2019年1月3日10時(shí)26分，嫦娥四號(hào)探測(cè)器在南極艾特肯盆地自主著陸?在卡門(mén)撞擊坑內(nèi)，人類(lèi)探測(cè)器首次在月球背面軟著陸。嫦娥四號(hào)攜帶大量先進(jìn)的探測(cè)儀器。除了熟悉的各種相機(jī)外，這些儀器還包括幾種可用于空間環(huán)境檢測(cè)的儀器。今天，讓我們來(lái)談?wù)勥@些特殊儀器以及它們需要觀察的物理現(xiàn)象。

　　月表中子和輻射劑量探測(cè)器

　　人類(lèi)對(duì)太空的探索一直面臨著高能輻射的威脅。1958年，美國(guó)第一顆人造衛(wèi)星—ExplorerI衛(wèi)星研究組ErnieRay這樣的感嘆：“MyGod,spaceisradioactive！(天哪，太空其實(shí)是放射性的！”。經(jīng)過(guò)幾十年的探測(cè)和研究，人們對(duì)地球附近的高能輻射環(huán)境有了相當(dāng)好的了解，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(méi)有濃密的大氣，磁場(chǎng)也很弱。因此，太空中的宇宙射線(xiàn)會(huì)直接轟擊月球表面的巖石和月球土壤，當(dāng)宇宙線(xiàn)粒子與月球表面物質(zhì)發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，中子就會(huì)釋放出來(lái)。γ具有較強(qiáng)穿透力的粒子，特別是中子，輻射質(zhì)量因子高于質(zhì)子、電子和光子，對(duì)宇航員危害極大。

　　由中國(guó)和德國(guó)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的嫦娥四號(hào)月球中子和輻射劑量探測(cè)器安裝在著陸器上。它不僅可以檢測(cè)著陸區(qū)域的中子和輻射劑量，還可以檢測(cè)太陽(yáng)爆發(fā)產(chǎn)生的質(zhì)子、電子和輻射劑量α粒子。該探測(cè)器有助于科學(xué)家評(píng)估月球表面的輻射環(huán)境，為未來(lái)載人登月和月球基地的輻射保護(hù)提供基礎(chǔ)。同時(shí)，該儀器可以直接從太陽(yáng)中檢測(cè)到能量粒子，以研究太陽(yáng)風(fēng)暴的原因和高能粒子的傳播規(guī)律。

　　低頻射電光譜儀

　　所謂的電實(shí)際上是一種常見(jiàn)的無(wú)線(xiàn)電波。在家里，我們可以用短波收音機(jī)聽(tīng)到非常遙遠(yuǎn)的地方，甚至是地球另一端發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，因?yàn)榈厍虼髿馍蠈樱ǔ^(guò)60公里）有一個(gè)電離層。電離層中的大氣處于部分電離和完全電離狀態(tài)，它會(huì)反射或吸收低頻無(wú)線(xiàn)電，短波信號(hào)可以在電離層和地球之間來(lái)回反射，從而傳播很長(zhǎng)的距離。

　　雖然電離層可以給地球帶來(lái)通信的便利，但它也阻礙了電離層外低頻無(wú)線(xiàn)電向地面的傳播。來(lái)自太陽(yáng)和其他宇宙天體的低頻電磁波信號(hào)被地球電離層阻擋，無(wú)法到達(dá)地球地面。為了檢測(cè)它們，它們只能在空間環(huán)境中進(jìn)行。由于月球背面阻擋了來(lái)自地球的各種自然和人工電磁輻射干擾，這里的電磁環(huán)境非常干凈，是低頻射電觀測(cè)的理想位置。

　　嫦娥四號(hào)任務(wù)中有兩個(gè)低頻射電探測(cè)器。一個(gè)由中國(guó)獨(dú)立開(kāi)發(fā)，安裝在嫦娥四號(hào)著陸器上（圖4），另一個(gè)由中國(guó)和荷蘭聯(lián)合開(kāi)發(fā)，安裝在中繼星上“鵲橋”上面（圖5）。這兩個(gè)設(shè)備相互配合，可以觀察和研究太陽(yáng)、地球、月球、空間和宇宙天體的各種射電現(xiàn)象。特別是在太陽(yáng)爆發(fā)時(shí)，低頻射電可以用來(lái)觀察和跟蹤太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)的整個(gè)過(guò)程，這對(duì)研究太陽(yáng)空間的天氣效應(yīng)和建立太陽(yáng)災(zāi)害預(yù)測(cè)模型非常有幫助。

　　月表中性原子探測(cè)器

　　太陽(yáng)繼續(xù)向四面八方“吹”超聲波帶電粒子流被稱(chēng)為太陽(yáng)風(fēng)。因?yàn)樵虑驔](méi)有磁場(chǎng)，太陽(yáng)風(fēng)可以直接保護(hù)大氣，所以“吹”當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)中的質(zhì)子和離子作用于月球表面時(shí)，它們會(huì)反射和濺射能量中性原子（Energeticneutralatom，簡(jiǎn)稱(chēng)ENA）和其他粒子。同時(shí)，光線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致月球表面充滿(mǎn)正電荷，等離子體會(huì)導(dǎo)致月球表面充滿(mǎn)負(fù)電，月球表面陰陽(yáng)交界處的靜電會(huì)拋出月球灰塵，所有這些物質(zhì)都會(huì)拋出、濺射和反射，形成月球的逃逸層（圖6）?？茖W(xué)家需要了解月球逃逸層形成過(guò)程中各種機(jī)制的作用，這對(duì)研究太陽(yáng)系中許多類(lèi)似月球的恒星（如水星、小行星等）具有重要意義。

　　由中國(guó)和瑞典聯(lián)合開(kāi)發(fā)的嫦娥四號(hào)月球中性原子探測(cè)器，安裝在月球車(chē)上“玉兔”在2號(hào)上，用于測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)和月球表面相互作用后產(chǎn)生的中性原子。在過(guò)去，人類(lèi)對(duì)月球中性原子的探測(cè)是在月球軌道或地面上進(jìn)行的。嫦娥四號(hào)將直接在月球表面的檢測(cè)區(qū)域測(cè)量中性原子，這可以說(shuō)是月球表面歷史上第一次進(jìn)行中性原子探測(cè)。

　　7月表中性原子探測(cè)器

　　預(yù)報(bào)中心護(hù)送嫦娥四號(hào)任務(wù)

　　探索和研究空間環(huán)境是嫦娥四號(hào)任務(wù)的重要科學(xué)目標(biāo)之一。然而，嫦娥四號(hào)攜帶的先進(jìn)探測(cè)儀器和嫦娥四號(hào)本身面臨著惡劣空間環(huán)境的威脅，太陽(yáng)爆發(fā)等活動(dòng)的探測(cè)也需要空間環(huán)境預(yù)測(cè)的支持。中國(guó)科學(xué)院空間環(huán)境預(yù)測(cè)中心將繼續(xù)為嫦娥四號(hào)任務(wù)提供及時(shí)準(zhǔn)確的空間環(huán)境預(yù)測(cè)信息，護(hù)送嫦娥四號(hào)任務(wù)。

　　來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心