月亮:地球的天然衛星-中文百科頻道

概況

月球在太陽系中是地球唯一的天然衛星。在太陽系裡，除水星和金星外，其他行星都是天然衛星，有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼平均厚度約為60-65公裡。月殼下面到1000公裡深度是月幔，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，很可能是熔融狀态的。

月球直徑約3476公裡，是地球的3/11。體積隻有地球的1/49，質量約7350億億噸，相當于地球質量的1/81，月面的重力差不多相當于地球重力的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”。

成因

對月球的起源，大緻有三大派，但仍未定論。有些科學家認為，月球是46億年前，與地球一樣是宇宙的氣體和塵埃形成的；另一些人則認為，月球是地球的孩子，從地球分裂出去的。然而，太陽神号幾次帶回的數據顯示，月球和地球的組成成份大不相同。不少的科學家認為，月球在很多年以前，偶然被吸入地心引力範圍，因而才意外地納入地球的軌道。但也有人引用天體力學來反對這種說法。

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，後來由于地球轉速太快，把地球上一部分物質抛了出去，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将那樣大的一塊東西抛出去的。如果月球是地球抛出去的，那麼二者的物質成分就應該是一緻的。可是通過對“阿波羅12号”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，月球本來隻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，地球不斷把進入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，像月球這樣大的星球，地球恐怕沒有那麼大的力量能将它俘獲。

同源說

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号”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。

大碰撞說

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。星子合并形成一個原始地球，同時也形成了一個相當于地球質量0.14倍的天體。這兩個天體在各自演化過程中，分别形成了以鐵為主的金屬核和由矽酸鹽構成的幔和殼。

由于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态，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，比例大緻為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小時内被吸積到地球上。飛離地球的氣體和塵埃，并沒有完全脫離地球的引力控制，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。

空心的太空船月球

1970年，俄國科學家柴巴可夫和米凱威新提出一個令人震驚的“太空船月球”理論，認為月球事實上不是地球的自然衛星，而是一顆經過某種智慧生物改造的星體，加以挖掘改造成太空船，其内部載有許多該文明的資料，月球是被有意的置放在地球上空，因此所有的月球神秘發現，全是至今仍生活在月球内部的高等生物的傑作。

當然這個說法被科學界嗤之以鼻，因為科學界還沒有找到高等智慧的外星人。但是，不容否認的，确實有許多資料顯示月球應該是“空心”的。

特征

月球的正面永遠向着地球。另外一面，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，月球的背面一直是個未知的世界。

月球背面的一大特色是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，它将無法與地球直接通訊。

月球本身并不發光，隻反射太陽光。月球亮度随日、月間角距離和地、月間距離的改變而變化。平均亮度為太陽亮度的1/465000，亮度變化幅度從1/630000至1/375000。滿月時亮度平均為-12.7等（見）。它給大地的照度平均為0.22勒克斯,相當于100瓦電燈在距離21米處的照度。

月面不是一個良好的反光體，它的平均反照率隻有7％,其餘93％均被月球吸收。月海的反照率更低，約為6％。月面高地和環形山的反照率為17％，看上去山地比月海明亮。月球的亮度随而變化，下表[]以滿月亮度為100,列出不同月齡時的亮度值。從中可以看出，滿月時的亮度比上下弦要大十多倍。

由于月球上沒有大氣，再加上月面物質的熱容量和導熱率又很低,因而月球表面晝夜的溫差很大。白天,在陽光垂直照射的地方溫度高達127℃；夜晚，溫度可降低到-183℃。這些數值，隻表示月球表面的溫度。用射電觀測可以測定月面土壤中的溫度，而且所用的射電波的波長愈長，愈能探測到月面土壤中較深處的溫度。這種測量表明，月面土壤中較深處的溫度很少變化，這正是由于月面物質導熱率低造成的。

從月震波的傳播了解到月球也有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼厚60～65公裡。月殼下面到1,000公裡深度是月幔，占了月球大部分體積。月幔下面是月核。月核的溫度約1,000℃，很可能是熔融的，據推測大概是由Fe-Ni-S和榴輝岩物質構成。

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。

成分

45億年前，月球表面仍然是液體岩漿海洋。科學家認為組成月球的礦物克裡普礦物(KREEP)展現了岩漿海洋留下的化學線索。KREEP實際上是科學家稱為“不兼容元素”的合成物－－那些無法進入晶體結構的物質被留下，并浮到岩漿的表面。對研究人員來說，KREEP是個方便的線索，說明了月殼的火山運動曆史，并可推測彗星或其他天體撞擊的頻率和時間。

月殼由多種主要元素組成，包括：鈾、钍、鉀、氧、矽、鎂、鐵、钛、鈣、鋁及氫。當受到宇宙射線轟擊時，每種元素會發射特定的伽瑪輻射。有些元素，例如：鈾、钍和鉀，本身已具放射性，因此能自行發射伽瑪射線。但無論成因為何，每種元素發出的伽瑪射線均不相同，每種均有獨特的譜線特征，而且可用光譜儀測量。直至現在，人類仍未對月球元素的豐度作出面性的測量。現時太空船的測量隻限于月面一部分。

資源

月球有豐富的礦藏，據介紹，月球上稀有金屬的儲藏量比地球還多。月球上的岩石主要有三種類型，第一種是富含鐵、钛的月海玄武岩；第二種是斜長岩，富含鉀、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三種主要是由0．1～1毫米的岩屑顆粒組成的角礫岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60種左右的礦物，其中6種礦物是地球沒有的。

礦産

月球的礦産資源極為豐富，地球上最常見的17種元素，在月球上比比皆是。以鐵為例，僅月面表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，而整個月球表面平均有10米厚的沙土。月球表層的鐵不僅異常豐富，而且便于開采和冶煉。據悉，月球上的鐵主要是氧化鐵，隻要把氧和鐵分開就行；此外，科學家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的辦法。在月球表層，鋁的含量也十分豐富。

氦3

月球土壤中還含有豐富的氦3，利用氘和氦3進行的氦聚變可作為核電站的能源，這種聚變不産生中子，安全無污染，是容易控制的核聚變，不僅可用于地面核電站，而且特别适合宇宙航行。據悉，月球土壤中氦3的含量估計為715000噸。從月球土壤中每提取一噸氦3，可得到6300噸氫、70噸氮和1600噸碳。從目前的分析看，由于月球的氦3蘊藏量大，對于未來能源比較緊缺的地球來說，無疑是雪中送炭。許多航天大國已将獲取氦3作為開發月球的重要目标之一。

玄武岩

月球表面分布着22個主要的月海，除東海、莫斯科海和智海位于月球的背面（背向地球的一面）外，其他19個月海都分布在月球的正面（面向地球的一面）。在這些月海中存在着大量的月海玄武岩，22個海中所填充的玄武岩體積約1010千米，而月海玄武岩中蘊藏着豐富的钛、鐵等資源。

若假設月海玄武岩中钛鐵礦含量為8%，或者說二氧化钛含量為4.2%，則月海玄武岩中钛鐵礦的總資源量約為1.3×1015～1.9×1015，盡管這種估算帶着很大的推測性與不确定性，但可以肯定的是月海玄武岩中豐富的钛鐵礦是未來月球可供開發利用的最重要的礦産資源之一。

克裡普岩

是月球高地三大岩石類型之一，因富含鉀、稀土元素和磷而得名。克裡普岩在月球上分布很廣泛。富含钍和鈾元素的風爆洋區的克裡普岩被後期月海玄武岩所覆蓋，克裡普岩混合并形成高竈和鈾物質，其厚度估計有10～20千米。風暴洋區克裡普岩中的稀土元素總資源量約為225億至450億噸。克裡普岩中所蘊藏的豐富的钍、軸也是未來人類開發利用月球資源的重要礦産資源之一。

此外，月球還蘊藏有豐富的鉻、鎳、鈉、鎂、矽、銅等金屬礦産資源。

月食

月食的過程分為初虧、食既、食甚、生光、複圓五個階段。

初虧：月球剛接觸地球本影，标志月食開始。

食既：月球的西邊緣與地球本影的西邊緣内切，月球剛好全部進入地球本影内。

食甚：月球的中心與地球本影的中心最近。

生光：月球東邊緣與地球本影東邊緣相内切，這時全食階段結束。

複圓：月球的西邊緣與地球本影東邊緣相外切，這時月食全過程結束。

月球被食的程度叫“食分”，它等于食甚時月輪邊緣深入地球本影最遠距離與月球視經之比。

運動軌迹

嚴格來說，地球與月球圍繞共同質心運轉，共同質心距地心4700千米（即地球半徑的2/3處）。由于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。

月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值變化比較大，是因為軌道傾角是相對于中心天體（即地球）而言的，而自轉軸傾角則相對于衛星（即月球）本身的軌道面。在這個定義習慣很适合一般情況（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5.145396°的夾角，而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球并非完美球形，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，白道面相對于地球赤道面（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°。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±0.00256°的擺動，稱為章動。

月球背面的結構和正面差異較大。月海所占面積較少，而環形山則較多。地形凹凸不平，起伏懸殊最長和最短的月球半徑都位于背面，有的地方比月球平均半徑長4公裡，有的地方則短5公裡（如範德格拉夫窪地）。背面未發現“質量瘤”。背面的月殼比正面厚，最厚處達150公裡，而正面月殼厚度隻有60公裡左右。

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。

相對于背景星空，月球圍繞地球運行(月球公轉)一周所需時間稱為一個恒星月；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一段距離。

因為月球的自轉周期和它的公轉周期是完全一樣的，我們隻能看見月球永遠用同一面向著地球。自月球形成早期，月球便一直受到一個力矩的影響引緻自轉速度減慢，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，一天的長度每年變長15微秒。

地形

環形山

環形山這個名字是伽利略起的。是月面的顯著特征，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。直徑不小于1000米的大約有33000個。占月面表面積的7-10%。

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“輻射紋”，内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

地球上的人類用肉眼所見月面上的陰暗部分實際上是月面上的廣闊平原。由于曆史上的原因，這個名不副實的名稱保留下來。

已确定的月海有22個，此外還有些地形稱為“月海”或“類月海”的。公認的22個絕大多數分布在月球正面。背面有3個，4個在邊緣地區。在正面的月海面積略大于50%，其中最大的“風暴洋”面積約五百萬平方公裡，差不多九個法國的面積總和。大多數月海大緻呈圓形，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”，都分布在正面。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别。

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，個别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（一種量度反射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陸，一般比月海水準面高2-3千米，由于它返照率高，因而看來比較明亮。在月球正面，月陸的面積大緻與月海相等但在月球背面，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征。

在月球上，除了犬牙交差的衆多環形山外，也存在着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甯山脈，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征：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”。

與地球火山相比，月球火山可謂老态龍鐘。大部分月球火山的年齡在30-40億年之間；典型的陰暗區平原，年齡為35億年；最年輕的月球火山也有1億年的曆史。而在地質年代中，地球火山屬于青年時期，一般年齡皆小于10萬年。地球上最古老的岩層隻有3.9億年的曆史，年齡最大的海底玄武岩僅有200萬歲。年輕的地球火山仍然十分活躍，而月球卻沒有任何新近的火山和地質活動迹象，因此，天文學家稱月球是“熄滅了”的星球。

地球火山多呈鍊狀分布。例如安底斯山脈，火山鍊勾勒出一個岩石圈闆塊的邊緣。夏威夷島上的山脈鍊，則顯示闆塊運動的熱區。月球上沒有闆塊構造的迹象。典型的月球火山多出現在巨大古老的沖擊坑底部。因此，大部分月球陰暗區都呈圓形外觀。沖擊盆地的邊緣往往環繞着山脈，包圍着陰暗區。

月球陰暗區主要出現在月球較遠的一側。幾乎覆蓋了這一側的1/3面積。而在較遠一側，陰暗區的面積僅占2%。然而，較遠一側的地勢相對更高，地殼也較厚。由此可見，控制月球火山作用的主要因素是地表高度和地殼厚度。

月球的地心引力僅為地球的1/6，這意味着月球火山熔岩的流動阻力，較地球更小，熔岩行進更為流暢。所以月球陰暗區的表面大都平坦而光滑。同時，流暢的熔岩流很容易擴散開，因而形成巨大的玄武岩平原。此外，地心引力小，使得噴發出的火山灰碎片能夠落得更遠。因此，月球火山的噴發，隻形成了寬闊平坦的熔岩平原，而非類似地球形态的火山錐。這也是月球上沒有發現大型火山的原因之一。

月球上沒溶解的水。月球陰暗區是完全幹涸的。而水在地球熔岩中是最常見的氣體，是激起地球火山強烈噴發的重要因素之一。因此，科學家認為缺乏水分，也對月球火山活動産生巨大影響。具體的說，沒有水，月球火山的噴發就不會那麼強烈，熔岩或許僅僅是平靜流暢地湧出地面。