2019年太空發展序幕

2019年將是太空科技發展大幅進展的一年。一開始元月三號，在月球軌道上繞行許久的嫦娥四號登陸月球，同時間美國航空太空總署的新視野號（New Horizon）也傳回來一張獨特的柯伊伯帶天體照片，今天這裡就來快速掃描一下這些資訊。

新視野號以探測冥王星為目標，當年提出計畫的時候，冥王星還是九大行星，但是當建造好2006年要發射前，冥王星被重新歸類成為「矮行星」。這樣的「降級」代表此計畫的重要性不再了嗎？

並非如此，這代表著在冥王星那一帶有很多值得看的，只是那超過我們地球上技術的極限，在地球附近，即使連太空望遠鏡看冥王星都看不清楚，因此新視野號的出發還是很有意義。

經過漫長的旅程，新視野號在2015年七月飛掠過冥王星，拍了許多照片。

為什麼它不繞行冥王星多拍點照呢？這是因為新視野號飛行速度太快，冥王星引力過小無法抓住它，因此關鍵時刻就是那幾天，過了就在太陽系的邊緣漫遊，不再有特定目標。而這一瞥發現小小的冥王星（直徑2370公里）表面有個心型的地形特徵，上面還有冰原、隕石坑，對其大氣、地質都有更仔細的觀察，也算稍稍填補科學家的好奇心。

一月三號公告的則是一個由兩個主體所組成的雪人模樣天體。以前我對於碰撞能讓質量聚集的說法感到好奇，因為我以為碰撞會讓物質越來越碎、越來越散，但這張圖顯示撞擊真的讓「終極（Ultima）」與「遠境（Thule）」碰在一起。然而科學家也估計，二者當時碰撞的時候速度應該很接近，因此碰撞的很輕柔，所以雙方才不至於碎裂。我猜說不定它們表面的冰凍物質也有緩衝與沾黏的作用。

天文學家表示一月三號傳回來的照片其實還不是新視野號具它們最近的時候，當時距離13.7萬公里，未來還可以近到3500公里，不知又會有什麼樣的新資訊開拓我們的眼界，大家可以期待。

美國航太總署搶在一月三日發布影像與訊息，應該是為了跟大陸的嫦娥四號登陸月球背面搶鋒頭，讓我們來看看這是什麼樣的大事。

中國大陸從2004年開始進行探測月球計畫，將之命名為「嫦娥工程」，整個分成：「無人探測」、「載人登月」以及「建立月球基地」三個階段，一開始的無人探測又分為繞行、降落、採樣返回等三個項目，2007年發射的嫦娥一號與2010年發射的嫦娥二號都屬於繞行階段的任務，順利完成，取得月球表面的立體影像，也對軌道資訊有初步的掌握。

2013年的嫦娥三號則在月球面向地球這面的雨海（Mare Imbrium）旁邊之虹灣登陸，在月球表面巡查探勘，採集岩石樣本並進行分析，不過看看上圖，月球正面美蘇兩國已經很多探測器去過了，甚至還有12個美國人踏上月球表面，不只黑色平原有人去，連白色高山也去探勘過，這還是四、五十年的事情，因此若想有更大的突破，就得把眼光繞到月球背面去，那裏雖然有過幾張照片，但還沒有探測器降落過，這就是嫦娥四號的任務。

月球背面有什麼呢？很多隕石撞擊的坑洞、大大小小，全部都是。相對於月球正面僅有六成的面積是撞擊坑，背面則高達九成九的面積是撞擊坑，這些是過去四、五十億年間累積下來的隕石撞擊紀錄，因為月亮上沒有月殼變動，也沒有如地球般的風吹雨淋的風化侵蝕現象，因此保留了這些痕跡。不過月球表面因為受到極端溫度冷縮熱脹的影響，還在太陽風的直接吹襲下，表面岩石會碎裂成微塵，也就是月壤，數十億年下來也很可觀。

從月球這反面的撞擊更比例可以了解月亮這顆「衛星」是如何保衛著地球，否則如果沒有月亮，那些隕石很有機會撞到地球。但換個角度，也可說地球保護了月亮，所以它面對地球這面的隕石坑少很多。

現在問題是，如何從背面的高低坑洞中選擇適當的降落地點？

由於嫦娥四號是三號發射時在地面的備份改裝而成，這些都是根據月球緯度40-50度之間的光照來設定，因此就限制了緯度範圍。而經度則是受限於月球背面無法與地球直接通訊，需透過中繼站鵲橋號來跟地球聯繫，因此這就是在月球背面中心點附近幾十度的範圍。

在這範圍當中，科學家覺得南極的艾特肯盆地很值得研究，這盆地直徑約2500公里，深13公里，是太陽系最大、最深、最古老的撞擊坑。其中還有一個直徑180公里的馮卡門撞擊坑，底部還算平坦，適合降落。而馮卡門這是紀念匈牙利裔的美國航天工程學家，他剛好是中國大陸的太空科學家錢學森的老師，因此這對中國大陸而言意義重大。

月球背面由於無法接收到地球電磁波訊號，因此為了確保可以通訊，在嫦娥四號發射前，2018年5月21日先發射中繼星鵲橋出去，6月14日確定進入預訂中的軌道順利運行後，同年12月8日才發射嫦娥四號。

在繼續介紹嫦娥四號之前，先仔細看看鵲橋這個中繼站，它的軌道很特別，並非環繞月球，而是繞行一個L2點。鵲橋不環繞月球的原因很簡單，因為如果繞月球，那當繞到月球背面時，訊號就會被月球自身屏蔽掉，因此得要另外設計軌道。圖中的L2是拉格朗日點編號二的位置，那是數學家發現在二體引力場當中，有五個點會是二體引力平衡之處，可以安置一個相對此系統「不動」的非常小物體在那裏，因此編號就從L1到L5。這在天文上可以找到例子，木星與太陽的拉格朗日點L4, L5上有許多小行星聚集，地月系統也是。

我原本以為適合當中繼的位置應該是L4或L5，後來看選擇L2，覺得很奇怪，那不是反而被月球永遠遮蔽嗎？

細看才發現並非停在L2，而是選擇在距離月球約6萬5千到8萬公里處有個特別的暈軌道（halo orbit）去繞行L2，因此永遠不會被月球遮蔽。

前頁的軌道圖是簡化過的示意圖，實際上那並非簡單幾何的圖形，非常複雜。畢竟鵲橋在那裏並非單獨受到月球引力作用，而是受到地球與月球同時作用，而在一個特殊的軌道上運行，恰恰可以扮演月球背後中繼站的角色，這雖然奇妙，但是是有可能的。鵲橋號是第一個採取這樣軌道的衛星，因此這也展現了中國大陸在太空科技的創新之處。

回到嫦娥四號來看，這回去要研究什麼？

剛剛說過，那裏是個古老的、巨大的隕石坑，這是第一項可以研究之處，另外那裡還帶了個生態瓶，裡面有棉花、馬鈴薯的種子與蠶卵，希望能在那兒看到種子發芽、成長，至少能有一輪的成長周期。還希望進行天文觀測與研究、探測地形地貌與當地礦產組成，以及當地的太空環境。月球上還有豐富的稀有礦產可以考慮開發，這也是研究目的之一，期待能為未來建立月球基地做準備。

從登陸之後，玉兔二號月球車已經順利行駛出去，在月球背面留下深深的輪印，還跟嫦娥四號互拍，每天都有新的進展，目前生態瓶已經發芽冒葉，每天都是新的歷史。

不過對於這些研究，我的心情很複雜。月球雖然有大量的稀有礦物，可是開發一點就少一點，這樣好嗎？以後如果沒有月亮了，那農曆就沒有標準，我的小期刊怎麼出刊？期刊不重要，但潮汐作用如果因此變小，會對地球的海洋、生態、氣候產生什麼樣的衝擊呢？

很難說什麼大道理，就借用前面提到大陸小學課本中〈中彩那天〉的道德難題：你對月亮是要具體的財富，還是要無形的資產？