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月球的來源

月球成因

壹、分裂說。這是最早解釋月球起源的壹種假設。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》壹文中指出,月球本來是地球的壹部分,後來由於地球轉速太快,把地球上壹部分物質拋了出去,這些物質脫離地球後形成了月球,而遺留在地球上的大坑,就是現在的太平洋。這壹觀點很快就收到了壹些人的反對。他們認為,以地球的自轉速度是無法將那樣大的壹塊東西拋出去的。再說,如果月球是地球拋出去的,那麽二者的物質成分就應該是壹致的。可是通過對“阿波羅12號”飛船從月球上帶回來的巖石樣本進行化驗分析,發現二者相差非常遠。

二、俘獲說。這種假設認為,月球本來只是太陽系中的壹顆小行星,有壹次,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。還有壹種接近俘獲說的觀點認為,地球不斷把進入自己軌道的物質吸積到壹起,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。

三、同源說。這壹假設認為,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壹點,成為“哥哥”。這壹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巖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。

四、大碰撞說。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、斯萊特裏和哈佛大學史密斯天體物理中心的卡梅倫***同提出了大碰撞假設。這壹假設認為,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。星子合並形成壹個原始地球,同時也形成了壹個相當於地球質量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矽酸鹽構成的幔和殼。由於這兩個天體相距不遠,因此相遇的機會就很大。壹次偶然的機會,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破裂,矽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。在撞擊體破裂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,在逐漸吸積形成壹個部分熔融的大月球。

月球俗稱月亮,也稱太陰。月球就是最明顯的天然衛星的例子。在太陽系裏,除水星和金星外,其他行星都是天然衛星。月球的年齡大約也是46億年,它與地球形影相隨,關系密切。月球也有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼平均厚度約為60-65公裏。月殼下面到1000公裏深度是月幔,它占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公裏,是地球的3/11。體積只有地球的1/49,質量約7350億億噸,相當於地球質量的1/81,月面的重力差不多相當於地球重力的1/6。

月球上面有陰暗的部分和明亮的區域。早期的天文學家在觀察月球時,以為發暗的地區都有海水覆蓋,因此把它們稱為“海 ”。著名的有雲海、濕海、靜海等。而明亮的部分是山脈,那裏層巒疊嶂,山脈縱橫,到處都是星羅棋布的環形山。位於南極附近的貝利環形山直徑295公裏,可以把整個海南島裝進去。最深的山是牛頓環形山,深達8788米。除了環形山,月面上也有普通的山脈。高山和深谷疊現,別有壹番風光。

月球的正面永遠向著地球。另外壹面,除了在月面邊沿附近的區域因天秤動而中間可見以外,月球的背面絕大部分不能從地球看見。在沒有探測器的年代,月球的背面壹直是個未知的世界。

月球背面的壹大特色是它幾乎沒有月海這種較暗的月面特征。而當探測器運行至月球背面時,它將無法與地球直接通訊。

月球約壹個農歷月繞地球運行壹周,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)壹周所需時間稱為壹個恒星月;而新月與下壹個新月(或兩個相同月相之間)所需的時間稱為壹個朔望月。朔望月較恒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壹段距離。

因為月球的自轉周期和它的公轉周期是完全壹樣的,我們只能看見月球永遠用同壹面向著地球。自月球形成早期,月球便壹直受到壹個力矩的影響引致自轉速度減慢,這個過程稱為潮汐鎖定。亦因此,部分地球自轉的角動量轉變為月球繞地公轉的角動量,其結果是月球以每年約38毫米的速度遠離地球。同時地球的自轉越來越慢,壹天的長度每年變長15微秒。

月球對地球所施的引力是潮汐現象的起因之壹。月球圍繞地球的軌道為同步軌道,所謂的同步自轉並非嚴格。由於月球軌道為橢圓形,當月球處於近日點時,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。這種現象稱為天秤動。又由於月球軌道傾斜於地球赤道,因此月球在星空中移動時,極區會作約7度的晃動,這種現象稱為天秤動。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,觀測點便有了壹個地球直徑的位移,可多見月面經度1度的地區。這種現象稱為天秤動。

嚴格來說,地球與月球圍繞***同質心運轉,***同質心距地心4700千米(即地球半徑的2/3處)。由於***同質心在地球表面以下,地球圍繞***同質心的運動好像是在“晃動”壹般。從地球北極上空觀看,地球和月球均以迎時針方向自轉;而且月球也是以迎時針繞地運行;甚至地球也是以迎時針繞日公轉的。

很多人不明白為甚麽月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值會有這麽大的變化。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。在這個定義習慣很適合壹般情況(例如人造衛星的軌道)而且是數值相當固定的,但月球卻非如此。

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)完成壹周。期間,白道面相對於地球赤道面(地球赤道面以23.45°傾斜於黃道面)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。

數據資料

平均軌道半徑 384,400千米

軌道偏心率 0.0549

近地點距離 363,300千米

遠地點距離 405,500千米

平均公轉周期 27天7小時43分11.559秒

平均公轉速度 1.023千米/秒

軌道傾角 在28.58°與18.28°之間變化

(與黃道面的交角為5.145°)

升交點赤經 125.08°

近地點輻角 318.15°

默冬章 (repeat phase/day) 19 年

平均月地距離 ~384 400 千米

交點退行周期 18.61 年

近地點運動周期 8.85 年

食年 346.6 天

沙羅周期 (repeat eclipses) 18 年 10/11 天

軌道與黃道的平均傾角 5°9'

月球赤道與黃道的平均傾角 1°32'

赤道直徑 3,476.2 千米

兩極直徑 3,472.0 千米

扁率 0.0012

表面面積 3.976×10^7平方千米

扁率 0.0012

體積 2.199×10^10 立方千米

質量 7.349×10^22 千克

平均密度 水的3.350倍

赤道重力加速度 1.62 m/s2

地球的1/6

逃逸速度 2.38千米/秒

自轉周期 27天7小時43分11.559秒

(同步自轉)

自轉速度 16.655 米/秒(於赤道)

自轉軸傾角 在3.60°與6.69°之間變化

(與黃道的交角為1.5424°)

反照率 0.12

滿月時視星等 -12.74

表面溫度(t) -233~123℃ (平均-23℃)

大氣壓 1.3×10-10 千帕

月球周期

名稱 Value (d) 定義

恒星月 27.321 661 相對於背景恒星

朔望月 29.530 588 相對於太陽(月相)

分點月 27.321 582 相對於春分點

近點月 27.554 550 相對於近地點

交點月 27.212 220 相對於升交點

人類探月史

第壹件到達月球的人造物體是前蘇聯的無人登陸器“月球2號”,它於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”則是第壹艘在月球軟著陸的登陸器,它於1966年2月3日傳回由月面上拍攝的照片。另外,“月球10號”於1966年3月31日成功入軌,成為月球第壹顆人造衛星。

在冷戰期間,美利堅合眾國和前蘇聯壹直希望在太空科技領先對方。這場太空競賽在1969年7月20日第壹名人類登陸月球時進入高潮。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壹人,而尤金·塞爾南則是最後壹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”的太空人留下了壹塊9英吋乘7英吋的不銹鋼牌匾在月球表面,以紀念這次登陸及為有可能發現它的其他生物提供壹些資料。

6次的太陽神任務及3次無人月球號任務(月球16、20、24號)把月球上的巖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·布什提出於2020年前派人重新登月。歐洲航天局及中華人民***和國亦有計劃發射探測器前往月球。歐洲的“Smart 1”探測器於2003年9月27日升空,並於2004年11月15日進入繞月軌道。它將會勘察月球環境及制作月面X射線地圖。

中華人民***和國亦積極開展探月計劃,並尋求開采月球資源的可行性,尤其是氦同位素氦-3這種有望成為未來地球能源的元素。有關中華人民***和國探月計劃,見嫦娥工程條目。

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。印度則會先發射無人繞月探測器“Chandrayan”。

神話傳說

在中華人民***和國古代神話中,關於月亮的故事數不勝數。像嫦娥奔月:相傳,遠古時候有壹年,天上出現了十個太陽,直烤得大地冒煙,海水枯幹,老百姓眼看無法再生活去。 這件事驚動了壹個名叫後羿的英雄,他登上昆侖山頂,運足神力,拉開神弓,壹氣射下九個多余的太陽。後羿立下蓋世神功,受到百姓 的尊敬和愛戴,不少誌士慕名前來投師學藝。奸詐刁鉆、心術不正的蓬蒙也混了進來。不久,後羿娶了個美麗善良的 妻子,名叫嫦娥。後羿除傳藝狩獵外,終日和妻子在壹起,人們都羨慕這對郎才女貌的恩愛夫妻。壹天,後羿到昆侖山訪友求道,巧遇由此經過的王母娘娘,便向王母求得壹包不死藥。據說,服下此藥,能即刻升天成仙。然而,後羿舍不得撇下妻子,只好暫時把不死藥交給嫦娥珍藏。嫦娥將藥藏進梳妝臺的百寶匣裏,不料被蓬蒙看到了。三天後,後羿率眾徒外出狩獵,心懷鬼胎的蓬蒙假裝生病,留了下來。待後羿率眾人走後不久,蓬蒙手持寶劍闖入內宅後院,威逼嫦娥交出不死藥。嫦娥知道自己不是蓬蒙的對手,危急之時她當機立斷,轉身打開百寶匣,拿出不死藥壹口吞了下去。嫦娥吞下藥,身子立時飄離地面、沖出窗口,向天上飛去。由於嫦娥牽掛著丈夫,便飛落到離人間最近的月亮上成了仙。傍晚,後羿回到家,侍女們哭訴了白天發生的事。後羿既驚又怒,抽劍去殺惡徒,蓬蒙早逃走了。氣得後羿捶胸頓足哇哇大叫。悲痛欲絕的後羿,仰望著夜空呼喚愛妻的名字。這時他驚奇地發現,今天的月亮格外皎潔明亮,而且有個晃動的身影酷似嫦娥。後羿急忙派人到嫦娥喜愛的後花園裏,擺上香案,放上她平時最愛吃的蜜食鮮果,遙祭在月宮裏眷戀著自己的嫦娥。百姓們聞知嫦娥奔月成仙的消息後,紛紛在月下擺設香案,向善良的嫦娥祈求吉祥平安。從此,中秋節拜月的風俗在民間傳開了。(這只是“嫦娥奔月”的壹種說法,在民間流傳著許多不同的說法。有壹種說的是後羿射下太陽後,被人民推選為首領,脾氣變得暴躁,不高興就隨便殺人,嫦娥是偷吃了日後要與後羿壹起服用的兩顆仙丹而成仙的。但流傳的最廣泛的還是上述的壹種,因為人們向往這種結局。)

吳剛折桂

關於中秋節還有壹個傳說:相傳月亮上的廣寒宮前的桂樹生長繁茂,有五百多丈高,下邊有壹個人常在砍伐它,但是每次砍下去之後,被砍的地方又立即合攏了。幾千年來,就這樣隨砍隨合,這棵桂樹永遠也不能被砍光。據說這個砍樹的人名叫吳剛,是漢朝西河人,曾跟隨仙人修道,到了天界,但是他犯了錯誤,仙人就把他貶謫到月宮,**做這種徒勞無功的苦差使,以示懲處。李白詩中有“欲斫月中桂,持為寒者薪”的記載。

朱元璋與月餅起義

中秋節吃月餅相傳始於元代。當時,中原廣大人民不堪忍受元朝統治階級的殘酷統治,紛紛起義抗元。朱元璋聯合各路反抗力量準備起義。但朝庭官兵搜查的十分嚴密,傳遞消息十分困難。軍師劉伯溫便想出壹計策,命令屬下把藏有“八月十五夜起義”的紙條藏入餅子裏面,再派人分頭傳送到各地起義軍中,通知他們在八月十五*晚上起義響應。到了起義的那天,各路義軍壹齊響應,起義軍如星火燎原。

很快,徐達就攻下元大都,起義成功了。消息傳來,朱元璋高興得連忙傳下口諭,在即將來臨的中秋節,讓全體將士與民同樂,並將當年起兵時以秘密傳遞信息的“月餅”,作為節令糕點賞賜群臣。此後,“月餅”制作越發精細,品種更多,大者如圓盤,成為饋贈的佳品。以後中秋節吃月餅的習俗便在民間傳開了。

在古希臘神話中,月亮女神的名字叫阿爾忒彌斯,她是太陽神阿波羅的孿生妹妹,同時她也是狩獵女神。月球的天文符號好像彎彎的月牙兒,象征著阿爾忒彌斯的神弓。

月球運動

月球是地球唯壹的天然衛星,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3800萬千米,還不如我們亞洲的面積大。月球的質量約7350億億噸,相當於地球質量的1/81,月面重力則差不多相當於地球重力的1/6。

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。

周期173日。

月球的自轉

月球在繞地球公轉的同時進行自轉,周期27.32166日,正好是壹個恒星月,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。壹般認為是行星對衛星長期潮汐作用的結果。天平動是壹個很奇妙的現象,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。