2019年1月3日10時26分，嫦娥四號探測器在南極艾特肯盆地自主著陸?在卡門撞擊坑內，人類探測器首次在月球背面軟著陸。嫦娥四號攜帶大量先進的探測儀器。除了熟悉的各種相機外，這些儀器還包括幾種可用于空間環(huán)境檢測的儀器。今天，讓我們來談談這些特殊儀器以及它們需要觀察的物理現象。

　　月表中子和輻射劑量探測器

　　人類對太空的探索一直面臨著高能輻射的威脅。1958年，美國第一顆人造衛(wèi)星—ExplorerI衛(wèi)星研究組ErnieRay這樣的感嘆：“MyGod,spaceisradioactive！(天哪，太空其實是放射性的！”。經過幾十年的探測和研究，人們對地球附近的高能輻射環(huán)境有了相當好的了解，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。月球表面沒有濃密的大氣，磁場也很弱。因此，太空中的宇宙射線會直接轟擊月球表面的巖石和月球土壤，當宇宙線粒子與月球表面物質發(fā)生核反應時，中子就會釋放出來。γ具有較強穿透力的粒子，特別是中子，輻射質量因子高于質子、電子和光子，對宇航員危害極大。

　　由中國和德國聯合開發(fā)的嫦娥四號月球中子和輻射劑量探測器安裝在著陸器上。它不僅可以檢測著陸區(qū)域的中子和輻射劑量，還可以檢測太陽爆發(fā)產生的質子、電子和輻射劑量α粒子。該探測器有助于科學家評估月球表面的輻射環(huán)境，為未來載人登月和月球基地的輻射保護提供基礎。同時，該儀器可以直接從太陽中檢測到能量粒子，以研究太陽風暴的原因和高能粒子的傳播規(guī)律。

　　低頻射電光譜儀

　　所謂的電實際上是一種常見的無線電波。在家里，我們可以用短波收音機聽到非常遙遠的地方，甚至是地球另一端發(fā)出的無線電信號，因為地球大氣上層（超過60公里）有一個電離層。電離層中的大氣處于部分電離和完全電離狀態(tài)，它會反射或吸收低頻無線電，短波信號可以在電離層和地球之間來回反射，從而傳播很長的距離。

　　雖然電離層可以給地球帶來通信的便利，但它也阻礙了電離層外低頻無線電向地面的傳播。來自太陽和其他宇宙天體的低頻電磁波信號被地球電離層阻擋，無法到達地球地面。為了檢測它們，它們只能在空間環(huán)境中進行。由于月球背面阻擋了來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，是低頻射電觀測的理想位置。

　　嫦娥四號任務中有兩個低頻射電探測器。一個由中國獨立開發(fā)，安裝在嫦娥四號著陸器上（圖4），另一個由中國和荷蘭聯合開發(fā)，安裝在中繼星上“鵲橋”上面（圖5）。這兩個設備相互配合，可以觀察和研究太陽、地球、月球、空間和宇宙天體的各種射電現象。特別是在太陽爆發(fā)時，低頻射電可以用來觀察和跟蹤太陽爆發(fā)活動的整個過程，這對研究太陽空間的天氣效應和建立太陽災害預測模型非常有幫助。

　　月表中性原子探測器

　　太陽繼續(xù)向四面八方“吹”超聲波帶電粒子流被稱為太陽風。因為月球沒有磁場，太陽風可以直接保護大氣，所以“吹”當太陽風中的質子和離子作用于月球表面時，它們會反射和濺射能量中性原子（Energeticneutralatom，簡稱ENA）和其他粒子。同時，光線會導致月球表面充滿正電荷，等離子體會導致月球表面充滿負電，月球表面陰陽交界處的靜電會拋出月球灰塵，所有這些物質都會拋出、濺射和反射，形成月球的逃逸層（圖6）。科學家需要了解月球逃逸層形成過程中各種機制的作用，這對研究太陽系中許多類似月球的恒星（如水星、小行星等）具有重要意義。

　　由中國和瑞典聯合開發(fā)的嫦娥四號月球中性原子探測器，安裝在月球車上“玉兔”在2號上，用于測量太陽風和月球表面相互作用后產生的中性原子。在過去，人類對月球中性原子的探測是在月球軌道或地面上進行的。嫦娥四號將直接在月球表面的檢測區(qū)域測量中性原子，這可以說是月球表面歷史上第一次進行中性原子探測。

　　7月表中性原子探測器

　　預報中心護送嫦娥四號任務

　　探索和研究空間環(huán)境是嫦娥四號任務的重要科學目標之一。然而，嫦娥四號攜帶的先進探測儀器和嫦娥四號本身面臨著惡劣空間環(huán)境的威脅，太陽爆發(fā)等活動的探測也需要空間環(huán)境預測的支持。中國科學院空間環(huán)境預測中心將繼續(xù)為嫦娥四號任務提供及時準確的空間環(huán)境預測信息，護送嫦娥四號任務。

　　來源:中國科學院國家空間科學中心