2018年12月8日，嫦娥四號(hào)探測(cè)器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，經(jīng)過26天的奔月之路，于2019年1月3日10時(shí)26分，成功著陸在月球背面南極·艾特肯盆地的馮·卡門撞擊坑內(nèi)的預(yù)選著陸點(diǎn)（東經(jīng)177.6°，南緯45.5°），并通過“鵲橋”號(hào)中繼星傳回世界首張近距離拍攝的月球背面圖像。這是人類探測(cè)器首次降落在月球背面，此前已經(jīng)先后有蘇聯(lián)、美國(guó)和中國(guó)發(fā)射的 20 個(gè)人類探測(cè)器到訪過月球表面，不過它們都集中在朝向地球的這一面（正面）。美國(guó)宇航局（NASA）局長(zhǎng) Jim Bridenstine 第一時(shí)間在推特上發(fā)文表示祝賀，并稱“這是人類首次（在月球背面軟著陸），成就令人印象深刻”。
2019年1月3日22時(shí)22分，著陸器與巡視器（玉兔二號(hào)）經(jīng)過約6個(gè)小時(shí)的兩器分離后，玉兔二號(hào)駛抵月球表面，并在隨后的時(shí)間里通過各自攜帶的相機(jī)進(jìn)行了兩器互拍成像。
為什么是嫦娥四號(hào)？
2004年，我國(guó)正式開展月球探測(cè)工程，并命名為“嫦娥工程”，確定了“繞”“落”“回”三步走的計(jì)劃。第一顆繞月衛(wèi)星被命名為嫦娥一號(hào)，嫦娥二號(hào)是嫦娥一號(hào)的備份星，超額完成了嫦娥工程一期任務(wù)。嫦娥三號(hào)是嫦娥工程二期的探測(cè)器，是我國(guó)第一個(gè)月球軟著陸的無人登月探測(cè)器。嫦娥三號(hào)探測(cè)器由月球軟著陸探測(cè)器（簡(jiǎn)稱著陸器）和月面巡視探測(cè)器（玉兔號(hào)）組成，2013年12月14日成功實(shí)現(xiàn)月球正面軟著陸。嫦娥四號(hào)是嫦娥三號(hào)的備份星，如果嫦娥三號(hào)任務(wù)沒有成功，則將再次嘗試同樣的任務(wù)。由于嫦娥三號(hào)任務(wù)圓滿完成，嫦娥四號(hào)被安排接受新的挑戰(zhàn)——實(shí)施月球背面的軟著陸。最后“回”的任務(wù)將由預(yù)期2019年年底發(fā)射的嫦娥五號(hào)到月球正面取樣返回來完成。月球南極由于其潛在的水冰資源和特殊環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期科研和資源開發(fā)的理想場(chǎng)所，探月工程后續(xù)任務(wù)又規(guī)劃了以探測(cè)月球南極和采用3D打印等一系列關(guān)鍵技術(shù)的月面試驗(yàn)為目標(biāo)的探月四期，于是嫦娥四號(hào)也成為了探月四期的首次任務(wù)。
為什么要去月球背面？
在地-月系統(tǒng)長(zhǎng)期的演化過程中，地球和月球之間的潮汐力使得月球的自轉(zhuǎn)和繞地球的公轉(zhuǎn)周期相同，而且自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的方向一致，因而不管陰晴圓缺，月球總是以同一面朝向地球。月球背面的第一張影像由前蘇聯(lián)的月球3號(hào)太空船在1959年拍攝，而人類直到1968年在阿波羅8號(hào)任務(wù)環(huán)繞月球時(shí)，才直接用眼睛看見月球背面。在月球正面，有大量的暗區(qū)，我們稱之為“月海”，它們地勢(shì)一般較低，表面覆蓋著“月海玄武巖”，并且月面反照率比較低，因此看起來比較黑。而月球背面缺少月海，因?yàn)樵虑蛘婧捅趁娴脑職ず穸炔煌@與月球的形成有關(guān)。
月球背面的地形主要為一大堆起伏不平的撞擊坑，如太陽系第二大撞擊坑，南極·艾特肯盆地。嫦娥四號(hào)著陸區(qū)就位于月球背面南極·艾特肯盆地內(nèi)的馮·卡門撞擊坑。
月球馮·卡門撞擊坑屬于月球三大板塊結(jié)構(gòu)之一，是構(gòu)成月殼的重要組成部分，同時(shí)也是月球上最古老、最大的撞擊坑，其物質(zhì)成分和地質(zhì)年代具有代表性，對(duì)于認(rèn)識(shí)月球最早期的撞擊歷史和太陽系的形成具有重要科學(xué)價(jià)值，特別是判定太陽系是否存在39億年晚期密集轟擊事件，具有決定性的作用。
由于地球大氣和電離層的影響，對(duì)頻率低于~10MHz的射電輻射在地球上進(jìn)行觀測(cè)幾乎是不可能的，地面射電天文觀測(cè)都是在更高的頻段開展，而月球沒有顯著的大氣和電離層，同時(shí)月球自身可以屏蔽來自地球的各種無線電干擾信號(hào)，因而月球背面是開展（甚）低頻頻段射電天文探測(cè)的理想場(chǎng)所，可以填補(bǔ)射電天文領(lǐng)域上在（甚）低頻觀測(cè)段的空白。（甚）低頻是研究太陽、行星及太陽系外天體的重要手段，也將為研究恒星起源和星云演化發(fā)揮不可或缺的重要作用。其中特別激動(dòng)人心的可能性是用低頻射電探測(cè)儀觀測(cè)探索宇宙大爆炸結(jié)束后的黑暗時(shí)代，以及此后第一代恒星形成時(shí)的宇宙黎明。
嫦娥四號(hào)去月球背面干什么？
嫦娥四號(hào)探測(cè)器將在月球背面著陸區(qū)開展原位和巡視探測(cè)，主要包括低頻太陽射電天文與月表射電環(huán)境觀測(cè)，對(duì)月表地形地貌、撞擊坑、月表物質(zhì)成分、月面淺層結(jié)構(gòu)等的科學(xué)探測(cè)任務(wù)，其主要科學(xué)目標(biāo)為：1、月基低頻射電天文觀測(cè)與研究。2、月球背面巡視區(qū)形貌和礦物組份探測(cè)與研究。3、月球背面巡視區(qū)淺層結(jié)構(gòu)探測(cè)與研究。4、月面中子輻射劑量、中性原子等月球環(huán)境探測(cè)研究。
嫦娥四號(hào)的“眼睛”和“耳朵”
嫦娥四號(hào)任務(wù)采用“月球背面軟著陸＋巡視＋中繼”的方案，由中繼星和著巡組合體組成，著巡組合體則由著陸器和巡視器（玉兔二號(hào)）組成。為了實(shí)現(xiàn)嫦娥四號(hào)的科學(xué)目標(biāo)，在著陸器、巡視器和中繼星上都配備了“眼睛”和“耳朵”來“觀景”、”聽聲”和“探物”。
著陸器的降落相機(jī)在著陸器降落過程中獲取著陸區(qū)的光學(xué)圖像，地形地貌相機(jī)主要獲取著陸區(qū)的地形地貌照片；低頻射電譜儀用來探測(cè)太陽低頻射電特征和月表低頻射電環(huán)境；中德合作的月球中子及輻射劑量探測(cè)儀（LND）用來探測(cè)月表粒子輻射及其劑量。
巡視器（玉兔二號(hào)）的全景相機(jī)主要用來獲取著陸區(qū)和巡視區(qū)月表三維圖像；測(cè)月雷達(dá)主要用來探測(cè)巡視線上的月球次表層結(jié)構(gòu)；紅外成像光譜儀負(fù)責(zé)開展巡視區(qū)月表紅外光譜分析和成像探測(cè)，以確定月表礦物成分；中瑞合作的中性原子探測(cè)儀（ASAN）則用來觀測(cè)巡視探測(cè)點(diǎn)的能量中性原子及正離子。
此外，“鵲橋”號(hào)中繼星上還搭載了中荷合作的低頻射電探測(cè)儀（NCLE），開展低頻射電觀測(cè)。
科學(xué)探索之旅的期待
在2019年1月3日嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功落月后，按照飛行程序，著落器和巡視器科學(xué)探測(cè)儀器（有效載荷）陸續(xù)開機(jī)工作，各個(gè)設(shè)備工作正常，其中降落相機(jī)和地形地貌相機(jī)已經(jīng)完成了既定的探測(cè)任務(wù)。中繼星搭載的低頻射電探測(cè)儀完成了天線收攏狀態(tài)下的加電測(cè)試，數(shù)據(jù)正常。著陸器地形地貌相機(jī)的環(huán)拍圖顯示著陸器周圍的碎石比較少，說明這個(gè)撞擊坑很古老，因?yàn)樽矒魹R射出的石塊會(huì)隨著時(shí)間流逝慢慢破碎，進(jìn)而消失。
由于月球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)相同，月球的一天就是月球一年，一半是黑夜一半是白天，換成地球時(shí)間是近14天交替的白天黑夜。2019年1月14號(hào)在第一個(gè)月夜降臨后，由于沒有陽光的照射，太陽能帆板無法提供能量，嫦娥四號(hào)著陸器和玉兔二號(hào)巡視器陸續(xù)進(jìn)入了休眠。2019年1月30日20時(shí)39分，嫦娥四號(hào)著陸器接受光照自主喚醒。此前，玉兔二號(hào)巡視器于29日20時(shí)許完成自主喚醒。兩器在月球背面經(jīng)受住了極低溫環(huán)境考驗(yàn)，關(guān)鍵設(shè)備按預(yù)定程序相繼通電開機(jī)，安全度過首個(gè)月夜。后面重點(diǎn)工作就是要開展科學(xué)探索了，嫦娥四號(hào)著陸器主要在原地探測(cè)，玉兔二號(hào)巡視器選擇好了未來行走的路線。從傳回的照片看，西北方向地形相對(duì)平緩，玉兔二號(hào)的行走方向以西北方向?yàn)橹�，將開展超過3個(gè)月的科學(xué)探索之旅。那我們期待嫦娥四號(hào)取得什么重大科學(xué)成果呢？
首先可以利用低頻射電頻譜儀獲取的太陽低頻射電和月表射電環(huán)境探測(cè)數(shù)據(jù)，這是以前沒有過的，有望在太陽風(fēng)激波、日冕物質(zhì)拋射和高能電子束的產(chǎn)生機(jī)理等方面取得原創(chuàng)性的成果。二是通過對(duì)著陸區(qū)和巡視區(qū)地形地貌、物質(zhì)成分、淺層結(jié)構(gòu)的探測(cè)與綜合研究，將在國(guó)際上首次建立月球背面集地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、物質(zhì)成分、淺層結(jié)構(gòu)于一體的綜合地質(zhì)剖面。三是結(jié)合嫦娥三號(hào)巡視探測(cè)器探測(cè)成果的對(duì)比研究，可在月壤和月殼的地質(zhì)演化細(xì)節(jié)的研究上獲得新認(rèn)知，揭示月球南極·艾特肯盆地物質(zhì)成分組成、淺層結(jié)構(gòu)特性和地質(zhì)演化歷史。四是首次在月表開展能量中性原子探測(cè)，有望在太陽風(fēng)-月表相互作用的微觀物理機(jī)制、月表逃逸層的形成和維持機(jī)制等方面取得突出的研究成果。月表輻射綜合探測(cè)將獲得最新的月表輻射實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料，推進(jìn)對(duì)月表真實(shí)輻射環(huán)境的全面了解和認(rèn)識(shí)。
嫦娥四號(hào)任務(wù)是人類第一次探尋月球背面這塊“處女地”，隨著有效載荷的陸續(xù)開機(jī)進(jìn)行科學(xué)探測(cè)，月球背面的神秘面紗將會(huì)被逐步揭開，預(yù)期取得重要的科學(xué)成果，顯著提升我國(guó)空間探測(cè)能力和空間科學(xué)水平，推進(jìn)人類探索月球和宇宙的步伐�！�
（本文作者來自嫦娥四號(hào)工程總師系統(tǒng)；王赤：探月工程嫦娥四號(hào)工程副總設(shè)計(jì)師；嚴(yán)�。禾皆鹿こ淌紫茖W(xué)家；吳偉仁：探月工程總設(shè)計(jì)師；于登云：探月工程嫦娥四號(hào)工程副總設(shè)計(jì)師；董光亮：探月工程嫦娥四號(hào)工程副總設(shè)計(jì)師）