书城童书鲜为人知的月球奥秘
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第2章 月球,我们的近邻(1)

关于月球

“床前明月光,疑是地上霜。举头望明月,低头思故乡。”李白的这首《静夜思》,不知为多少代人所吟诵。它反映了诗人对皎洁月光的赞美,更抒发了游子的思乡之情。古往今来,以月亮为题抒情感怀的文人墨客数不胜数。

“嫦娥奔月”的故事在民间广为流传,可以说是家喻户晓,妇孺皆知。每当盛夏的夜晚,老奶奶总是一边着扇子,一边给小孙孙讲述着这个古老的故事:巍峨的广寒宫,寂寞无助的嫦娥,被吴刚砍了又长,长了又砍的桂花树,三条腿的蛤蟆,会捣药的小白兔……在古希腊的神话中,月亮女神的名字叫阿尔特弥斯,她不但有花一样的容貌,而且武艺非凡,常常背着弓箭在山林中追捕猎物,所以又是狩猎女神。

月球在我国古代诗文中有许多有趣的美称:

玉兔(著意登楼瞻玉兔,何人张幕遮银阙———辛弃疾);夜光(夜光何德,死则又育?———屈原);素娥(素娥即月亮之别称———《幼学琼林》);冰轮(玉钩定谁挂,冰轮了无辙———陆游);玉轮(玉轮轧露湿团光,鸾珮相逢桂香陌———李贺);玉蟾(凉宵烟霭外,三五玉蟾秋———方干);桂魄(桂魄飞来光射处,冷浸一天秋碧———苏轼);顾菟(阳鸟未出谷,顾菟半藏身———李白);婵娟(但愿人长久,千里共婵娟———苏轼)。此外,月球还有许多别致的雅号,如玉弓、姮娥、玉桂、玉盘、玉钩、玉镜、冰镜、广寒宫、嫦娥、玉羊等。

关于地球的几种假说

自古以来,月亮在人们心目中的地位仅次于太阳。晴朗的夜晚,皓月当空,令人生出无限的情思遐想,文人墨客更是赋予月亮许多的笔墨。北宋词人苏东坡《水调歌头》中的“明月几时有?把酒问青天。不和天上宫阙,今夕是何年。”;唐朝诗人张若虚《春江花月夜》一诗中的“江上何人初见月,江月何年初照人”,都可称得上是脍炙人口的咏月佳句。

月球是离我们最近的一个天体,月球中心与地球中心的平均距离只有38.44万千米,相当于地球半径的60倍,或相当于9次多环球旅行的行程。

月球的平均直径是347.8千米,大约是地球直径的1/4。月球的面积是3800万平方千米,差不多是地球面积的1/14,比我们亚洲的面积略大一些。

月球的体积是220亿立方千米,地球的体积几乎比它大49倍。月球的质量大约是地球质量的1/81,也就是7350亿亿吨。月球的平均密度是每立方厘米3.34克,只及地球密度的60%,相比之下,月球不如地球瓷实。

天文学家对月球的位置、运动规律和物理性质作了周密的研究。随着科学技术的突飞猛进,天文学家又利用人造地球卫星、无线电技术、激光技术和计算机技术对月球作了进一步的测量和考察,取得了大量更新、更丰富的资料。

尽管如此,对“月球起源”这个十分古老的问题,今天的天文学家仍然是众说纷纭和语焉不详。这也难怪,对生我们养我们的地球,人类研究了几个世纪,现在不也照样对它的起源知之甚少吗?

月球是怎样形成的?撇开人类早期那些不着边际的神话,如果将18世纪以来的月球起源假说归纳起来,可以分为三类,即同源说、分裂说和俘获说。

同源说

同源说是最早出现的一种月球起源假说,它主张月球和地球具有相同的起源。18世纪法国天文学家布丰是这类起源说的最早代表。布丰认为:太阳系的所有天体起源于一次彗星对太阳的猛烈碰撞所撞下来的太阳碎块。稍后,德国的康德和法国的拉普拉斯提出了著名的太阳系起源的“星云说”,认为月球和地球都是同一团弥漫物质形成的。这团弥漫物质的大部分形成地球,小部分形成月球,或者地球形成后剩余的物质形成了月球。按照这种理论,地球的年龄和月球的年龄应该不相上下。

近年来,科学家对“阿波罗”宇航员们从月面采集的月岩样品作了放射性年代测定。结果证明,月球形成的时间和地球形成的时间相同,都形成于46亿年前。在这一点上,同源说获得了实验的支持。但同源说却无法解释为什么具有相同起源的地球和月球,在物质组成上显著的差异。它们的密度为什么不同,它也无法解释。与太阳系其他行星的卫星相比,月球所具有的一系列特征。譬如,其他卫星与中心行星的质量比都小于1/10000,而月球与地球的质量比却高达1/81,这在太阳系中没有第二例。同源说显然要对太阳星云中的地月形成区情况,做相当多的规范才行。

分裂说

英国著名生物学家、“进化论”创始人达尔文之子乔治·达尔文,是英国剑桥的一位天文学家。他在研究地—月间的潮汐影响时,注意到由于潮汐作用,地球的自转速度在逐渐变慢,月球在逐渐远离地球。他由此推断月球在远古时一定离地球非常近。乔治·达尔文在1879年发表了题为“太阳系中的潮汐和类似效应”的文章,提出月球在形成之前是地球的一部分。他认为,在太阳系形成初期,地球还处于熔融状态时,地球的转速相当高,以致有一部分物质从赤道区被甩了出去,后来,这部分物质演化成为今天的月球,甚至还认为太平洋就是月球分出去后留下的疤痕。

有不少人支持达尔文的观点。据计算,月球的物质刚好能填满太平洋。

支持者们认为,分裂出去的是上地幔里的物质,因此月球没有地球那样的金属核,密度与地壳接近也就变得合情合理了。另外,现代激光测距定出月球每年远离地球5厘米,因而在遥远的过去,月球确实离地球近多了。

但是,这个罗曼蒂克的假说也遇到了重重困难。譬如,马尔科夫在研究太阳系中各天体时,注意到天体的扁率与它的自转速度、密度有关。要使地球上的物体在离心力作用下飞离出去,地球的自转速度必须是现在的17倍。

然而根据地—月系现状和角动量守恒定律,推算出的46亿年前的地球自转率并不是那么快。况且,如果月球是从地球上飞出去的,那么,月球的轨道应该位于地球的赤道面上,而事实却不是这样。另外经过研究证明,熔融状态的地球根本不可能分出一部分物质去。即使退一步说,月球是从地球分裂出去的,那么在刚分出去的时候,也一定会受到地球的引力作用而产生很大的潮汐,最后还是会重新落到地球上来的。再有,对太平洋底部的研究,证明它和其他海洋底部的结构相同,由洋底沉积的厚度及沉积速度来看,太平洋的年龄只有1亿年,和月球的年龄相差悬殊。

俘获说

鉴于同源说和分裂说所遇到的困难,瑞典天文学家阿尔文提出了“俘获说”。该假说认为:月球和地球是在不同的地方形成的,一次偶然的机会,地球把运行到附近的月球俘获,成为自己的卫星。有人甚至干脆认为月球就是被地球俘获的小行星。这个颇富戏剧性的假说得到多数科学家的赞成,它很好地说明了地球和月球在物质组成上的差异,和不同于太阳系其他卫星的特征。

然而和上述其他两种假说一样,俘获说也有难以自圆其说的地方。首先是月球太大,地球俘获如此之大的一个天体是很难想象的,即使能抓住,轨道也不会像现在这样规则。

上述三种月球起源假说,可以说各有千秋,都能或多或少地解释月球的成分、密度、结构、轨道及其他基本事实。从目前来看,除分裂说遇到致命的问题,似乎难以成立外,俘获说和同源说这两种假说究竟哪一种更合理一些,还无定论。现有假说的困难,迫使天文学家不得不另辟蹊径,提出新的起源假说。

“大碰撞”假说

美国科学家本兹·斯莱特里,以及卡梅伦,于1986年3月在美国休斯敦举行的一次月亮和行星讨论会上,提出了一个崭新的、摆脱了上述三种假说框框的月球成因假说。

该假说认为:在太阳系早期,行星际空间有大量的“星子”,星子经过碰撞、吸积而逐渐变大。大约在相当目前地—月系统存在的空间范围内,形成了一个质量大约相当于现在地球质量9/10的原始地球,和一个火星般大小的天体。这两个天体在各自的演化中,均形成了以铁为主的金属核和以硅酸盐组成的幔和壳。由于这两个天体相距不远,一个偶然的机会,这两个天体发生了碰撞,剧烈的碰撞不仅使地球的轨道发生了偏斜,而且使火星般大小的撞击体碎裂,壳和幔受热蒸发,膨胀的气体“裹胁”着尘埃飞离地球。这些飞离的物质中还包括少量的地幔物质。火星般大小的天体碰撞后,被分离的金属核因受飞离的气体阻碍而减速,被吸积在地球上。

飞离的气体尘埃受地球的引力作用,一部分处于洛希极限内,一部分落在洛希极限外,呈盘状物出现。位于洛希极限外的物质通过吸积,先形成几个小天体,最后不断吸积,像滚雪球似的,形成了月球。

这一新的“大碰撞”假说,在某种程度上兼容了三种经典假说的优点,并得到了一些地球化学、地球物理实验的支持。

由于大碰撞假说认为,月球是撞击后飞离的物质凝聚而成,这样就不必要求月球的运行轨道非要与地球赤道面重合不可。此外,由于月球的大小取决于飞离物质的多少,因此也不必考虑为什么地、月的质量比远大于其他行星和它的卫星了。

从物质组成看,由于该假说认为月球是由碰撞体和少量地幔组成的,这就解释了月球密度为什么较低,没有像地球那样的金属核。另外由于碰撞所产生的高温使易挥发的元素蒸发掉,从而也解释了月球上为什么富集难熔元素,而缺少易挥发元素。

目前,大碰撞假说还未得到天文学家的普遍承认,要做到进一步改进和完善,这需要做很多工作。

天文学家无论是在讨论经典假说还是大碰撞假说时,都把月球看做是地球的一颗卫星,而不久前有人提出了一个新奇的观点,认为月球原来是太阳系的一颗行星。

月亮真的离地球越来越远吗

月亮离地球有38万千米之遥。科学家在研究地球上一种罕见的“玻璃体”

时,没想到竟然在月亮上找到了答案;而当科学家在研究生活在太平洋中的鹦鹉螺时,却又发现月亮正悄悄离地球而去。

1787年以来,在中国、美国、菲律宾、象牙海岸和澳大利亚等地,先后发现了一种细小的“玻璃体”,有淡绿色的,也有棕黄色的,一般像胡桃大小,最小的像米粒,最大的像柚子。它们的形状也多种多样,有的呈球形,有的呈扁圆形,而且含水量比任何岩石都低。

这种自然玻璃体在地球上是罕见的,它们是从哪儿来的呢?

许多年来,科学家们一直在寻找它的来源,但始终是个谜团,无法找到答案。有人说,这些玻璃体是陨石从地球外面进入大气层时重新熔化后形成的,所以叫它“玻璃陨石”;也有人说,大陨石撞击月面时产生的高温和高压引起爆炸,使岩石粉末和石块抛向四面八方,形成了辐射纹,其中一部分飞离月亮,落到了地球上。

1961年,“阿波罗11号”登上月亮以后,人类的足迹在月亮上出现。在月亮上,人们发现这种玻璃体到处都有,俯拾即是。“阿波罗11号”取回的月尘样品中,玻璃体占了1/2。玻璃体有着不同的形态,有球形、椭球形、拉长状、不规则哑铃状,表面还有着许多大小不等的空洞,这就足以证明地球上的玻璃体来自月亮。

1978年10月,英国《自然》杂志报道,美国地理学家普林斯顿大学的卡姆和科罗拉多州立大学的普姆庇对鹦鹉螺进行了研究,解剖了千百只鹦鹉螺后,发现它们是一种奇妙的“时钟”,外壁上的生长纹默默地记载着月亮在地质年代中的变化历程。

这又是怎么回事呢?原来,生活在太平洋南部水域里的一种鹦鹉螺,是地球上的“活化石”。它是一种奇异的软体动物,身上背着一个大贝壳,外貌同蜗牛有点相似,外壳呈灰白色,腹部洁白,背部有棕黄色的横条纹。壳内由隔膜分隔成许多“小室”,最外的一个小室最大,是它居住的地方,叫“住室”。

以后的其他小室,体积较小,可贮存空气,叫做“气室”。隔板中央有细管连通气室和肉体。鹦鹉螺依靠调节气室里空气的数量,使自身在海中沉浮,夜间来到洋面吸取氧气,白天就转移到海洋深处,改为厌氧呼吸。鹦鹉螺在吸取氧气的时候,要分泌出一种碳酸钙,并在它的贝壳出口处储存起来。

白天,在厌氧呼吸过程中,碳酸钙会慢慢地溶解,并留下一条条小槽———生长纹。

有趣的是,鹦鹉螺的壳很大,由许多弧形隔板分成许多个小室,每个气室之间的生长纹约30条,同现代的朔望月十分接近。生长纹每天长一圈,气室一个月长一隔。

两位美国学者还考察研究了新生代、中生代和古生代的鹦鹉螺化石,发现同一地质年代化石生长纹相同,不同地质年代化石的生长纹就不同:新生代渐新世的螺壳上是26条;中生代白垩纪的螺壳上是22条;侏罗纪的螺壳上是18条;吉生代石炭纪的螺壳上是15条;奥陶纪的螺壳上是9条。由此,人们可以设想到,在4亿多年前,月亮绕地球一周是9天,而随着时间的变迁,月亮的公转周期,逐渐变成15天、18天、22天、26天,而现在则是29天多。

他们还作了进一步推算,所得的结果是4亿年前,月亮和地球之间的距离只是现在的43%左右,7000年来,月亮以每年94.5厘米的速度在离地球远去。

月亮是地球的天然伴侣,从它开始围绕地球旋转第一圈的时候,就已经存在离开地球的可能,只是因为它被地球强大的吸引力给“挽留”住,所以没能很快离开,那么,今后会怎样呢?另一些科学家通过对日食的观察,根据3000年间的天文记录的计算,发现月亮正在以每年5.8厘米的平均速度,慢慢地离地球远去。

科学家得出的月亮脱离地球的速度虽然不同,但一致的是,月亮正在缓慢地离地球而去,长此下去,月亮在千百万年、几亿年甚至几十亿年以后会飞离地球,逃之夭夭。到那时,随着科学的进步,人类有可能运用自己的智慧来挽留这颗美丽的星球。

中秋节的月

中秋节是我国人民很重视的一个合家团圆的节日。

中秋节晚间,一轮圆月高高挂起,天空也好像被洗过了似的,湛蓝湛蓝的,洒在地上的银白色月光,给人宁静、安谧的感觉。怀着舒畅和美满心情的人们抬头望明月,觉得月色特好,月亮格外明亮。“月到中秋分外明”的说法流传得非常之广。

一般说来,中秋前后是一年中天气最好的季节。在这之前,在夏季的很长一段时间里,从海洋上吹来的、湿度很大的暖空气,一直滞留在我国好些地区的上空,月光是很难穿过云层和它所含的水汽的,所以我们从地球上看月亮,觉得它好像老是披了一层薄薄的白纱,发出柔和的光辉,但并不那么皎洁。

每年8月份之后,从北方吹来干燥而有点寒意的空气,把暖而湿的空气驱跑了,天高气爽,天空透明度加大,人们觉得月亮也似乎变得分外明亮了。

从天文学的角度来说,谈论像中秋月那样的满月亮度,至少要考虑这么几个问题:它的反照率、它是否最圆、距离远近也就是圆面大小等。