到食甚再到生光,持续三个小时后,阳光重新普照月面,探测器重获光照。到了日食复原时刻,阳光完全恢复正常,一次持续五小时的日食结束,探测器逐渐“满血复活”。

  嫦娥三号如何迎接“日食”?

  地球上的人们不会感觉到月食对自己的影响,但对月球上的探测器来说,情况就大不相同了。为了应对“日食”期间失去日光和温度骤降的问题,探测器必须要做些“准备工作”。

  由于“日食”期间太阳电池功率输出不足,需要提前把蓄电池充满,为了保证设备的温度,还要提前对设备进行加热,提高探测器的温度水平。

  嫦娥 3 号。图片来源:CNSA

  这还不够,嫦娥三号发射之前,师傅们为它专门设计了特殊的工作模式,在日食之前半小时利用流体回路(流动的工质是氨)把同位素释放出的热能引入舱内,为设备加热,生光之后半小时,流体回路截止,避免温度过高。为了防止设备温度过高或者过低,什么时候启动、关闭流体回路是一个重要的决策点。

  这样的方法已经帮助嫦娥三号着陆器度过了九次月食(对探测器而言其实更准确的说法是日食)。没有阳光的短暂时间,师傅们还曾利用着陆器上的月基光学望远镜开展探测活动,观测了无光照情况下的星空。2019 年 1 月 21 日,嫦娥三号将要迎来第十次月食的考验。

  嫦娥四号取消月食工作模式

  可是,同样是月球探测器,不久前着陆月球冯·卡门撞击坑的嫦娥四号,竟然取消了月食工作模式,这是师傅们的疏忽吗?

  当然不是,由于嫦娥四号落在月球的背面,发生月食的时候,正是农历十五左右,月球的正面阳光普照,背面却是暗夜,探测器此时已经进入休眠,要持续睡上大约十六、七天,也就是说,嫦娥四号完全看不到月食。这期间发生的月食,对嫦娥四号也不会有任何影响,所以就不用考虑设计月食模式了。

 
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标签: 嫦娥四号

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