有理才噴
嫦娥四號12月8號凌晨發射,從地球出發要經過漫長的27天時間才能著陸月球背面的南極—艾肯盆地。時間大致在2019年1月初,3、4號附近。
月球背面也有白天黑夜,不要把背面與黑暗混為一談。白天可以利用太陽能電池板發電。夜晚可以利用核動力發電,維持嫦娥四號的體能,基本上處於休眠狀態。此外白天利用可見光拍照。
下圖的動畫告訴我們,地球自轉快(24小時),月球公轉慢(27天多),週期相差很懸殊,由於月球公轉和自轉週期都是27天多,同步自轉,所以在我們地球上看月球始終是一張臉,不會變化,而月球的背面我們從來沒有見過。
月球背面什麼時候是白天呢? 如下圖,月初時,太陽、月球、地球三者近乎在一個平面時,即農曆初一,在我們地球看來,月球正面是夜晚,因此我們看不到月亮。背面是白天,太陽高度角達到最高值,接受的太陽輻射最強烈。嫦娥四號可以充分利用太陽輻射啟用電池板發電,供設備拍照、行進等使用。
由於月球自轉週期長達27天多,一個白天要經歷14天左右,時間大致是農曆二十二、三至農曆初七、八。也就是我們地球上見到的下弦月至上弦月階段。選擇月初著陸,解決了設備能源消耗問題,同時白天著陸可以應付突發情況,畢竟白天設備可以連續幾天不間斷的工作,背面著陸我們還是首次。
蘇老師的戶外課堂
讓我們看看太陽、地球和月亮這三者的關係。
請問,哪面是月球的正面,哪面是月球的背面?
當然是面對地球的那面是正面,背對地球的那面是背面。
由於潮汐鎖定的緣故,在地球上是無法看到月球的完整背面的,但可以看到一部分。
注意,地球繞太陽轉一圈是一年。而月球繞地球轉一圈,就是陰曆的一個月。
月球的位置一會兒在太陽和地球之間,一會兒在太陽和地球的連線之外,由此構成了從朔月到望月的月相變化。
當月球的位置在太陽和地球之間時,它的背面被照亮,而正面則陷入黑暗,反之,當它的正面被照亮時,背面則陷入黑暗。這正是月亮陰晴圓缺的由來。不過,我想在網上找一個明確的月球背面被太陽照亮的動圖,還真沒有找到,因為作圖的人,為了簡單,月亮上被照亮的部分沒有明確的將月球正面和背面相區別,沒有考慮到這樣的細節,也難怪讓人有誤會。
太陽月亮地球,三點一線時,從地球上看到的月亮正面是完全黑暗的,這時的月相被稱為朔月或新月,在朔月時月球背面被完全照亮,月球的正面則黯淡無光。
當太陽地球月亮三點一線時,就是滿月,即月球的正面被完全照亮,而背面則陷入黑暗。
由於月球的自轉和公轉同步,導致月球正面和背面的日出和日落之間的時間,不是24小時循環一次,而是一個月循環一次,簡單說就是背面被照亮大約14天半,然後是正面被照亮14天半,當然這是一個動態的過程。不妨讓我們看看地球的日出和日落。
嫦娥四號將在12號,也就是明天進入月球軌道。
這次嫦娥四號進入月球軌道後,月球背面正是夜晚,所以不能馬上著陸,需要等到月球背面的日出之後,才會著陸,正因為這個原因,所以嫦娥4號才會在月球軌道上轉悠大約半個月的時間,也就是說要等到年末過新年的那時候正式著陸,讓我們共同期待那個時刻的到來吧。
探秘嫦娥四號的光伏板
嫦娥四號的光伏板不僅在月球背面著陸後使用,實際上在飛往月球的路上,也是要依靠光伏板提供能源的。不過,不知道航天用光伏板與家用光伏板的差別有多大,雖然網上的文章都對此遮遮掩掩,吊人胃口,但可以想到的最基本差別就是,航天用光伏板得能經受宇宙空間中極端環境的考驗,比如在沒有太陽照射的地方溫度極低,大約零下200度左右,而照射到太陽的時候,又會造成溫度陡然升高,達到零上一百多度,溫差達到數百度。
不僅在太空中是這樣,就算降落到了月球的背面上也要同樣經歷月球日出和日落後溫度的極端波動,據測量,月球晝夜溫差達到大約300攝氏度。而我們的家用光伏板,不需要經歷這麼極端的溫度考驗。另外,家用光伏板壞了,打個電話就能換一塊。但是嫦娥四號上的光伏板要是壞了,可沒有簡單辦法換一塊,所以,可以想見它使用的光伏板在質量檢測和各種測試上的標準要比家用光伏板高得多。
總之,光伏板在民用和航天事業中都佔據著越來越重要的地位,畢竟太陽的能量對人類現在的技術手段來說,算得上是取之不盡用之不竭啊。
三思逍遙
這個問題好玩,而且一定代表性。
其實,月球也在自轉,上面的任何區域都能得到陽光普照,所以嫦娥四號探測器有太陽能電池板,提供電力供應。另外,月球的背面和黑暗是兩碼事。
古人就發現,我們在地球上看到的月球,似乎一直不變,都是同一張臉,所以在地球上都看到的月球一側被稱為正面,而月球的背面在地球上是永遠也看不到,這是由於月球繞地球公轉的週期和月球自身自轉的週期相同而導致的現象,在天文學當中把這種由於重力梯度使天體永遠以同一面對著另一個天體的現象稱為“潮汐鎖定”,被鎖定的一個半球會固定不變的朝向夥伴,這種現象在宇宙中普遍存在。
總結一下,月球和地球一樣,也在自轉,而且是同步自轉,儘管在地球上只能看到月球的一側,但月球的每個區域都能被陽光照射到,這和地球上一樣,黑夜和白晝會更替。
震長
12月8日成功發射的嫦娥四號,目前正處在接近月球的26天旅程之中,隨後將在月球背面的艾特肯盆地軟著陸,實現對月球背面的巡視及各種科學探測工作。嫦娥四號在月球背面的運行將主要通過太陽能板供電,而在夜間會採用低功率的核電源輔助供電。有了電源的供應,在夜間拍照當然可以使用閃光燈照明啊。
由於月球也在不斷的自轉,月球背面一樣會受到陽光照射,具有白天和黑夜,在白天嫦娥四號會使用高效太陽能板進行光伏發電,維持正常運行。通過一下照片可以看到探測器上張開的太陽能發電板。白天通過利用太陽能轉換成電能,就可以保障嫦娥四號的能量來源。
而月球背面的夜晚是黑暗寒冷的,溫度會降至零下170攝氏度,這時嫦娥四號的夜間運行和探測活動就要靠它隨身攜帶的秘密武器-核電池來供應能量了,該核電池全稱是基於238Pu同位素熱源的同位素溫差發電器,利用同位素衰變產生的熱量,通過溫差轉換成電能,功率比較小隻有2.5w,卻是這種極寒條件最好的能源供給,可以用來保障體系熱量以及進行溫度測量等活動。
核電池也是NASA的好奇號等火星探測器必備的能源,一般最中間是放射性元素熱源,連接溫差發電的電極,通過散熱片釋放熱量。在科幻電影《火星救援》中,寒冷的火星夜晚,馬特呆萌就找出了核電池用來取暖。
量子實驗室
事實上,這個問題有兩點需要注意。
一:月球背面並不是完全黑暗
二:核動力電池和太陽能發電交替使用
月球背面永遠背對地球,但背面也有白天。不是說人類看不見月球背面,它就是黑暗的,這不是掩耳盜鈴嗎?
月球自轉一週也是公轉一週。其白天14天,夜晚14天。所以月球背面也有一半的時間處於白天。這時候完全可以依靠太陽能板。當然嫦娥四號的光伏板都是頂級的,極具高效性!
於此同時,探測器必須攜帶核動力電池。嫦娥四號的核動力電池依靠是鈈238同位素產生的放射性能量實現的。
當然,嫦娥三號也攜帶核動力電池了,當時嫦娥三號的核動力電池輸出功率不行,只是用來在夜晚維持“體溫”。所以一到晚上,嫦娥三號就基本睡大覺了。
而嫦娥四號攜帶的核電池可以發熱,因為月面夜晚溫度甚至可以低至零下180℃,如果探測器不保溫,其中的一部分零部件就有可能凍壞了。於此同時,嫦娥四號的核動力電池在夜晚不僅可以給探測器保溫,還得完成對月面夜晚的溫度探測任務。這就要求嫦娥四號的核動力電池比三號的輸出功率要大的多。
這次嫦娥四號攜帶的238鈈同位素溫差發電機可以輸出至少2.5 W的電功率。不僅可以保溫,額外的能量還能提供給探測器動力完成夜間探測任務。
當然,到了白天,基本就靠太陽能板了,畢竟白天月面溫度可以高達120多攝氏度,不需要保溫了,還有太陽光可供使用。
但是核動力電池也隨時待命。畢竟月面探測任務很複雜,如果遇見坎坎坷坷,必須要用核動力電池提供更多的能量擺脫險境。
科學認識論
嫦娥四號將會在二十幾天後降落月球背面,它在月球背面可以照常利用太陽能進行發電,因為著陸那天剛好是月球背面的上午。因此,嫦娥四號著陸後也能在月球背面上通過可見光波段進行拍照。
月球背面不是黑暗的,就像月球正面一樣,月球背面也能夠被太陽光照射到,因為月球本身會在自轉。月球背面只是相對於地球來說,因為月球相對於地球是潮汐鎖定,但相對於太陽並沒有。月球繞地球公轉一週的同時,自身也會完成一圈自轉,時間都是27.32天,這就使得月球背面不能被地球上的我們觀測到。
然而,相對於太陽來說,月球沒有被潮汐鎖定。在月球自轉一圈的時間裡,月球相對於太陽只在空間中運動一小段距離,所以隨著月球自轉,整個月球都會被太陽照射到。只是因為月球自轉同時相對於太陽運動,就會導致月球的同一經度對準太陽的時間間隔要比自轉週期長了兩天,達到29.53天,這是月球的晝夜交替週期,又稱月球的太陽日。
在農曆新月時,月球背面會正對著太陽,整個月球背面都會被照亮。與此同時,月球正面背對著太陽,所以我們在地球上就看不到月球,因為太陽光沒被月球反射到地球上。上圖就是月球探測器在可見光波段拍攝到的月球背面。
嫦娥四號的任務進度已經考慮到月球緩慢自轉的影響,所以它會在二十幾天後登陸月球背面,因為那時正值月球背面的上午。這樣,嫦娥四號登陸月球背面之後,就能利用太陽能發電,也能進行拍照。
火星一號
答:月球背面也是有白天和黑夜之分的,嫦娥四號即將在月球背面登陸,白天使用太陽能提供電力,夜間使用同位素溫差電池(核電池)提供電力,其中核電池可提供30年的電力供應。
首先糾正大家的一個誤解,部分人會覺得月球背面永遠是黑暗——這其實是不對的!
月球自身存在自轉,而且自轉週期和公轉週期相等,在月球上也是有白天和黑夜的,考慮地球公轉影響,月球的一個晝夜就是農曆中的一個月(平均29.5天),所以月球上的一個白晝或者一個夜晚就是14.75天。
嫦娥四號和之前發射的嫦娥三號一樣,均採用太陽能供電與同位素溫差發電兩種能源供應方式;其中太陽能只有在白晝能使用,核電池在夜間提供電力,而夜間拍照可以使用閃光燈。
同位素溫差電池,是利用某些放射性同位素(比如:鍶-90,釙-210,鈈-238等等),它們在衰變時會釋放大量熱量,並在裝置內產生溫差,然後利用特殊材料產生溫差電動勢,從而把熱能轉化為電能。
在月球表面,白天溫差達150℃,夜間會降至-170℃,於是同位素溫差發電機除了提供電力外,在夜間還能作為熱源給設備供暖;同位素溫差發電本質上就是核能電池,能為設備提供30年的電力供應。
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艾伯史密斯
嫦娥四號設計的是白天工作,夜晚休眠。配備了太陽能電板、鋰電池和同位素電池,不過同位素電池主要是為了給設備保暖,而不是負責供應探測任務的電力。
月球和地球不一樣,地球一天二十四小時,白天黑夜差不多都只有一半,即十二小時。但月球自轉緩慢,自轉一週需要28天,所以月球的白天就是14天,這個時間足夠長了,在白天的時候太陽能天池板可以供給足夠的電力,使設備運轉,嫦娥四號月球車攜帶著4 臺科學儀器,可以拍照,也可以分析月球地表特性,還能觀測巡視探測點10-10000伏特能量範圍內的能量中性原子及正離子等。
為了保證嫦娥四號在月球白天時的正常工作,嫦娥四號著陸器外邊覆蓋著保溫和隔離輻射的特製材料,巡視車也做了特殊處理,避免受到月球白天強烈信號的干擾。而到了晚上月球溫度—180℃,而光線的缺乏也使得探測難度增大,主要是太黑了,不好操控。低溫對設備的考驗也很大,因此嫦娥四號專門配備了一塊同位素電池核裂變時釋放的熱量,持續穩定,剛好可以作為設備餓保暖措施,不過這塊電池功率較小,不能支持探測任務。
作為第一個登陸月球背面的探測器,嫦娥四號將成為第一個吃螃蟹的,技術難題科學家們都有過充分的考慮,成功著陸也必將提升人類對月球背面的認識。
來看世界呀
月球的背面並不代表就是黑夜,月球28天自轉一週,所以月球上晝夜交替一次基本上要一個月,即月球背面有28天是晚上,28天是白天。所以嫦娥四號主要依靠月球背面的太陽光進行發電,而在晚上的時候則依靠同位素溫差發電與熱電綜合利用技術來維持嫦娥四號的基本運行。
嫦娥四號自2018年12月8號凌晨2點23分發射升空,大概要經過十幾天飛行姿態調整才能夠順利和月球交匯稱為月球的衛星。而此時嫦娥四號還不能夠立馬著陸,因為月球背面還是晚上。所以說嫦娥四號和月球交匯後,還需要再繞月飛行十幾天等待月球背面是白天的時候,才能夠開始著陸。著陸後由於是白天,所以嫦娥四號會立刻展開太陽能電池板進行光電轉化供能。而白天進行照片拍攝,也是最好的時候。
等到了晚上,由於晝夜溫差過大,無法利用太陽光進行發電,嫦娥四號會停止一些活動,只保留部分活動,並同時利用同位素溫差發電和熱電綜合利用技術發電供能。而且,這個時候嫦娥四號會啟動攜帶的紅外成像光譜儀進行成像,這種儀器在晚上也可以進行照片拍攝的。
所以說,即便是晚上,嫦娥四號也是可以繼續工作的。
科學探秘頻道
就在前幾天,2018年12月8日,中國航天乃至是世界航天史上有一件大事發生,那就是嫦娥四號探測器發射升空了,這是人類首次登陸月球的另一端,嫦娥四號的成功,成功地提升了中國航天在世界上的地位。
月球的背面是什麼樣的呢?很久以來,人類都試圖揭開月球背面的神秘面紗,由於潮汐鎖定的緣故,月球永遠也只能一面對著地球,上個世紀前蘇聯拍到了第一張月球背面的照片,從圖片上可以看到的是月球背面佈滿了密密麻麻的隕石坑,後來美國成功將宇航員送上了月球,但是卻只是在正面。
由於月球背對著地球的緣故,月球的背面沒有衛星信號,所以在嫦娥四號發射之前,我國就先發射了鵲橋中繼衛星,為月球背面著陸的探測器提供信號保障。信號保障有了,那麼就有人擔憂月球背面沒有光。奇怪的是,月球背面怎麼可能沒有陽光照射呢,只是月球一直背對著地球,但是在圍繞地球公轉的過程中,背面也有露在陽光下的時候,所以月球背對著地球跟月球背面沒有陽光照射是兩回事。只要是有陽光照射的時候,嫦娥四號攜帶的太陽能電池板就可以將光能轉化為電能,同時也可以在光線的照射下拍攝圖片。
嫦娥四號到達的地方可以說是全世界所有的科學家都十分感興趣的地方,除了月球的另一端是人類從來也沒有探索過的區域之外,更重要的是這次的探測結果會讓那些陰謀論者閉嘴了。嫦娥四號從西昌衛星發射基地出發,向著遙遠的月球飛去,讓世界矚目的人類首次月球背面軟著落探測器的序幕即將拉開。
月球的背面對於人類來說是一個完全未知的神秘領域,對於人類而言,月球的背面有著太多的未知等待著解答。此次嫦娥四號的科學任務主要是開展月球背面低頻射電天文觀測與研究,探測月球背面的地貌、礦物組成以及月球淺層結構探索與研究,實驗性地開展月球背面中子輻射量、中子原子等月球環境探測研究。