月亮是什么?

月球是地球上唯一的天然卫星,轨道半径38.44万公里。直径3476公里;质量是7.35x1022。

月亮从史前时代就已为人所知,它在天空中的亮度仅次于太阳。在月球绕地球运行的过程中,由于其与太阳和地球的方位变化,月相盈亏发生变化。两次新月(新月)之间的周期为29.5天(709小时),略长于月球27.32天的实际公转周期。这是因为在月球围绕地球旋转的同时,地球也以某些角度围绕太阳旋转。

由于其大小和组成,月球有时被模糊地归类为类似地球的“行星”的一员,以作比较。

最早访问月球的探测船是1959年的前苏联月球2号。月球是人类唯一登陆过的地外天体。人类第一次登月是在1969年7月20日,最后一次是在1972年2月。月球也是唯一有标本带回地球的恒星。在1994年的夏天,小型探测船克莱曼婷号绘制了大部分月球表面的详细地图,月球探勘者号现在正在绕月飞行。

月球和地球之间的引力引起了一些有趣的效应,其中最显著的是潮汐现象。月球的吸引力在地球右侧最强,在地球右侧最弱。因此,整个地球,尤其是海洋部分,并不牢固,而是稍微向月球方向拉起,导致地球上有两个小凸起,一个朝向月球,一个背向月球。这种效应在液态海水中远比在固态地球中明显,所以海面的两次隆起要明显得多,这就是所谓的海水泛滥。由于地球自转比月球公转速度快得多,这两个凸起在一天之内引起全国大约两次涨落潮(涨落潮的准确平均周期为12小时25分)。

但由于地球不是完全液态的,刚性表面会使固体地球的两个小凸起被地球自转“抬”得稍微靠前一点,也就是说这两个小凸起不会正好对着或正对着月球。这意味着月球和地球之间的潮汐力方向与地球中心和月球中心的连线不完全重合,这在月球和地球之间产生了额外的扭矩,导致月地系统的角动量逐渐从地球转移到月球,这使地球的自转速度每世纪减慢约1.5毫秒,而月球的轨道每年增加3.8厘米,离地球越来越远。

上述引力相互作用的不对称性也是月球自转和公转同步的原因:月球的自转与公转周期相同,所以它总是面向地球的同一个方向。就像月球减缓了地球的自转一样,地球在过去也减缓了月球的自转。当然这种效果更强。当月球的自转周期等于其公转周期时,月球上由潮汐力形成的两个凸起将永远停留,因此不再减缓自转。这种由于引潮力而使自转变慢,最终达到自转和公转同步的效果,在太阳系的很多其他卫星中也存在。可以预计,地球的自转速度总有一天会降低到与月球公转同步,然后地球和月球永远在同一侧相对,就像现在的冥王星和火卫一一样。

因为月球的轨道并不完全是圆的,所以在某些时候我们可以在地球上看到它的一点点背面。然而,直到前苏联的月球3号在1959年拍照,人类才第一次得到月球背面的全貌。在此之前,月球背面往往被称为“黑暗面”,以突出其不可见性,就像之前非洲被称为黑暗大陆一样,但月球的这一面只是从地球上看不到,太阳仍然会照在这“黑暗面”上!

月球上没有大气层,但克莱曼婷探测器发现,月球南极附近的洞穴深处可能隐藏着冻结的水冰。现在月球勘探者正在试图证实这一点,月球北极似乎有水冰。如果是这样,未来人类在月球上的探索成本将有望大幅降低。

月球外壳平均厚度约68公里,比地球厚得多。月球外壳的厚度变化很大,从克里西乌姆海的0到月球背面科洛列夫坑北侧的107公里不等。月壳下面是一个月字母和一个非常小的月核(半径约300 km,占月球质量的2%)。与地球字母不同,月球字母是部分熔化的。有趣的是,月球的质心并不在它的地理中心,而是在距离地球2公里左右的地方,而且月球外壳也朝着地球这一侧变薄。

月球表面主要有两种地貌:坑坑洼洼的古老高地和相对平坦年轻的玛利亚。占月球表面16%的月海是由熔岩流铺成的巨大撞击坑。占据大部分月球表面的高地,由陨石撞击产生的尘埃、沙子和岩石碎片组成。月球和海洋只存在于面向地球的那一面,原因不明。

大多数明显的地面坑洞都是以科学史上的名人命名的,如第谷、哥白尼和托勒密。另一方面,有更多的现代术语,如阿波罗、加加林和科洛列夫(后两者以月球3号命名,显然是俄罗斯名字)。此外,月球也有大型环形山,如地面背面的南极-艾特肯环形山,宽2250公里,深12公里,是太阳系最大的撞击坑。位于地面西缘的东方坑,是一个壮观的同心洞。

* * *有阿波罗和月球工程分别带回地球的382kg月球岩石样本,让我们对月球有了最准确的认识,尤其是在测年方面。甚至在几十年后的今天,科学家们仍在研究这些珍贵的标本。月球表面的大部分岩石年龄似乎在46亿至30亿年之间,而恰好表面的岩石年龄很少超过30亿年,从而提供了许多在地球上找不到的太阳系早期历史信息。

以前对阿波罗计划带回的标本的研究未能找到关于月球起源的一致结论。起源理论主要有三种:共吸积说认为月球和地球是由原始太阳星云同时形成的;裂变说月球是从地球分裂出来的;俘获论认为月球形成后被地球引力俘获,以上都不能完美解释月球的起源。然而,最近对月球岩石的最新详细研究指出,很有可能地球与一颗非常大的恒星(至少与火星一样大)相撞,碰撞过程中喷出的物质形成了月球,这就是著名的撞击理论。虽然还有一些问题需要解决,但撞击说是目前最被广泛接受的理论。

目前月球上还没有全球性的磁场,但是月球表面的一些岩石样本有剩磁,这可能说明早期的月球曾经有过磁场。

由于没有大气层和磁场,月球表面直接暴露在太阳风下。在其40多亿年的历史中,许多来自太阳风的氢离子不断渗入月球表面的风化层,因此阿波罗计划带回的风化层样本对太阳风的研究具有重要价值。有一天,月球表面的氢也可能被用作宇宙火箭的燃料。