月亮

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月亮古稱太陰,是太陽系中第五大的衛星。雖然它的表面非常黑暗,但它仍是天空中除了太陽之外最亮的天體。規律性的月相變化,自古以來就對人類文化,如語言、曆法藝術和神話等產生重大影響。

物理特性

  月球是被人們研究得最

月亮的圖像(16張)徹底的天體。月球的年齡大約有45.27億年   。月球與地球一樣有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼平均厚度約為60-65公里。月殼下面到1000公里深度是月幔,它佔了月球的大部分體積。月幔下面是月核,月核的溫度約為1000度,很可能是熔融狀態的。月球直徑約3476公里,是地球的1/4、太陽的1/400,月球到地球的距離相當於地球到太陽的距離的1/400,所以從地球上看去月亮和太陽一樣大。月球的體積只有地球的1/49,質量約7350京噸,相當於地球質量的1/80左右,月球表面的重力約是地球重力的1/6。月球是地球唯一的天然衛星,是距離我們最近的天體,它與地球的平均距離約為384401千米。它的平均直徑約為3476千米,比地球直徑的1/4稍大些。月球的表面積有3800萬平方千米,雖然很大,但不及亞洲的面積大。   月球的軌道運動 月球以橢圓軌道繞地球運轉。這個軌道平面在天球上截得的大圓稱「白道」。白道平面不重合於天赤道,也不平行於黃道面,而且空間位置不斷變化。   公轉周期27.32日。 表面的最低溫度是-183攝氏度。月陸和山脈 月面上高出月海的地區稱為月陸,它一般比月海水準面高2-3千米,由於它返照率高,因而看來比較明亮。在月球正面,月陸的面積大致與月海相等。月亮上有許多下陷的坑,有反光作用。但在月球背面,月陸的面積要比月海大得多。 從同位素測定知道月陸比月海古老得多,是月球上最古老的地形特徵。 在月球上,除了犬牙交差的眾多環形山外,也存在著一些與地球上相似的山脈。 月球上的山脈常借用地球上的山脈名,如阿爾卑斯山脈,高加索山脈等等,其中最長的山脈為亞平寧山脈,綿延1000千米,但高度不過比月海水準面高三,四千米。 山脈上也有些峻嶺山峰,過去對它們的高度估計偏高。現在認為大多數山峰高度與地球山峰高度相仿,最高的山峰(亦在月球南極附近)也不過9000米和 8000米。 月面上6000米以上的山峰有6個,5000-6000米20個,4000-5000米則有80個,1000米以 上的有200個。 月球上的山脈有一普遍特徵:兩邊的坡度很不對稱,向海的一邊坡度甚大,有時 為斷崖狀,另一側則相當平緩。 除了山脈和山群外,月面上還有四座長達數百千米的峭壁懸崖。其中三座突出在 月海中,這種峭壁也稱「月塹」。

同步自轉

  月球的自轉和在繞地球公轉的同時進行自轉,周期27.32166日,正好是一個 恆星月,所以我們看不見月球背面。這種現象我們稱「同步自轉」,幾乎是衛星世界的普遍規律。一般認為是行星對衛星長期潮汐作用的結果。天平動是一個很奇妙的現象,它使得我們得以看到59%的月面。   主要有以下原因:   1.在橢圓軌道的不同部分,自轉速度與公轉角速度不匹配。   2.白道與赤道的交角。

月球地形

  環形山   環形山的命名源於伽利略對其的稱呼。它是月面的顯著特徵,幾乎布滿了整個月面。 最大的環形山是南極附近的貝利環形山,直徑295千米,比海南島還大一點。小的環形山甚至可能是一個幾十厘米的坑洞。直徑不小於1000米的大約有33000個。占月面表面積的 7-10%。

月球表面(11張)   有個日本學者1969年提出一個環形山分類法,分為克拉維型(古老的環形山,一般都 面目全非,有的還山中有山)哥白尼型(年輕的環形山,常有「輻XX紋」,內壁一般帶有同心圓狀的段丘,中央一般有中央峰)阿基米德形(環壁較低,可能從哥白尼型演變而來 )碗型和酒窩型(小型環形山,有的直徑不到一米)。   月海   肉眼所見月面上的陰暗部分實際上是月面上的廣闊平原。由於歷史上的原因,這個名不副實的名稱保留到了現在。   已確定的月海有22個,此外還有些地形稱為「月湖」或「類月海」的。公認的22 個絕大多數分佈在月球正面。背面有3個,4個在邊緣地區。在正面的月海面積略大於50%,其中最大的「風暴洋」 面積約五百萬平方公里,差不多九個法國的面積總和。 大多數月海大致呈圓形,橢圓形,且四周多為一些山脈封閉住,但也有一些海是連成一片的。除了「海」以外,還有五個地形與之類似的「湖」----夢湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖,但有的湖比海還大,比如夢湖面積7萬平方千米,比汽海等還大得多。 月海伸向陸地的部分稱為「灣」和「沼」,都分佈在正面。灣有五個:露灣、暑灣、中央灣、虹灣、眉月灣;沼有腐沼、疫沼、夢沼三個,其實沼和灣沒什麼區別。   月海的地勢一般較低,類似地球上的盆地,月海比月球平均水準面低1-2千米,個別最低的海如雨海的東南部甚至比周圍低6000米。月面的返照率(一種量度反XX太陽光本領的物理量)也比較低,因而看起來現得較黑。   月陸和山脈   月面上高出月海的地區稱為月陸,它一般比月海水準面高2-3千米,由於它返照率高,因而看來比較明亮。在月球正面,月陸的面積大致與月海相等。月亮上有許多下陷的坑,有反光作用。

嫦娥一號拍攝的月球三維動畫影像   但在月球背面,月陸的面積要比月海大得多。 從同位素測定知道月陸比月海古老得多,是月球上最古老的地形特徵。 在月球上,除了犬牙交差的眾多環形山外,也存在著一些與地球上相似的山脈。 月球上的山脈常借用地球上的山脈名,如阿爾卑斯山脈,高加索山脈等等,其中最長的山脈為亞平寧山脈,綿延1000千米,但高度不過比月海水準面高三,四千米。 山脈上也有些峻嶺山峰,過去對它們的高度估計偏高。現在認為大多數山峰高度與地球山峰高度相仿,最高的山峰(亦在月球南極附近)也不過9000米和 8000米。   月面上6000米以上的山峰有6個,5000-6000米20個,4000-5000米則有80個,1000米以 上的有200個。   月球上的山脈有一普遍特徵:兩邊的坡度很不對稱,向海的一邊坡度甚大,有時 為斷崖狀,另一側則相當平緩。   除了山脈和山群外,月面上還有四座長達數百千米的峭壁懸崖。其中三座突出在 月海中,這種峭壁也稱「月塹」。   月面輻XX紋   月面上還有一個主要特徵是一些較「年輕」的環形山常帶有美 麗的「輻XX紋」,這是一種以環形山為輻XX點的向四面八方延伸的亮帶,它幾乎以筆直的方向穿過山系、月海和環形山。 輻XX紋長度和亮度不一,最引人注目的是第谷環形山的輻XX紋,最長的一條長1800千米,滿月時尤為壯觀。其次,哥白尼和開普勒兩個環形山也有相當美麗的輻XX紋。據統計,具有輻XX紋的環形山有50個。   形成輻XX紋的原因至今未有定論。實質上,它與環形山的形成理論密切聯繫。現 在許多人都傾向於隕星撞擊說,認為在沒有大氣和引力很小的月球上,隕星撞擊可能使高溫碎塊飛得很遠。而另外一些科學家認為不能排除火山的作用,火山爆發時的噴 XX也有可能形成四處飛散的輻XX形狀。   月谷(月隙)

月球表面很粗糙,布滿了隕石坑與環型山

地球上有著許多著名的裂谷,如東非大裂谷。月面上也有這種 構造----那些看來彎彎曲曲的黑色大裂縫即是月谷,它們有的綿延幾百到上千千米,寬度從幾千米到幾十千米不等。 那些較寬的月谷大多出現在月陸上較平坦的地區,而那些較窄、較小的月谷(有時又稱為月溪)則到處都有。最著名的月谷是在柏拉圖環形山的東南連結雨海和冷海 的阿爾卑斯大月谷,它把月面上的阿爾卑斯山攔腰截斷,很是壯觀。從太空拍得的照片估計,它長達130千米,寬10-12千米。   月亮本身運動方向是自西向東繞地球公轉的,所以本該是西升東落。但是,由於地球的自轉方向也是自西向東,所以給我們造成的實際視覺效果就成了月球的東升西落了。

物質介紹

  表面溫度(t) -233~123℃ (平均-23℃)   大氣壓 1.3×10-10 千帕

月亮變化

月 球約一個農曆月繞地球運行一周,而每小時相對背景星空移動半度,即與月面的視直徑相若。與其他衛星不同,月球的軌道平面較接近黃道面,而不是在地球的赤道面附近。   相對於背景星空,月球圍繞地球運行(月球公轉)一周所需時間稱為一個恆星月;而新月與下一個新月(或兩個相同月相之間)所需的時間稱為一個朔望月。朔望月較恆星月長是因為地球在月球運行期間,本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。   月球的軌道平面(白道面)與黃道面(地球的公轉軌道平面)保持著5.145 396°的夾角,而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完美球形,而是在赤道較為隆起,因此白道面在不斷進動(即與黃道的交點在順時針轉動),每6793.5天(18.5966年)完成一周。期間,白道面相對於地球赤道面(地球赤道面以23.45°傾斜于黃道面)的夾角會由 28.60°(即23.45°+ 5.15°) 至18.30°(即23.45°- 5.15°)之間變化。同樣地,月球自轉軸與白道面的夾角亦會介乎6.69°(即5.15° + 1.54°)及3.60°(即5.15° - 1.54°)。月球軌道這些變化又會反過來影響地球自轉軸的傾角,使它出現±0.002 56°的擺動,稱為章動。   白道面與黃道面的兩個交點稱為月交點--其中升交點(北點)指月球通過該點往黃道面以北;降交點(南點)則指月球通過該點往黃道以南。當新月剛好在月交點上時,便會發生日食;而當滿月剛好在月交點上時,便會發生月食。   地球在背著太陽的方向會出現一條陰影,稱為地影。地影分為本影和半影兩部分。本影是指沒有受到太陽光直XX的地方,而半影則只受到部分太陽直XX的光線。月球在環繞地球運行過程中有時會XX地影,這就產生月食現象。當月球整個都XX本影時,就會發生月全食;但如果只是一部分XX本影時,則只會發生月偏食。在月全食時,月球並不是完全看不見的,這是由於太陽光在通過地球的稀薄大氣層時受到折XXXX本影,投XX到月面上,直到月面呈紅銅色。

基本特徵

漸離地球

  月球以每年三厘米的速度遠離地球,十億年前,它和地球的距離只有現在的一半長。月球目前距離地球大約60倍地球半徑。但是,由於在地球和月球之間的潮汐力的影響,月球正以每年約3厘米的速度慢離地球遠去。另一方面,地球的自轉速度也逐漸變慢. 也就是說,以前月球比現在更靠近地球,而地球的自轉速度比現在更快。

月亮全景(6張)   證據就在科學家發現的「二枚貝」化石上。二枚貝的成長速度會隨著潮汐的漲落而變化,一邊成長一邊形成樹木年輪一樣的條紋,條紋數量和寬度依潮汐的大小而異。根據這些條文數量和寬度,科學家發現,大約5億年前,地球一天只有21小時,1年有410天。

月球構造

  據猜想,月球可能是空心的。月球是冰行星,可能在與地球擦過時被地球吸引,有了軌道。在探測月球時,發現,在被地球吸引時,表面開裂,水傾斜而出,導致地球的「諾亞洪水」,後來月核填補了此開裂,月球從此無核。再有,月球的平均密度比地球小,說明月球內部有大量空氣存在。但這一理論有待深入考察。

運動月相

  月相定義   隨著月亮每天在星空中自西向東移動一大段距離,它的形狀也在不斷地變化著,這就是月亮位相變化,叫做月相。月相是天文學中對於地球上看到的月球被太陽照明部分的稱呼。

月相變化

[1]月相成因   因月球靠反XX陽光發亮,它與太陽相對位置不同(黃經差),便會呈現出各種形狀。如圖所示,在位置a,日月黃經差為0°,即稱朔或新月,這時月球以黑暗面朝向地球,且與太陽幾乎同時出沒,故地面上無法見到;c時黃經差90°稱上弦,半月形出現在上半夜的西邊夜空中;e時黃經差180°,即是望或稱滿月,一輪明月整夜可見;g為下弦,黃經差270°,這時的半月只在下半夜出現于東半天空中。朔望盈虧的周期稱朔望月,長約29.53059日。   月球的運動   月球繞地球旋轉叫月球的公轉。月球的運動是自西向東的,它的軌道同所有天體的軌道一樣也是橢圓狀的,距地球最近的一點叫近地點,而離地球最遠的那一點叫遠地點。月亮向西運動的證據是它每次西沉的時刻平均要推遲49分鐘,若相對恆星來說,它的運動周期約27.3天,即在此時間內,它在空間運轉360°;   但與此同時地球也一直不停地繞日運轉,因此月亮要完成它的一個相位周期,即從 新月開始經滿月又回到新月就應再增2天多,共計約29.53天。   因此月亮的恆星運動周期約27.3天,叫恆星月;而相對日地聯線的運動周期約29.53天,叫朔望月;朔望月便是月份的依據。   月相更替    月球的表面是由岩石和塵土構成的,它和地球一樣自己不會發光,因此我們看到的月亮相位是月亮反XX陽光的部分,自新月開始,相位在一個太陰月內的變化次序是:新月、上弦、望、下弦。在太陰月內,自新月算起的時間長度叫月令,如望的月令為14天等。在新月的前後從地球看到的月亮日照面呈娥眉狀,上弦時可見到半幅月輪,而望的前後,月亮的日照部分呈凸圓狀,上弦月與下弦月不同,因為上弦時從地球上看到的是其月輪的西半幅,而下弦時見到的則是它的東半幅。

月球軌道

  月球相對於固定的恆星以27.32天的周期完整的繞行軌道一周(它的恆星周期)。然而,因 為地球間同時間也繞著太陽轉,它對地球呈現相同相位的時間就會較長,大約是29.53天(它的會合周期)。于其他行星大多數的衛星不同,月球的軌道比較接近黃道平面,而不是地球的赤道平面。月球的軌道受到太陽和地球許多小、複雜並且相互影響而難解的攝動,例如月球軌道平面的漸進轉動,這影響到月球其它的運動狀態。卡西尼定律以數學敘述出後續的影響。

月亮繞地球公轉軌道

其中主要的軌道變化有:偏心率變化、軌道傾角變化、拱線運動、交點西退、中心差。

軌道變化

  月球軌道偏心率變化在1/15到1/23的範圍內,偏心率的平均值為0.0549,接近1/18。   嚴格來說,地球與月球圍繞共同質心運轉,共同質心距地心4,671千米(即地球半徑的2/3處)。由於共同質心在地球表面以下,地球圍繞共同質心的運動好像是在「晃動」一般。從地球北極上空觀看,地球和月球均以逆時針方向自轉;而且月球也是以逆時針繞地運行;甚至地球也是以逆時針繞日公轉的。   很多人不明白為什麼月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值會有這麼大的變化。其實,軌道傾角是相對於中心天體(即地球)而言的,而自轉軸傾角則相對於衛星(即月球)本身的軌道面。這個定義習慣很適合一般情況(例如人造衛星的軌道)而且數值是相當固定的,但月球卻非如此。

拱線運動

  月球圍繞地球的橢圓軌道,在它自己的平面上也不是固定的,其橢圓的拱線(近地點和遠地點的連線)沿月球公轉方向向前移動,每8.85年移動一周。中國早在東漢,賈逵就提出月球視運動的最疾點每九年運動一周,這實際上正是拱線運動的結果。

傾角變化

  月球軌道(白道)對地球軌道(黃道)的交角(黃白交角)變化在4°57~5°19之間,平均值為5°09。   月球的軌道平面(白道面)與黃道面(地球的公轉軌道平面)保持著5.145 396°的夾角,而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完美球形,而是在赤道較為隆起,因此白道面在不斷進動(即與黃道的交點在順時針轉動),每6793.5天(18.5966年)完成一周。期間,白道面相對於地球赤道面(地球赤道面以23.45°傾斜于黃道面)的夾角會由28.60°(即23.45°+ 5.15°)至18.30°(即23.45°- 5.15°)之間變化。同樣地,月球自轉軸與白道面的夾角亦會介乎6.69°(即5.15° + 1.54°)及3.60°(即5.15° - 1.54°)。月球軌道這些變化又會反過來影響地球自轉軸的傾角,使它出現±0.002 56°的擺動,稱為章動。

交點西退

  白道與黃道的交線,其空間位置並不固定,而是不斷地向西運動,每18.6年運行一周。這一現象早在東漢末年就為劉洪發現,並用於月食預報計算中。

中心差

  由於月球軌道是橢圓而不是圓形,月球公轉速度並不均勻。月球運動同均勻的圓周運動比較,時而超前,時而落後,其半振幅為6°.29,周期為27.55455日。

幾何天秤動

  由於月球軌道為橢圓形,當月球處於近地點時,它的自轉速度便追不上公轉速度,因此我們可見月面東部達東經98度的地區,相反,當月處於遠日點時,自轉速度比公轉速度快,因此我們可見月面西部達西經98度的地區。這種現象稱為經天秤動。又由於月球的自轉軸傾斜于公轉軌道平面(白道面),而白道與黃道又有約5度的交角,因此月球繞地球公轉一周時,極區會作約7度的晃動,這種現象稱為緯天秤動。再者,由於月球距離地球只有60地球半徑之遙,若觀測者從月出觀測至月落,觀測點便有了一個地球直徑的位移,可多見月面經度1度的地區。這種現象稱為周日天秤動。   如同絕大多數天體運行,月球軌道遠離的現象會到目前軌道的大約1.4倍為止,然後再慢慢繞回來。

相對大小

  月球相對於地球的大小是最大的:直徑是四分之一,質量是1/81。就衛星與行星的相對大小比例來說,它是太陽系最大的衛星 (雖然凱倫與矮行星冥王星相對來說更大) 。   然而,地球和月球仍然被認為是一種行星-衛星系統,而不是雙行星系統,因為它們的質心,一般所謂的質量中心,位於地球表面之下1,700公里 (大約是地球半徑的四分之一)。

觀月錯覺

  月球有著異常低的反照率,它的數值與煤炭相當。儘管如此,它仍是天空中繼太陽之後第二亮的天體。這一部分是因為對沖效應的增強效果;在弦月時,月球只有十分之一的亮度,而不是滿月一半的亮度。 此外,在視覺系統的顏色恆常性重新校準天體的顏色和周圍環境的關係,因為周圍的天空是比較黑暗的,被太陽照XX的月球會覺得是比較明亮的天體。滿月的邊緣感覺上會比中心明亮,並沒有周邊昏暗的效應,這是月球土壤的反XX特性,它反XX向太陽方向的光多於其它的方向。月亮出現在靠近地平線時會顯得比較大,但這純粹是一種心理上的影響,也就是所謂的月球錯覺,最早的敘述出現在公元前7世紀 。

2008年9月14日觀測到的月亮

月球在天空中最高的高度變化:雖然它有與太陽相同的限制,在一年當中它會隨著季節與月相變化,滿月在冬天到達最高的位置。18.6年的焦點周期也有些影響:當月球的升交點在春分點,月球每個月的的緯度可以到達28°。這意味著月球會出現在赤道到緯度28°之間的天頂,反過來 (降交點在春分點) 則只有18°。月球的新月方向也取決於觀測者的緯度:接近赤道的觀測者,可以看見微笑狀的新月。   月球的表面是否會隨著時間改變,在歷史上仍有爭議。今天,許多這些主張被認為是虛幻的,是在不同光線條件下觀察的結果,不良的視寧度,或不當的繪圖。但是,偶爾會出現出氣現象,還有小部份的報告可以歸因於瞬變月面現象。最近,有人認為月球上一個3公里直徑的區域在一百萬年前被釋放出的氣體改變。月球的外觀,像太陽一樣,也會受到地球大氣層的影響:常見的是當月光通過高空的卷層雲時,會受到冰晶的折XX形成22°的暈環,通過薄雲也會有相似的冕環。

潮汐效應

  地球上的潮汐主要是來自月球牽引地球兩側引力強度的漸進變化,潮汐力,造成的。這在地球上造成兩處隆起,最清楚的是海潮,海平面的升高。由於地球自轉的速度大約是月球環繞地球速度的27倍,因此這個隆起在地球表面上被拖曳的速度比月球的移動還快,大約一天繞著地球的轉軸旋轉一圈。海潮會受到一些影響而增強:水經過海底時的摩擦力與地球自轉的耦合,水移動時的慣性,接近陸地的平坦海灘,和不同海洋盆地之間的振蕩。太陽的引力對地球海潮的影響大約是月球的一半,它們相互的引力影響造成了大潮和小潮。

月亮與潮汐變化

月球和靠近月球一側隆起的重力耦合對地球的自轉產生了一個扭矩,從地球的自轉中消耗了角動量和轉動的動能。反過來,角動量被添加到月球軌道,使月球加速,使得月球升到更高的軌道和有更長的軌道周期。結果是,月球和地球的距離增加,和地球的自轉減緩。通過阿波邏任務安裝在月球表面上的月球測距儀,測量月球到地球的距離,發現地月距離每年增加38毫米(雖然每年只是月球軌道半徑的0.1 ppb)。原子鐘也顯示地球的自轉的一天,每年約減緩15微秒,在UTC的緩慢增加被閏秒加以調整。 潮汐拖曳會繼續進行,直到地球的自轉速度減緩到與月球的軌道周期吻合;然而,在這之前,太陽已經成為紅巨星,吞噬掉地球。

相關探索

月球研究初期

  在天文學發展的早期天文學家已經對月球周期有深刻的理解:如大約在西元前5世紀,巴比倫天文學家已經知道月食有大約18年的沙羅周期,印度天文學家已經對月球每個月的距角進行描述,中國天文學家石申(fl. 4th century BC)確定了一套預測日食月食的公式。之後,月球的天然形狀和月光的成因也被了解,古希臘哲學家阿那克薩哥拉(d. 428 BC)推斷太陽和月球都是巨大的岩石球體,而且後者通過反XX前者的光來發光。雖然中國在漢朝時認為月球等同於「氣」,他們的「輻XX影響」理論還認識了月球的光只是反XX自太陽,並且京房(前77年—前37年)注意到月球是球體。在西元499年,印度天文學家Aryabhata在他的Aryabhatiya記錄了月球的耀眼光芒是反XX陽光的緣故。天文學家兼物理學家海什木(965–1039) 發現月球不是像鏡子那樣反XX陽光,而是從月球表面的每一個地方向所有的方向發XX出去。中國宋朝的沈括(1031–1095) 創造一個被塗上白色粉末的銀球反XX陽光,來解釋月相的變化,而當從側面看時就能呈現眉月的月相。亞里士多德的(384–322 BC) 宇宙的描述,月亮標示出可變元素 (土、水、風和火) 的球和不朽的恆星 (乙太)之間的邊界,一個有影響力的哲學主導的世紀。然而,在西元前2nd世紀,塞琉兩亞的西流基的理論正確的認為潮汐是月球引力引起的,因為朝汐的最高點都與月球相對於太陽的位置相對應。在同一個世紀,阿里斯塔克斯計算月球的大小和距離大小和距離,獲得地月的距離是地球半徑的20倍,這些數值再被托勒密(西元90–168年)改善:他的數值是平均距離是地球半徑的58倍,直徑是地球的0.29;很接近現在的值,非常接近現在個別的值60和0.273。阿基米德(287–212 BC) 發明了可計算當時已知行星和月球運動的天象儀。

人類在月球工作(10張)   在中世紀望遠鏡發明之前,已經有越來越多人認識到月球是一個球體,但許多人卻認為它的表面是非常平滑的。在1609年,伽利略在他的書Sidereus Nuncius使用第一伸縮望遠鏡描繪的月球,並且注意到他並不是光滑的,而有著環形山和山。望遠鏡描繪出如下的月球:在17世紀後期, Giovanni Battista Riccioli和Francesco Maria Grimaldi的努力,導致現今在使用的月球命名系統。Wilhelm Beer和Johann Heinrich Mädler在1834-6年間發展出更精確的Mappa Selenographica,並且在1837年出版相關的書Der Mond,第一次用三角法準確的研究月球特徵,包括一千多座山的高度、並引導對月球研究的精確度可能如同地球的地理。月球環形山,伽利略最先注意到的,一值被認為是火山,直到1870年代,Richard Proctor才建議是由撞擊形成的。這種觀點在1892年獲得地質學家Grove Karl Gilbert的實驗支持,和來自1920年至1940年的比較研究,引導月球地層學的發展,並且在1950年代成為天體地質學的一個新和不斷進展的分支。

初探月球奧秘

  月球是離地球最近一個天體,相距有38.4萬千米。天文學家早已用望遠鏡詳細地觀察了月球,對月球地形幾乎是了如指掌。月球上有山脈和平原,有累累坑穴和縱橫溝壑,但沒有空氣,晝夜之間溫差懸殊,一片死寂和荒涼。儘管巨型望遠鏡能分辨出月球上50米左右的目標,但仍不如實地考察那樣清楚。因此,人類派出使者最先探訪的地外天體仍選擇了月球。

人類探月圖記

美國最早於1958年8月18日發XX月球探測器,但由於第一級火箭升空爆炸,半途夭折了。隨後又相繼發XX3個先鋒號探測器,均告失敗。1959年1月2日,前蘇聯發XX月球1號探測器,途中飛行順利,1月4日從距月球表面7500千米的地方通過,遺憾的是未能命中月球。這個探測器重361.3千克,上面裝有當時最先進的通信、探測設備。它在9個月后成為第一顆人造行星飛往太空深處。月球1號發XX兩個月后的3月3日,美國發XX的先鋒4號探測器,從距月面60000千米的地方飛過,也未擊中月球。

月球號探測器

  從1958年至1976年,前蘇聯發XX24個月球號探測器,其中18個完成探測月球的任務。1959年9月12日發XX的月球2號,兩天後飛抵月球,在月球表面的澄海硬著陸,成為到達月球的第一位使者,首次實現了從地球到另一個天體的飛行。它載的科學儀器艙內的無線電通信裝置,在撞擊月球后便停止了工作。同年10月4日月球3號探測器飛往月球,3天後環繞到月球背面,拍攝了第一張月球背面的照片,讓人們首次看全了月球的面貌。世界上率先在月球軟著陸的探測器,是1966年1月31日發XX的月球9號。它經過79小時的長途飛行之後,在月球的風暴洋附近著陸,用攝像機拍攝了月面照片。這個探測器重1583千克,在到達距月面75千米時,重100千克的著陸艙與探測器本體分離,靠裝在外面的自動XX氣球緩慢著陸成功。

月球號探測器

1970年9月12日發XX的月球16號,9月20日在月面豐富海軟著陸,第一次使用了鑽頭採集了120克月岩樣口 ,裝入回收艙的密封容器里,于24日帶回地球。1970年11月10日,月球17號載著世界上第一輛自動月球車上天。17日在月面雨海著陸后,月球車1號下到月面進行了10個半月的科學考察。這輛月球車重756千克,長2.2米,寬1.6米,裝有電視攝像機和核能源裝置。它在月球上行程10540米,考察了8千平方米月面地域,拍攝了200幅月球全景照片和20000多張月面照片,直到1971年10月4日核能耗盡才停止工作。1973年1月8日發XX月球 21號,把月球車2號送上月面考察取得更多成果。最後一個月球24號探測器于1976年8月9日發XX,8月18日在月面危海軟著陸,鑽采並帶回170克月岩樣品。至此,前蘇聯對月球的無人探測宣告完成,人們對月球的認識更加豐富和完整了。

勘測者探測器

  美國繼前蘇聯之後,先後發XX了9個徘徊者號和7個勘測者號月球探測器。徘徊者探測器樣子像個大蜻蜓,長3米,兩翼太陽能電池板展開4.75米。探測儀器裝在前部,電視攝像機放在尾部。勘測者探測器有3只腳,總重達1噸,裝有當時最先進的探測設備。最初5個徘徊者探測器均無建樹,直到1964年 1月30日發XX的徘徊者6號才在月面靜海地區著陸。但由於電視攝像機出現故障,沒有能夠拍回照片。同年7月28日徘徊者7號發XX成功,在月面雲海著陸,拍攝到4308張月面特寫照片。隨後1965年2月17日發XX的徘徊者8號和3月24日發XX的徘徊者9號,都在月球上著陸成功,並分別拍回7137張和 5814張月面近景照片。1966年5月30日發XX勘測者1號新型探測器,經過64小時的飛行,在月面風暴洋軟著陸,向地面發回11150張月面照片。到1968年1月1日發XX的7個勘測者探測器中,有2個失敗,5個成功。

勘測者探測器

後來,美國又發XX了5個月球軌道環行器,為阿波羅載人登月選擇著陸地點提供探測數據。經過這一系列的無人探測之後,月球的廬山真面目顯露出來了。   自1969年7月16日美國「阿波羅11號」 飛船首次實現載人登月以來(有傳言說阿波羅號並無登月,具體有待證明)。根據對月球的多次實地勘探和對從月球帶回的岩石、土壤進行分析研究的結果,人類對月球的面貌已有了較多的了解。科學家認為,月球上的岩石比地球上的還要古老,月球和地球幾乎是由同樣的化學元素構成的,只是組成的成分有所不同。例如,月岩所含的鈣和鋁比地球上的岩石,其含量要高,月球沒有磁場,其外殼比較穩定,近30億年以來幾乎沒什麼變化。儘管天文學家早就認為,月球體態嬌小,引力柔弱(為地球的1/6),根本不具備縛住大氣的能力,在向陽面的高溫下,任何氣體分子都會輕而易舉地達到脫離速度而逃之夭夭。但對月球的實測表明,月球表面並不是沒有任何大氣的不速之國,只是大氣層太稀薄,表面大氣壓僅為2X10「巴,而且大氣成份比較複雜,隨時空多變,通常在黑夜時的大氣成份主要由40% 的氬、40%的氖和20%的氦組成,到日出時還會加入極少量的甲烷和氨等,有些地區的大氣中還會發現極微量的氫、氡、鈉、釙和鉀原子等。美國科學家日前宣稱,月球上有冰存在,這就可能為探索月球奧秘的人們提供飲用水,也可將冰分解為氫和氧,從而為火箭提供燃料

人類登月探索

  第一件到達月球的人造物體是前蘇聯的無人登陸器月球2號,它于1959年9月14日撞向月面。月球3號在同年10月7日拍攝了月球背面的照片。月球9號則是第一艘在月球軟著陸的登陸器,它于1966年2月3日傳回由月面上拍攝的照片。另外,月球10號于1966年3月31日成功入軌,成為月球第一顆人造衛星。   在冷戰期間,美利堅合眾國和前蘇聯一直希望在太空科技領先對方。這場太空競賽在1969年7月20日第一名人類登陸月球時XXXX。美利堅合眾國阿波羅11號的指令長尼爾·阿姆斯特朗是踏足月球的第一人,而尤金·塞爾南則是最後一個站立在月球上的人,他是1972年12月阿波羅17號任務的成員。   阿波羅11號的太空人留下了一塊9英寸乘7英寸的不鏽鋼牌匾在月球表面,以紀念這次登陸及為有可能發現它的其他生物提供一些資料。牌匾上繪有地球的兩面,並有三名太空人及當時美利堅合眾國總統傑克遜的簽署。

阿波羅登陸月球   6次的太陽神任務及3次無人月球號任務(月球16、20、24號)把月球上的岩石及土壤樣本帶回地球。   在2004年2月,美利堅合眾國總統喬治·沃克·布希提出於2020年前派人重新登月。歐洲航天局及中華人民共和國亦有計劃發XX探測器前往月球。歐洲的Smart 1探測器于2003年9月27日升空,並於2004年11月15日XX繞月軌道。它將會勘察月球環境及製作月面XXX線地圖。   中華人民共和國亦積極開展探月計劃,並尋求開採月球資源的可行性,尤其是氦同位素氦-3這種有望成為未來地球能源的元素。中國已於2007年10月24日發XX第一顆月球人造衛星。「嫦娥一號」 在2009年3月1日嫦娥一號成功撞向月面,完整的結束了它的使命。「嫦娥二號」也于2010年10月1日晚成功發XX。中國將計劃于2012年以前發XX 「嫦娥三號」並把無人駕駛月面車發XX到月球;2015年以前通過這一軌道飛行器在登月中進行採樣工作,並以執行最初的登月計劃。中國「奔月」工程的機器人探索方面將扮演主要角色,有可能第一步就是機器人登月。中國的載人登月三部曲為「一探」,「二登」,「三駐」。   日本及印度亦不甘人後。日本已初步訂出未來探月的任務。日本的宇宙航空研究開發機構甚至已著手計劃的有人的月球基地。日本已成功發XX「月亮女神」號探測器,「月亮女神」

人類首次登月

  XX的是近月點約100公里、遠月點約11,700公里的橢圓形極地軌道度。日本計劃于2025年開建月球基地。   印度已成功發XX無人繞月探測器「月船一號」。但最近印度當局與「月船一號」的聯繫全部中斷,"月船一號"在此之前已經完成了絕大部分的任務。印度當局決定於2013年再探月。印度當局表示,印度將繼續為2013年的第二次月球探測計劃「月船二號」和2015年的載人航天計劃做準備,並將於2015年後啟動火星無人探測計劃。   2010年,高溫月球上竟出現了一塊冰,這為人類在月球建立家園的夢想注輸了新動力。

誕生之謎

分裂說

  這是最早解釋月球起源的一種假設。早在1898年,著名生物學家達爾文的兒子喬治·達爾文就在《太陽系中的潮汐和類似效應》一文中指出,月球本來是地球的一部分,後來由於地球轉速太快,把地球上一部分物質拋了出去,這些物質脫離地球后形成了月球,而遺留在地球上的大坑,就是現在的太平洋。這一觀點很快就收到了一些人的反對。他們認為,以地球的自轉速度是無法將那樣大的一塊東西拋出去的。再說,如果月球是地球拋出去的,那麼二者的物質成分就應該是一致的。可是通過對「阿波羅12號」飛船從月球上帶回來的岩石樣本進行化驗分析,發現二者相差非常遠。

俘獲說

  這種假設認為,月球本來只是太陽系中的一顆小行星,有一次,因為運行到地球附近,被地球的引力所俘獲,從此再也沒有離開過地球。還有一種接近俘獲說的觀點認為,地球不斷把XX自己軌道的物質吸積到一起,久而久之,吸積的東西越來越多,最終形成了月球。但也有人指出,向月球這樣大的星球,地球恐怕沒有那麼大的力量能將它俘獲。

月球

  俘獲月球的四種力      月球XX地球引力圈后,受到很多力的作用才留在衛星軌道上繞行。俘獲月球主要有四種力,即地球引力、太陽引力、潮汐力和原始大氣的阻力。   一般來說,飛進地球引力圈的小天體,包括月球在內受到最大的力就是地球引力。然而,僅有地球引力,俘獲后的小天體軌道未呈橢圓形。地球引力加上太陽引力之後,使小天體軌道有了改變。在地球和太陽引力作用下,XX地球引力圈內的小天體的軌道也不完全是橢圓形的,而且飛行若干周之後必然脫離引力圈跑掉,不可能留在衛星軌道上。 但是,月球並未脫離地球引力圈跑掉,這是由於原始大氣的阻力在起作用。地球引力圈內的原始大氣阻力對飛來的月球起了急劇的制動作用,使月球失去一部分能量,軌道半徑變小,便跑不掉了。   如此說來,月球因受大氣阻力作用軌道半徑越來越小,豈不是早晚也得掉到地球上來,與地球相撞嗎?不必擔心,當月球飛進地球引力圈時,原始大氣已開始逐漸飄散,月球所受的大氣阻力越來越小,原始大氣消失后,月球所受阻力也隨之消失,因而軌道半徑沒有變小,也沒有與地球相撞。   大氣阻力消失后,還有潮汐力在起作用。在潮汐力作用下,月球公轉速度加快,離心作用強化,軌道反而向外推移。通過觀測得知,目前月球軌道半徑事實上每年大約增加3厘米。   在上述四種力的作用下,使月球在被俘后既未掉到地球上來,也沒跑到引力圈外去,始終在衛星軌道上運行,與地球長期相伴。   月球來自哪裡?這是一個人們在不斷探求的問題,近年來,隨著行星演化理論的飛躍發展以及現代電腦技術的廣泛應用,又出現了一種月球起源的新學說,叫做新俘獲說。但在這之前,還有外星人一說。   經過一些科學家的調查,發現月球中心是空的,也就是說,月球有可能是外星人建造、駕駛的聚集地或飛船。

同源

  這一假設認為,地球和月球都是太陽系中浮動的星雲,經過旋轉和吸積,同時形成星體。在吸積過程中,地球比月球相應要快一點,成為「哥哥」。這一假設也受到了客觀存在的挑戰。通過對「阿波羅12號」飛船從月球上帶回來的岩石樣本進行化驗分析,人們發現月球要比地球古老得多。有人認為,月球年齡至少應在70億年左右,而地球的年齡只有46億年。

碰撞

  該理論認為,約45億年前,一個比火星更大的行星,名叫塞亞,以每小時4000公里的飛行速度猛然撞擊早期的地球,力度如此之大,以致這個行星的鐵質核一直撞到了我們地球的中心。碰撞結果是產生巨大爆炸,伴隨有6000℃以上的高溫。地球在爆炸的衝擊下變了形,這個採取「自殺行為」的巨大天體的大部分與地球融合,只有一部分作為熾熱的蒸汽與其他碎片一道洶湧地噴XX入外層空間,後來這些蒸汽冷卻下來並凝固成塵埃,塵埃與其他碎片混雜在一起形成了一個核,這個核後來凝聚成團,我們的鄰居--灰色的月球從此誕生了。   原始行星與地球相撞形成了月球   8月16日的《自然》雜誌上公布了科學家用電腦模擬月球形成過程的成果。據他們的模型,月球是在46億年前太陽誕生后不到1億年時,由一個火星大小的物體撞擊地球產生的。   這個模型的研究者卡那珀描述了這一驚心動魄的過程:一個黑暗的比地球大不到一倍半的原始行星在運行中和地球相遇,從側面給了地球一擊,使地球繞自己的軸旋轉起來,撞擊的衝擊力從地球的外層和這個無名撞擊物上撕下了部分物質,其中大約一半最後形成了月球。另一些被撕下來的物質被加熱到不可想象的程度,蒸發后膨脹。

月球說

  這是近年來關於月球成因的新假設。1986年3月20日,在休士頓約翰遜空間中心召開的月亮和行星討論會上,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的本茲、斯萊特里和哈佛大學史密斯天體物理中心的卡梅倫共同提出了大碰撞假設。這一假設認為,太陽系演化早期,在星際空間曾形成大量的「星子」,星子通過互相碰撞、吸積而長大。星子合併形成一個原始地球,同時也形成了一個相當於地球質量0.14倍的天體。這兩個天體在各自演化過程中,分別形成了以鐵為主的金屬核和由硅酸鹽構成的幔和殼。由於這兩個天體相距不遠,因此相遇的機會就很大。一次偶然的機會,那個小的天體以每秒5千米左右的速度撞向地球。劇烈的碰撞不僅改變了地球的運動狀態,使地軸傾斜,而且還使那個小的天體被撞擊XX,硅酸鹽殼和幔受熱蒸發,膨脹的氣體以及大的速度攜帶大量粉碎了的塵埃飛離地球。這些飛離地球的物質,主要有碰撞體的幔組成,也有少部分地球上的物質,比例大致為0.85:0.15。在撞擊體XX時與幔分離的金屬核,因受膨脹飛離的氣體所阻而減速,大約在4小時內被吸積到地球上。飛離地球的氣體和塵埃,並沒有完全脫離地球的引力控制,他們通過相互吸積而結合起來,形成全部熔融的月球,或者是先形成幾個分離的小月球,在逐漸吸積形成一個部分熔融的大月球。

其他

  到目前為止,幾種假說都沒有取得強有力的證據,因此產生了「月球──宇宙飛船說」。   月球年齡之謎:從月球帶回的岩石標本,可據以測定月球的年齡。經分析發現,與地球上90%年齡最大的岩石相比,月球岩石99%的年齡更長。1973年,世界月球研討會上曾測定一塊月球岩石年齡為53億歲,而地球上最古老的岩石是37億歲。有些科學家提出,在地球形成之前,月球早已在星際空間形成了。 這個理論後來被認為是錯誤的,因為地球岩石必然經歷了風化作用和板塊運動以及造山運動導致了過於古老的岩石難以保存,另一方面地球的體積比月球大的多,形成期冷卻速度也要慢的多,早期岩石的形成自然也要晚的多。   另外,還有月球環形山形成之謎、月球土壤的年歲比岩石年歲更大之謎、月球受撞擊發出巨響之謎、月球上不銹鐵之謎、乾燥的月球上大量水氣之謎,另外還有月球是不是外星人基地一說,以及月球上發現英文字母,美國二戰飛機和疑似月球內部入口洞穴等謎團。

歷史記載

  月球的通稱。通常指其明亮的部分,故稱。語出 唐 李益《奉酬崔員外副使攜琴宿使院見示》詩:「庭木已衰空月亮,城砧自急對霜繁。」 清 李光庭《鄉言解頤·月》:「月者,太陰之精。然舉世鄉言無謂太陰者,通謂之月亮。   唐 李益 詩「……以『繁』對『亮』,言其光也。相習不察,遂若成月之名矣。或曰月兒。」《官場現形記》第十二回:「不如等到下半夜月亮上來,潮水來的時候。」 胡云翼 《西泠橋畔·愛神落在誰的發上》:「回想三年前訂交此地,恍如昨日;昔時的月亮,又照著我們飄泊東流了。」

日食月食

  當地球、太陽和月球在一條直線上時,才會出現食。日食發生在朔(有別于新月),當月球介於地球和太陽中間。對照過來,月食發生在滿月,當地球介於太陽和月球中間。從地球看月球的角視直徑和太陽的角視直徑變化的範圍是重疊的,因此日食時會有日全食和日環食的可能性。在日全食,月球會將太陽的盤面完全遮蔽掉,因此以肉眼

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