來源：中科院之聲

2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器自主著陸在月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)的馮?卡門撞擊坑內(nèi)，實現(xiàn)了人類探測器首次在月球背面軟著陸。嫦娥四號攜帶了大量先進(jìn)的探測儀器，這些儀器中除了大家比較熟悉的各種相機(jī)，還包括幾臺能用于空間環(huán)境探測的儀器。今天，我們就來給大家說一說這些特別的儀器和它們要觀測的物理現(xiàn)象。

月表中子與輻射劑量探測儀

人類對太空的探索活動始終面臨高能輻射的威脅，1958年，美國的第一顆人造衛(wèi)星—explorer i衛(wèi)星研究組的ernie ray就發(fā)出了這樣的感嘆：“my god， space is radioactive！（天哪，太空居然是放射性的！）”。經(jīng)過幾十年的探測研究，人們對地球附近的高能輻射環(huán)境已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)牧私?，但月球表面的輻射環(huán)境與地球附近的輻射環(huán)境有很大的不同，月球表面沒有稠密的大氣，磁場也十分微弱，因此太空中的宇宙射線會直接轟擊月表的巖石和月壤，宇宙線粒子與月表物質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)會釋放出中子、γ射線等具有強(qiáng)穿透力的粒子，尤其是中子，其輻射品質(zhì)因子高于質(zhì)子、電子和光子，對航天員具有很大的危害性。

圖1 月表輻射環(huán)境示意圖（作者自繪）

嫦娥四號上攜帶的月表中子與輻射劑量探測儀，由中國和德國聯(lián)合研制，安裝在著陸器上，不僅能探測著陸區(qū)的中子和輻射劑量，還能探測太陽爆發(fā)產(chǎn)生的質(zhì)子、電子和α粒子。該探測儀有助于科學(xué)家們對月表輻射環(huán)境進(jìn)行評估，為未來載人登月及月球基地的輻射防護(hù)提供依據(jù)，同時，該儀器能夠直接探測到來自太陽的能量粒子，用于研究太陽風(fēng)暴的起因、高能粒子傳播規(guī)律等。

圖2月表中子與輻射劑量探測儀

低頻射電頻譜儀

所謂射電其實就是常見的無線電波，我們在家里就能夠用短波收音機(jī)收聽到非常遙遠(yuǎn)的地方、甚至地球另一端發(fā)出的無線電信號，是因為在地球大氣上層（60公里以上）存在電離層，電離層中的大氣處于部分電離和完全電離狀態(tài)，會反射或吸收頻率較低的無線電，短波信號可以在電離層與大地之間來回反射，從而傳播很遠(yuǎn)的距離。

圖3 電離層與無線電傳播示意圖

電離層雖然能夠給地球帶來通信的便利，卻也阻斷了電離層外的低頻無線電向地面的傳播。來自太陽及其它宇宙天體發(fā)出的低頻電磁波信號被地球電離層遮擋，無法抵達(dá)地球地面，要探測它們只能在太空環(huán)境中進(jìn)行，而月球背面由于阻擋了來自地球的各種天然及人工電磁輻射干擾，這里的電磁環(huán)境非常干凈，是非常理想的低頻射電觀測位置。

嫦娥四號任務(wù)中的低頻射電探測儀有兩臺，一臺由中國獨立研制，安裝在嫦娥四號著陸器上（圖4），另一臺由中國和荷蘭聯(lián)合研制，安裝在中繼星“鵲橋”號上（圖5）。兩臺設(shè)備互相配合，可以對太陽、地月空間及宇宙天體的各種射電現(xiàn)象進(jìn)行觀測和研究，尤其是太陽爆發(fā)時，利用低頻射電觀測，可以觀測并且追蹤太陽爆發(fā)活動的整個過程，這對研究日地空間的天氣效應(yīng)，構(gòu)建模型預(yù)報太陽災(zāi)害事件等有很大幫助。

圖4 嫦娥四號著陸器上的低頻射電頻譜儀

圖5 中繼星“鵲橋”上的低頻射電探測儀

月表中性原子探測儀

太陽持續(xù)不斷的向四面八方“吹”出超聲速帶電粒子流，被稱為太陽風(fēng)。由于月球沒有磁場、大氣層的保護(hù)，太陽風(fēng)能夠直接“吹”到月球表面上，太陽風(fēng)中的質(zhì)子和離子作用到月壤表面會反射和濺射出能量中性原子（energetic neutral atom，簡稱ena）和其他粒子。同時，光照會導(dǎo)致月表充正電荷，等離子體會導(dǎo)致月表充負(fù)電，在月面陰陽交界處靜電力會拋起月塵，所有這些拋出、濺射和反射出的物質(zhì)組成了月球的逃逸層（圖6）?？茖W(xué)家需要搞清楚月球逃逸層形成過程中各種機(jī)制的作用大小，這對于研究太陽系中許多與月球類似的星體（如水星、小行星等）具有重要意義。

圖6 月球逃逸層示意圖（作者自繪）

嫦娥四號攜帶的月表中性原子探測儀，由中國和瑞典聯(lián)合研制，安裝在月球車“玉兔”二號上，用來測量太陽風(fēng)和月表相互作用之后產(chǎn)生的中性原子。過去人類對月球中性原子的探測都是在環(huán)月軌道或地面上開展的，嫦娥四號將在月表巡視區(qū)直接測量中性原子，可以說是人類探月史上首次在月表開展中性原子探測。

圖7 月表中性原子探測儀

預(yù)報中心為嫦娥四號任務(wù)保駕護(hù)航

對空間環(huán)境進(jìn)行探測研究是嫦娥四號任務(wù)重要的科學(xué)目標(biāo)之一。但嫦娥四號攜帶的這些先進(jìn)的探測儀器及嫦娥四號本身都面臨惡劣空間環(huán)境的威脅，而針對太陽爆發(fā)等活動的探測也需要空間環(huán)境預(yù)報的支持，中科院空間環(huán)境預(yù)報中心將持續(xù)為嫦娥四號任務(wù)提供及時準(zhǔn)確的空間環(huán)境預(yù)報信息，為嫦娥四號任務(wù)保駕護(hù)航。