第 三 章 我们的小朋友——月球

自古以来，月亮就是无数神话和诗歌描写的对象，人们对我们这个小朋友寄托了无限的想象。但是，对月球真正细致的了解，还只是近半个世纪的事情。也许有一天，人类真的能够移居月球。
 
月球——我们的好伙伴
月球是我们地球不折不扣的小弟弟，它是被人们研究得最彻底的天体。人类至今第二个亲身到过的天体就是月球。研究月球，就是研究我们的过去，规划我们的未来。
月球的年龄大约有46亿年。月球与地球一样有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60～65千米。月壳下面到1000千米深度是月幔，它占了月球的大部分体积。月幔下面是月核，月核的温度约为1000℃，很可能是熔融状态的。月球直径约3474.8千米，是地球的1/4、太阳的1/400，月球到地球的距离相当于地球到太阳的距离的1/400，所以从地球上看去月亮和太阳一样大。月球的体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81左右，月球表面的重力约是地球重力的1/6。
月球表面有阴暗的部分和明亮的区域，亮区是高地，暗区是平原或盆地等低陷地带，分别被称为月陆和月海。月球27.321666天绕地球运行一周。
因为月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的，所以地球上只能看见月球永远用同一面向着地球。自月球形成早期，地球便一直受到一个力矩的影响导致自转速度减慢，这个过程称为潮汐锁定。也正因为如此，部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量，其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球。同时地球的自转越来越慢，一天的长度每年变长15微秒。
月球对地球所施的引力是潮汐现象的起因之一。月球围绕地球的轨道为同步轨道，所谓的同步自转并非严格。由于月球轨道为椭圆形，当月球处于近地点时，它的自转速度便追不上公转速度，因此我们可见月面东部达东经98度的地区，相反，当月处于远地点时，自转速度比公转速度快，因此我们可见月面西部达西经98度的地区。这种现象称为经天秤动。
月球的起源
对于月球的起源，人们有着多种说法。
首先是分裂说。这种假说认为，在太阳系形成之初，地球处于高温熔融状态，在自转的过程中，赤道上的一大块物质被抛出。太阳的引力和离心力吸引了这块物质，使它在地球和太阳之间不断地围绕地球旋转，同时吸收宇宙里的其他物质，逐渐变大、冷却，最后形成了月球。根据这个假说，地球上的太平洋就是月球挖出去后形成的。
但是，经过对人类登月后带回的大量月球岩石的检测，人们从中发现了很多地球上从未见过的元素，这说明月球和地球并非原属一体。
其次是俘获说。此种假说认为，月球本是太阳系的一颗行星，围绕太阳旋转，后来被地球的强大吸引力所吸引，变成了地球的卫星。但是根据科学家的研究，月球的直径相当于地球的1/4，地球的引力还不足以俘获如此大的卫星。
第三是地月同源说。这种说法认为，地球和月球在太阳系诞生之初本是一对孪生兄弟，都是围绕着太阳旋转的星云。后来，这些星云中较大、较重的熔岩物质形成了地球，较小、较轻的金属物质则形成了月球。
还有一种是碰撞说。该种假说认为，在地球形成的早期，地球与一颗火星般大小的天体发生碰撞，一部分物质飞溅出去，后来这些物质又聚集在一起形成了月球。
20世纪90年代，美国发射的“月球勘探者号”探测器发回的探测数据使碰撞说得到了证实。如今，这一说法已逐渐被人们认可。
月球的环形山
月球表面最大的特点就是到处都布满了大大小小的环形山，可以说月面是环形山的世界。
1609年，伽利略发明望远镜后对准的第一个目标就是月球。他惊讶地发现，月球表面并不像人们原先想象的那么光滑，而是密密麻麻布满了环形山，伽利略形容它们“好似孔雀尾巴上的圆斑”。经过几百年的观测与研究，今天的天文学家对月面环形山几乎已经了如指掌。
据统计，仅月球正面直径大于l千米的环形山，大约就有3万多个。如果连那些直径在1米左右的小环形山都算上的话，那么月面环形山的总数大概还要增加近千倍。人们将一些科学家的名字赋予环形山。在月球的南极附近有一个叫贝利的环形山，直径有280千米，这是月面上最大的环形山。哥白尼环形山位于月球赤道附近很醒目的地方，虽然不算最大，但很著名。有些环形山，还有向四面散射开去的一些明亮的光带，称做辐射纹。位于南半球的第谷环形山的辐射纹最引人注目，长长短短总共12条，最长的达1800千米，蔚为壮观。辐射纹是怎么形成的，目前人们还没有找到令人满意的答案。满月前后辐射纹特别明亮，不用望远镜就能看得很清楚，非常美丽。
月球表面为什么会有这么多环形山呢？科学家们分析这是由外来的小天体撞击而成的，像小行星、彗星、流星等。由于月球表面没有大气层的保护，因此外来的小天体都会直接砸到月面上，给月面砸出了这么多大大小小的“伤疤”。
1999年11月18日凌晨，当狮子座流星雨来临的时候，美国休斯敦大学的天文学家观测到了狮子座流星撞击月球背阴面的闪光现象，证实这种分析是正确的。
月球的大气
 没有大气的月球
月球周围没有大气层，这一点天文学家早已下了结论。登上月球的宇航员们实地测量的结果发现，月面的大气大致是地球海平面大气密度的万亿分之一，比实验室中制造的真空还稀薄。天文学家分析是由于月球表面引力太小，气体都跑掉了。没有空气，也就不会有水分。
因为水会变成水蒸气，当水变成水蒸气的时候也会像其他气体一样逃脱了月球的引力跑到了宇宙太空。
 温差极高的月球
大气具有调节温度的作用。月球上没有大气，因此月面上的昼夜温差大得令人害怕。白天，温度最高可达130℃，夜晚最低可降到-180℃。温差达300℃之高。如此剧烈的温度变化，简直令人难以想象。
大气还具有散射阳光的作用。地球上的天空绚丽多彩，蔚蓝色的天空、彩霞、白云等等，这都是由于有大气层的缘故。而月球上没有大气，月球上的天空永远是黑暗的。太阳看起来更明亮更耀眼，而且还能看到色球层和日晃，十分壮观。
在月球上，如果一个人站在大石头的背阴面，那么别人是绝对看不到你的。因为没有大气散射阳光，太阳直接照射的地方非常明亮，而背阴部分就是漆黑一片，黑得真正达到了伸手不见五指的程度。
 没有风的月球
风在根本上是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度。
因此，在月球上，因为没有大气，就不存在大气的流动，所以就没有风，旗子是不可能迎风飘动的。而且，更加奇妙的是，因为没有风，所以人类在月球表面留下的脚印，即使过很多年也不会被埋没，会一直保留下去。
月　海
在月面上，也有“月海”，不过它与我们地球上的“海”完全是两回事。它们也都有各自的名字，像静海、云海、澄海、雨海、危海、丰富海、风暴洋等等，其实不过是比周围高地低洼的大平原，在月面上呈现出一片片暗黑区域。既然是平原，为什么都叫“海”呢？
这是因为当年伽利略的望远镜太小了，他看不清楚月面上的黑影子究竟是什么，猜想它们可能是像地球上一样的海洋，于是就叫它们月海，这些月海的名字，就一直沿用下来。
如同地球一样，月球上也覆盖着一层“土壤”，不过叫“月壤”更准确，同时有岩石散布。月壤由月尘、岩屑和小小的岩块组成，还含有很多色彩美丽的玻璃质小珠。
月壤有的地方只有几厘米厚，有的地方厚达8米，下面是坚硬的岩石，岩石中含有几十种矿物，也许有一天，当我们有能力开发月球的时候，这些矿物质会给我们带来帮助。
 
月亮的光辉从何而来
我们都知道，月球本身是不能发光的。它之所以看起来那么明亮、皎洁，完全是因为它反射了太阳的光芒。月亮的明亮程度，还与它的反照率、反光面的大小、距离地球的远近以及距离太阳的远近有关。
月亮的反照率不高，只有7％，也就是说，月亮只把从太阳那里得到的7％的太阳光反射了出来。
当月亮轨道上绕行到太阳和地球之间，月亮的黑暗半球对着地球，这时叫朔，正是农历每月的初一。而在这个时候，我们是看不见月亮的，因此称为朔月。在朔月那天的太阳称为朔日。
而当月亮隔着地球正对太阳，天文学上称为“望”或“满月”。这时候人们见到的反射太阳光的月面最大，近于正圆形。很明显。在一个月中，这时月光应该最明亮。
在由“朔”转向“望”的过程中，月亮也越来越大；反之，在由“望”转向“朔”的过程中，月亮也越来越小。
“望”一般发生在农历的每月十五日或十六日，甚至在十七日。而中秋节固定在农历八月十五日，因此每年的中秋节不一定就是逢“望”的日子，而在大多数情况下，农历十六的月亮比十五的更圆。正所谓“十五的月亮十六圆”。
即使逢“望”，满月的大小也不一致。这与月亮的位置有关。月亮绕地球转的轨道是椭圆形的，所以月亮离地球就时远时近。月亮与地球的距离近，又刚好是望日，月亮自然比离地球远的时候更大更明亮。同时，地球走在绕日轨道上的近日点时，月亮与太阳距离较近，反射日光更强些。
在月球上能够看到日出和日落吗
月球是地球的卫星，所以受到自转和围绕地球公转的影响，在月球上看到太阳的情况，与地球上看到太阳的情况，是完全不同的。
从月球看日出时，太阳刚露出一个边，白天就瞬息而至，就好像我们晚上开灯一样，眨眼间就变黑暗为光明。
从太阳露出开始到整个都出来，要持续1个小时，整个过程没有五色缤纷的霞光。从月球上看到的太阳，比地球上看到的要亮千百倍，虽是白日，天空却是黑的，挂着月亮的群星，但不闪烁。
地球的蓝天和闪烁的星星是周围存在大气层而发生的现象。月球上没有水蒸气，也就不会有云雾雨雪等现象，太阳不会有去雾遮挡，始终是烈日当空。
 
日食和月食
日食和月食，被认为是我们普通人接触天文的最好途径。
当月球运行到地球和太阳之间，且三者在一条直线上或者近似一条直线的时候，地球上便可以看到月球遮着太阳的景象，这便是日食。按照被月球遮住太阳面积的大小，日食可以分为日偏食、日环食和日全食。日食发生的时间必定是在农历初一，因为这一天月球恰好运行到地球和太阳之间，但不是每逢初一必然有日食。
而当地球运行到太阳和月球之间的时候，地球上便可以看到月球被地球的阴影所遮盖，这一现象就叫做月食。它发生的时间必定是农历的十五或十六，当然也不是每逢十五或者十六都会发生月食。
 
月球与潮起又潮落
 涨潮和落潮
在海滨，我们可以看到大海潮起潮落的景象。住在海边的人都看到过，涨潮的时候，海水泛起白沫，呼啸着向海滩上涌来，淹没大片大片的沙滩；退潮的时候，海水又悄然无声地退回到海滩以外很远的大海里。潮涨时，只见海浪吐着白色的泡沫，翻腾着向岸边扑来，海水把沙滩淹没了。人们被迫后退。过了一些时间，海浪失去了势头，又悄悄地遁去，那条宽阔平坦的沙滩又露出了水面，沙滩上面留下一簇簇刚刚被海浪推上来的大大小小的贝壳。海水都按照差不多相同的时刻涌上来，退下去。
人们把这种海水定时涨落叫作涨潮和落潮。白天的海水涨落叫潮，夜晚的海水涨落叫汐，人们就把海水水位有规律的涨落叫作潮汐现象。
 人类对潮汐的认识
自从人类发现了潮汐的存在，就一直在探讨它的成因。
古希腊哲学家柏拉图认为，地球和人一样，也是要呼吸的。而潮汐就是地球的呼吸，他猜想，潮汐是由于地下岩穴中的振动造成的。这种观念当然是不正确的。
到了牛顿时代，牛顿发现了万有引力定律，认为世界上所有的物质都有引力，都是相互吸引的。他认为，潮汐是由于月球和太阳对海水的吸引而引起的。此时，他已经比较科学的解释了潮汐的产生原因。
现代的科学已经揭示了，在地球自转的过程中，海水也随着地球旋转，在地球离心力的作用下，海水有被抛离旋转中心的倾向。同时，海水还受到太阳和月亮等其他天体的引力影响，这些作用力共同作用形成了引潮力，这样，就形成了周期性的潮汐现象。
 潮汐的时间如此精确的原因
那么，海水为什么能遵守时间涨落呢？这是月亮和太阳对海水的吸引造成的。
著名的万有引力定律指出，宇宙中一切物体之间都是相互吸引的，引力的大小同这两个物体质量的乘积成正比，同它们之间距离的平方成反比。
月亮和太阳对地球的引力，在陆地和海洋两部分的任何一点上都是一样的。但是，由于陆地地面是固体的，引力带来的表面变化不容易看出来，而海水是流动的液体，在引力的作用下，它会向吸引它的方向涌流，所以形成明显的涨落变化。
 月亮的影响更加巨大
太阳虽然比月亮大得多，可是它和地球之间的距离毕竟太远了，所以月亮对海水的吸引力要比太阳大得多。月亮的引力就使海水涨落。
地球上，面对月亮的这一面由于接受月亮的引力，引力的方向是指向月亮中心的。而背着的一面，则产生了相应的变化，使得面对月亮或背着月亮的地球两侧的海洋水位升高，出现涨潮。与此同时，位于两个高潮之间的部位的海水，由于向涨潮的地方涌去，会出现落潮。
地球在不停地自转，对某一个地方来说，每天都要面向月亮一次和背向月亮一次，所以一般来说，要出现两次涨潮和两次落潮。
太阳对海水的引力虽然小，可是也有一定的影响。主要由于月亮的引力而引起的潮汐现象，因为太阳引力的参与，太阳引力和月亮引力共同发挥作用，就使得海水的涨落过程变得复杂了。
 大潮、小潮和混合潮
农历每月初一或十五的时候，地球和月亮、太阳几乎在同一条直线上，日、月引力之和使海水涨落的幅度较大，叫大潮；而当农历初八和二十三的时候，地球、月亮、太阳三者之间的相对位置差不多成了直角形，月亮的引力要被太阳的引力抵消一部分，所以海水涨落的幅度比较小，叫小潮。
涨潮落潮的次数、潮的大小，还要受海岸地形、气候等各种因素的影响。所以，有的地方一天有两次涨潮，两次落潮；有的地方只有一次涨潮，一次落潮。前者叫半日潮；后者叫全日潮。还有的地方潮水涨落情况要更复杂一些。如果两个相邻的高潮之间和相邻的低潮之间，时间不均等，这叫做混合潮。
 天下闻名的钱塘大潮
浙江省杭州湾的钱塘江潮就是由于受海岸地形的影响而形成的一种特殊类型的涌潮。钱塘江口宽100千米，而江道河面仅宽四五千米，呈喇叭口状。涨潮时，海水溯河而上。受两岸渐狭的江岸束缚，形成涌潮。河口底部因泥沙沉积而隆起形成的“沙堤”，更激起潮水上涌，形成雄踞江面的一道水墙，怒浪排空，如万马奔腾，十分壮观。
 潮汐发电
人们认识了海水按一定时间涨落的规律，就可以利用潮汐的能量，修建电站，提供无污染的能源。世界上规模最大的潮汐电站修建在法国朗斯河上。这个潮汐电站于1961年开始建设，1967年竣工，发电能力24万千瓦。我国在山东省乳山县也成功地修建了实验性的潮汐电站。
 
人类与月球
 人类与月球的不解之缘
我们人类这样的热爱月球，关心月球，于是就少不了会产生一种迫切的愿望：与地球朝夕相伴的月球到底是怎么一回事？是不是像百姓所说的——太阳是阳、月亮是阴？中国神话传说中的嫦娥奔月、月亮中的玉兔和桂树到底是真的吗？
诚然，时代发展到当今社会，科学知识的普及已经使当代人对月球有了正确的认识。
天文望远镜的诞生，使人类第一次有幸目睹了月球的表象，看到了月球表面上的山峰和凹地，于是，便开始了对月球的科学研究。人造卫星上天，宇宙飞船的研制成功，打开了从地球通向月球的路，开始了天文研究的新纪元。
1969年7月16日，美国佛罗里达半岛上的肯尼迪宇航中心站人潮汹涌，欢声雷动，来自世界各地的科学家和观光人群正万分激动地等待着划时代时刻的到来——人类首次登月航行开始点火17月20日下午4时17分，人类终于完成了这一划时代的伟大创举，千百年来人们登月的梦想变成了生动的现实。
宇航员阿姆斯特朗小心翼翼地爬出舱门，一步一歇地走下来，因重力小，他用了3分钟的时间才走完9个梯级。他向月球表面迈出了历史性的第一步，非常激动地向全世界宣告：“对一个人来说，这是一小步。对人类来说，这是一大步。”
之后，人类又先后多次登上月球，并在月球上设置了科学站，进行各种考察试验。随着人们对月球认识的不断深入，月球展示出了更多的谜团。
 月球究竟是怎样形成的
最令人不解的是月球的形成。根据研究结果发现，月球从诞生到现在已有45亿年历史，与地球同样古老。这45亿年的月球是怎样形成的？目前，主要有5种假说被较多的人接受。
 分裂说和俘获说
首先是分裂说：月球原为地球的一部分，早期地球还处于熔融状态，由于旋转太快，在赤道附近鼓了起来，越鼓越大，有部分向外凸出，最后断裂脱离，形成了月球。其次是俘获说：认为月球原是一个绕太阳公转的小行星，在30至40亿年前，因靠近地球，被地球引力俘获，从此成了地球的一颗卫星。
 孪生说
还有孪生说：认为在太阳附近原有一大片分散着的星云物质，后来以其中两个较大的星团为中心，凝聚其他云状物质，便形成了地球和月球两个星球，它们是“孪生兄弟”。更有一种离奇的假说，认为月球本身是一艘巨大的外星文明所操纵的飞行器，它一直守候在我们地球人身边，注视着我们的一举一动。只是这种假说，不能充分说明外星人为什么要监视着我们，且不与我们发生直接联系，而我们地球人有什么值得外星人来监视或观察的。
持后一种观点的人认为：公元前1万多年地球经过长期的发展，已经在许多低海拔、交通便利、土地肥美的地方形成了一定的文明，拥有了一批城市和大量人口。但是有一天，月亮突然闯入了地球人的生活，于是出现了全球性的大洪水，进而地球地轴发生了移位和随之而来频繁爆发的地壳及火山活动，史前人类文明由此遭到了毁灭性的破坏。大灾变过后的人类幸存者又回到了野蛮时代，从高山上下来的无文化的牧羊人面对史前文明社会创造的东西一无所知，因此只能从原始阶段重新开始。
 普遍的观点
众多假说，许多科学家认为最合理的一种是：月球在太阳系形成初期因行星相撞而产生。这种假说叫做“巨大撞击论”，它提出：曾有个火星一般大的行星撞向地球，当时两个星球都处于熔融状态，各有一个高密度的岩石核心，核心外包着一层较轻的岩石，一旦相撞，熔融的岩石就迸射而出，后来聚拢成为月球。月球形成时产生高热，排除了水等容易汽化的物质。撞向地球的行星，其核心熔入了地球的核心。
起初，许多天文家拒绝接受此说，因为这种发生几率微乎其微。不过，今天的超级电脑非常先进，算出如果当时发生过这样的事，月球会有些什么成分，计算结果竟与事实相吻合。
这些月球形成假说，都能从某一角度解答月球的形成原因，并能解释许多客观现象。但至今谁也无法提出确凿的证据。