なぜ地球からは月の裏側が見えないのでしょうか？嫦娥6号が月の裏側に着陸するのはどれほど難しいのでしょうか？

なぜ地球からは月の裏側が見えないのでしょうか？地球から月の裏側が見えないのは、月の自転周期と公転周期が同じであるためで、この現象は潮汐ロックと呼ばれています。月は地球の周りを約27.32日かけて公転し、自転周期も27.32日なので、月は常に地球に対して同じ面を向いています。つまり、月の裏側は常に地球からは見えず、宇宙探査機などの手段を使わなければ、人間は月の裏側を直接見ることはできないのです。

では、月の潮汐ロックはどのようにして起こったのでしょうか?月の潮汐ロックは、地球と月の間の重力相互作用を伴う長期的なプロセスです。潮汐ロックが発生する基本的な手順は次のとおりです。

1. 重力潮汐効果: 地球は月に重力を及ぼし、月も地球に重力を及ぼします。地球の重力は月に強い力をかけるため、月の表面に潮汐変形を引き起こします。この変形は、月が地球の周りを回るにつれて継続的に変化し、月のさまざまな部分が交互に地球に近づいたり遠ざかったりします。

2. 摩擦効果: 地球の月に対する重力は常に変化するため、月の潮汐変形もそれに応じて変化します。この重力による潮汐効果により、月の内部で摩擦が生じ、回転エネルギーが熱に変換されます。

3. 運動量の伝達: 摩擦効果により、月の自転速度は徐々に遅くなりますが、公転速度は変わりません。これにより、月の自転周期は徐々に増加し、最終的には公転周期と等しくなります。月の自転周期が公転周期と等しいとき、月は潮汐固定されます。

4. 潮汐ロックの実現: 潮汐ロック状態では、月の一方の半球は常に地球に面し、もう一方の半球は常に地球から離れた方向を向いています。これは、月の自転周期が公転周期と同じであるため、月の長軸が常に地球と月を結ぶ線に沿っており、潮汐力によるさらなる変形や摩擦が回避されるためです。

潮汐ロックは発生するまでに数十億年かかるゆっくりとしたプロセスです。月は潮汐ロックされているため、片側しか見ることができません。これは、地球から月の同じ側しか見えない理由も説明しています。

画像提供: 中国月探査・深宇宙探査ネットワーク

嫦娥6号の月の裏側への着陸の難しさは非常に大きく、主に以下の困難に直面しています。

1. 通信の難しさ：月の裏側は地球と直接通信できないため、嫦娥6号は情報の送信に「鵲橋」中継衛星に頼る必要があります。これにより、中継衛星が常に「オンライン」になることができず、タイムリーに指示を受信したりデータを送信したりできない可能性があるため、ミッションの複雑さが増します。

2. 複雑な地形: 月の裏側の地形は複雑かつ変化に富んでおり、山や衝突クレーターなどの障害物が多数存在するため、着陸船の設計には非常に高い要求が課せられます。歴史的に、ソ連は月の裏側の複雑な地形のために無人月面探査で連続して失敗を経験していた。

3. 光不足：月の裏側には直接光がないため、着陸船のナビゲーションと位置決めが難しくなり、着陸船の太陽電池パネルへのエネルギー供給や着陸船の温度制御にも影響します。

4. 極端な温度差: 月の裏側の環境は極端で、昼と夜の温度差が非常に大きいため、着陸船の材料や電子機器には非常に高い要求が課せられます。これは人類が初めてエベレストに登頂したときのようなものであり、未知のことが多く、人間の勇気と知恵が試されるものです。

5. 自律航行能力：地球と直接通信することは不可能であるため、嫦娥6号には自律航行能力があることが重要な要件である。自律航法機能により、嫦娥6号は飛行軌道制御、安全な着陸地点の選択、精密制御などのタスクを自立的に完了できるようになります。

6. サンプリング時間の制限：地形の制約により、嫦娥6号の月面裏でのサンプリング時間は短縮され、限られた時間内にサンプリングミッションを完了することがより困難になります。

嫦娥6号の月面着陸の難しさは、通信、地形、照明、温度差、自律航行、サンプル採取時間などの課題に直面することにある。それにもかかわらず、中国航天科技集団はこれらの困難をうまく克服し、嫦娥6号が月の裏側に着陸し、月の裏側でのサンプル採取作業を開始することに成功した。

嫦娥6号は月の裏側でサンプルリターンミッションを遂行する際に、独特の課題に直面した。月の自転により、月の裏側では地球との直接の視線通信を確立できないのだ。この問題を解決するために、研究チームは以下の対策を講じました。

1. 中継衛星の展開：科学研究チームは、鵲橋2号中継衛星を慎重に設計・展開し、月から65,000キロ離れた地球-月ラグランジュL2点に正確に配置された。 L2地点は比較的安定した重力バランス地点であり、地球と月の裏側を同時に見ることができるため、情報伝達には最適な場所です。

2. 高利得アンテナの使用：安定したデータの送受信を確保するため、鵲橋2号中継衛星には高利得アンテナが搭載されています。このタイプのアンテナは信号を集中的に送受信できるため、通信信号の強度と品質が大幅に向上し、長距離でも高品質の通信リンクが確保されます。

3. データプロトコルの設計：データ伝送効率を向上させるために、研究チームは深宇宙通信の特性を組み合わせ、長距離伝送に適したデータプロトコルを設計しました。このプロトコルは、送信プロセス中にデータを圧縮および最適化し、データ送信速度を大幅に向上させ、送信遅延を削減します。

4. グローバル受信ネットワークの構築：データ伝送の効率と信頼性をさらに向上させるために、地球上の複数の受信局が連携してグローバル受信ネットワークを形成します。このようにして、いつでも少なくとも 1 つの受信局が最良の状態になり、科学研究者が分析して使用できるように中継衛星からのデータを受信して​​処理できるようになります。