嫦娥又出新成果,玉兔号月球车驮着的测月雷达到底是啥神器?

同样是月球车,差别可大了去了

之前我们在讨论世界各国月球车的时候,总有人抱怨咱们的“玉兔”号月球车跑得太慢,跟人家美国上世纪70年代的月球车比起来差远了。美国的月球车可以载着两名太空人以每小时12千米的速度飞奔,几天就跑几十公里,但是咱们的小玉兔萌萌地,一年多了才走400米不到,“落后太多,真是没法比”。

殊不知,同样叫月球车,它们的功能是不一样的。美国的月球车它就是个运输工具,它要球的是简单皮实耐造,可以驮着宇航员在月球上跑得远一些,只是后来加装了摄像机和天线,看起来有了科技感;咱们的小兔子上面可是装载了好几种科学探测装备,称之为移动科学站是一点都不过分的。

玉兔号上可观天,下可探地,无所不能

美国人几次登月,由宇航员携带了“十八般兵器”布置在月球表面,以期待获得这颗荒寂星球的科学数据。他们还携带了地质锤和小铲子,把月球土壤和岩石带回地球进行分析。但小铲子只能在月球表面取样,月面几十厘米之下到底有些什么就没人知道了,总体来说科学家们只能通过研究标本来分析和猜测来判断地底的情况,有时候猜测常常是不准确的。

嫦娥月球着陆器和月球车携带了更加先进的探测设备,它不仅可以利用粒子激发X射线谱仪、红外成像光谱仪和其它许多设备来实时分析月球表面土壤、稀薄大气中的化学成分,还能通过安装的测月雷达来探测月表下方深达330米处的地质情况,然后把探测数据传回到地面,给科学家们分析结果。

现在你知道了,咱们的“玉兔号”和“玉兔二号”月球车上都搭载了探测月球地下结构的雷达,小兔子们在月球上溜达并不是闲逛,它们是在给月球“做CT”,看看地底下到底藏着些什么宝贝。

测地雷达的原理

你可能会问了,雷达不是拿来看天的吗?它怎么能探测地底下的情况呢?

这是个好问题。

我们都知道雷达会发射电磁波,再通过接收目标反射回来的电磁波信号来判断目标的位置与距离。光是一种电磁波,当你晚上用手电筒照射物体时,一部分光会反射回来,于是你就看到了物体。雷达就像是一个大号的手电筒,不同的是它发出的“光”的频率超出了人眼的感知范围,我们看不见它。

雷达波能穿透地面到达地底下吗?有一些可以。

光可以穿透玻璃,如果光线很强,你可以发现它也能穿透沙子和小石头。这说明土壤和岩石对某些光是透明的,只是由于岩石内部存在许多形状不规则的晶体,所以光线在它的内部发生漫反射,有些光波在多次反射过程中被削弱和吸收,只有一部分折射出来,因此它表现出半透明的状态。

科学家发现,频率为10MHz~2.6GHz极化的电磁波可以穿透地表的土壤和岩石,它们在岩石中受到的阻碍相对比较小。换句话说,岩石对这个波段的电磁波是半透明的。如果我们向地下发射电磁波,会有一部分经过不同介质的漫射作用最终返回地面,通过分析这些反射回来波的路线和时间,我们就能大致分析出地下的情况。

其实测地雷达早在几十年前就已经广泛使用,市政道路施工人员用它来探测地下埋藏的管线,以免不小心挖断重要管道和电缆;建筑工人用它来为混凝土探伤,发现水泥柱里隐藏的裂缝;士兵可以利用它排雷排爆,它可以找到深埋地下的金属物质;文物考古者用它来寻找化石;还有些人想发财,买来在野外或自家院子里找金矿。

为什么是玉兔而不是嫦娥?

嫦娥奔月并不是为了去月球上找金子,它的目的是为了探寻月球的科学奥秘。

嫦娥四号月球探测器为什么要选在月球背面着陆?一方面因为那里是科学的空白,同时还因为那里有一个太阳系最深的盆地——艾特肯盆地。

艾特肯盆地是四十多亿年前巨大天体撞击的遗迹,它靠近月球南极,直径约2500公里,最深的地方达13000米,通过对这里的研究,人们可以更多了解月球内部的情况。

嫦娥四号的着陆区就选在艾特肯盆地北部的冯·卡门撞击坑,这里深达-6000米,是一个研究月壳和月幔物质的理想之处,因为越深的地方意味着月壳越薄,也越接近月球的地幔。

地球上的测地雷达运用的范围很广泛,但它们的探测深度都很有限,大致是几十厘米到几米深。一方面是电磁波的安全使用频率受到限制,另一个原因是地球的土壤岩石里有更多的水。我们知道水是极性物质,它能导电,所以雷达发出的电磁波大多都被吸收掉了。而月球土壤里含水量极低,据说嫦娥三号的玉兔月球车上搭载的测月雷达探测深度达330米,它只用1个多月的时间就获得了着陆区附近的月壳浅层剖面结构图像。这在国际上首次揭示了月球表面火山演化的历史。

为什么测月雷达要装在月球车上而不是直接装在着陆器的底部呢?因为这种雷达在静止的时候是没办法得出准确图像的。就像是你去医院做B超,医生需要反复移动探头才能判断信息,测地雷达也需要对比不同方向回传的电磁波信号才能计算出回波图像。另一个原因是月球车可以按需要进行移动,它可以获得扫测更广阔的区域,从而得到更全面的地质剖面图像。

总结:

嫦娥三号和嫦娥四号在月球的探测活动都取得了非常丰硕的科学成果,有许多要归功于辛勤忙碌的“玉兔”月球车。

科学家们在月球车上搭载了许多科学探测仪器,其中的探月雷达为我们“解剖”月球、了解月表下面的情况提供了丰富的数据。

雷达波是一种电磁波,它既可以探测天空中的飞机火箭,也可以通过反射地下的信号来分析月表以下的信息。有了这一利器,我们便不需要大费周章地挖地三尺去看底下有什么,还能够使科学研究更有效率。