书城科普读物神秘的太空世界丛书:飞向月球
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第1章 神奇的月球(1)

月球,俗称月亮,是离地球最近的天体。在古代,由于受限于科学技术,人类对月球是陌生的,人们不知道月球的真面目,并给予了丰富的想象。实际上,月球是一个没有空气、没有生命的寂静世界。月球是环绕地球运行的一颗卫星,也是地球唯一的一颗天然卫星,其本身并不发光,只反射太阳光。月球亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。月球对地球有着很大的影响,比如潮汐现象就是其中之一。

但是,月球是神秘的,它的许多现象还等待人们去探索:月球究竟从何而来?月球土壤能杀菌吗?

月球真面目

月球是地球的唯一卫星,它的平均直径为3476千米,比地球直径的1/4稍大些。月球表面面积有3800万平方千米,略小于亚洲的面积。月球的质量约735×1019吨,相当于地球质量的1/81。像这种个头在太阳系中可以称得上大卫星了。

在太阳系中,木星有4颗大卫星,其中有2颗比月球大,另外,土星和海王星也各有1颗比月球大的卫星。然而,木星、土星和海王星都是巨行星,而像地球这样小的行星居然也有如此大的卫星,这就非常令人惊奇了。就地球之小和月球之大而言,地球和月球似乎共同组成了一对双行星。另一个将地球和月球看做是双行星的原因是其他行星还有质量更小的卫星,而月球只是地球唯一的卫星。

神奇的月球还好,1978年发现遥远的冥王星也有一颗相对较大的卫星。冥王星比月球还要小,它的卫星卡戎就更小了,不过它的大小达到了冥王星的1/10。在是否是双行星这点上,地球和月球的地位仅次于冥王星和卡戎。

月球以102千米/秒的速度在稍扁的轨道上绕地球公转,离地球最近时距离363300千米,最远时达405500千米,公转一周的时间是27日7小时43分115秒,为一个恒星月。像地球一样,月球也在自转,由于月球自转与公转同步,即月球自转1周的时间恰好等于公转1周的时间,所以月球总以同一面对着地球。有人说,这是月中嫦娥眷恋亲人,自己舍不得转向,也不肯让月亮转过脸去。

月面的重力差不多相当于地球重力的1/6,地球上一个60千克重的人,到了月球就只有10千克重了。由于月球上的引力小,因而它不容易吸住空气和水汽。月球是个荒漠和死寂的世界,没有人,没有任何生命,没有风雨变幻,甚至听不到一点声音。白天是一片刺眼的阳光,晚上是一片漆黑,没有黎明和黄昏,太阳刚一落山,就是一片黑暗。

由于月球的自转周期长,它的昼夜也比地球上的长得多,在经过2个星期漫漫长夜以后,紧接着就是2个星期的烈日当空。由于没有大气的调节作用,因此,那里的白天酷热无比,温度高达127摄氏度,夜里又奇寒无比,温度降至零下183摄氏度,温差竟达310摄氏度,如果月球上真的有人,也是无法生活下去的。

如果月球真是地球的姊妹,那两姐妹可真是一个天上,另一个在地下。

月球上是一个无大气、无水、无生命、冷热剧变的寂静世界。根据月面的地形特征(山、海、陆地、溪、谷、沟、湖、湾、沼、丘陵、坑或盆地及辐射纹等)可粗略地划分为3类:高地(月陆)、月海撞击坑和火山地形。月球上没有水,上述水域的名称是借用地球上的术语。

月球正面

月球正面是永远朝地球的一面,其显著地貌为深色的月海,早期宇航员以为真的是海洋。当熔解的岩石从月球外壳渗出,填满陨星撞击留下的洼地处,这些注满熔岩的盆地就形成了。在月面上即使是最大的风暴洋也比地中海小。月球表面密密麻麻布满了坑洞,包括环绕它们的月海和山脉。到目前为止,所有登月宇宙飞船都是在月球的正面着陆的。

月球背面

月球背面总是背向地球。在1959年10月4日前苏联发射的太空探测器“月球3”号运行到月球背后并发回第一批照片之前,月球背面的地貌始终是个谜。

月球背面的高地和海与月球正面的相比差异很大。月球背面分布着深深的撞击坑,而月海很少。月球背面的表面起伏比正面大得多,月球正面从最深的撞击坑底部到最高的中央峰顶部高度变化大约5千米;而在背面,表面高度变化达到16千米,这相当于从地球最深的海沟底部到珠穆朗玛峰的距离。

无所不在的环形山和撞击坑

在明亮的月球表面分布着一些阴影,古人把这些阴影想象成月球上的人影;伽利略认为月面上的阴暗部分可能是广大的水域。

然而,事实并非如此,那些黑灰色的大斑块是月面上广阔的平原,最早的观察者称它们为“海”,并且起了许多新奇的名字,如“静海”、“风暴洋”等,只不过月球上的“海”里根本没有水,只是一些光秃秃的盆地。“海”的面积约占月球总表面的30%,其余星罗棋布的白色高地,便是环形山。

月球上直径超过1000米的环形山有33000多个,直径小于1000米的则不计其数。最大的环形山是贝利环形山,直径达295千米。一般直径大于160千米的环形山,用普通小天文望远镜就可看到。大型环形山都冠以著名学者的名字,我国的石申、张衡、祖冲之、郭守敬和万户名列其中。

环形山有的相当高,最高的环形山是牛顿环形山,高达8788米。为什么月球上能有那么高的山脉呢?这是由于那里没有流水、冰河、风沙及雨雪侵蚀和风化的缘故。

陨星与月球相撞瞬间月球环形山是怎样形成的?为什么月球背面的环形山和正面的环形山大不一样?对于这一问题,目前比较流行的解释是月球环形山是由陨星碰撞和火山作用形成的。

绝大多数月球环形山是由陨星碰撞形成的。这一说法认为,陨星击中月球表面,产生冲击波,形成一个深坑,同时抛出圆锥形的大片巨石及其他碎片,它们随后坠落回表面;巨石回落产生了几个较小的环形山,它们环绕着第一个环形山,而较细小的碎片回落后形成地毯状覆盖物。一旦碰撞发生,陨星就被环形山吞噬,或者说被月球吸收,就好像水滴落入池塘时发生的现象一样。碰撞中心的物质会反弹,随后冻结起来。

另一些月球环形山是由火山作用形成的,这一说法认为:在月球内部熔岩和气体压力的作用下,部分月面向上凸起;气体和熔岩被喷发出来,冲出月面射向天空,如此一来,来自下面的压力就减小了,表面塌陷成环形山。这种火山型环形山不同于陨星型环形山。火山型环形山的四周没有辐射状条纹,邻近没有较小的环形山,中心也没有“山峰”。火山型环形山的存在,说明月球可能曾经具有非常活跃而灼热的内部区域。

月球自形成以来,碰撞一直就没有停止过。当太阳系在大约46亿年前形成时,空间中漂浮着大量的残骸,而且它们不时地轰击月球,之后撞击的势头才逐渐减弱。大约39亿年前一个称为晚期大轰击的时期,撞击频率再次增加。这种暴风骤雨般的轰击在比较短的时间里使月球伤痕累累,大约385亿年前晚期大轰击结束了,碰撞的频率即降至很低的水平,这种状态一直持续到今天。

月球的表面人类多次月球探测结果的统计表明,月面上直径大于1千米的环形山总数多达33000个以上。而直径在1~1000米间的撞击坑和小环形山约有3000亿个,此外还有无数个难于估计的直径小于1米的小撞击坑。

由于月球表面没有大气,小天体可以毫无阻挡地撞向月面,在撞击的瞬间,动能转化为热能。温度急剧升高并产生爆炸,形成一个比撞击体大得多的撞击坑。同时,爆炸时物质向四面八方飞溅,散落后堆积成环形山四周的隆起物。很多环形山中间凹陷的体积大致等于四周岩壁的体积,正说明了这些环形山是由撞击形成的。而撞击坑的中央山峰或环形凸起是因特别猛烈的撞击引起地层反弹造成的。

相对月球背面,月球正面月海多,环形山少,而且大多为火山型环形山。为什么月球正面发生过如此多的火山活动,又为什么月球背面发生过如此多的陨星撞击事件?有科学家推测,也许是因为地球在一定程度上阻碍了陨星与月球正面的碰撞,所以月球背面发生的陨星撞击事件相对较多;而月球正面有较多的火山爆发则可能是由于地球对月球地表下气体和熔岩的吸引造成的。但究竟如何,科学家们还不十分清楚。月球上没有空气,因此不能传播声音,如果你想与同伴说话,只能采用专门的通信设备。若偶尔有一颗小陨石撞到月球,能掀起万丈尘埃,却听不到一点声音。

月球表面因为没有水,没有任何生命,也就没有地球上的风化、氧化和水的腐蚀过程,月面一直保持着几十亿年前形成的地貌特征。

月球上的白天和黑夜的长度都相当于145个地球日,从日出到下一个日出,平均有约29个地球日。月球表面昼夜温差非常大,白天受阳光照射的地方,温度可高达约130摄氏度,比沸水还热:而夜间和阳光照射不到的阴暗处,温度会下降到约-180摄氏度。由于没有大气的阻隔,使得月面上日光强度比地球上强1/3左右。

月球直径是3476千米,大约等于地球直径的3/11。像地球一样,月球也是南北极稍扁,赤道稍隆起的扁球。它的平均极半径比赤道半径短500米,南北极也不对称,北极区隆起,南极区凹陷约400米。月亮的表面面积大约是地球表面积的1/14,比亚洲的面积还稍小一些;其体积是地球的1/49。换句话说,地球里面可装下49个月球。月球上的引力只有地球1/6,人在月面上走身体显得很轻松,稍稍一使劲就可以跳起来,航天员认为在月面上像袋鼠那样双脚跳跃着轻飘飘地会更容易前进。

知识点月球环形山的分类

环形山的构造十分复杂,种类也多。但是按它们形成的先后顺序来划分,基本上可分为古老型与年轻型两类。古老的环形山很不规则,大多已经坍塌,而在它的上面重叠着圆形的小环形山及其中央峰。这些高高在上的环形山都是比较年轻的山。它有单个的,有重叠的,有大有小。有个日本学者1969年提出一个环形山分类法,分为克拉维型(古老的环形山,一般都面目全非,有的还山中有山)、哥白尼型(年轻的环形山,常有“辐射纹”,内壁一般带有同心圆状的段丘,中央一般有中央峰)、阿基米德型(环壁较低,可能从哥白尼型演变而来)、碗型和酒窝型(小型环形山,有的直径不到1米)。

还原月球表面

月海是海吗

我们在地球上用肉眼就能看到的月球正面上的暗黑色斑块就是月海,它实际上是宽广的平原,一滴水也没有。这是由于早期的月球观察者在无法看清月面的情况下,只能凭借丰富的想象力,根据它们的外貌特征,用地球上的名字给它们取名。

月球上有20多个月海,如危海、丰富海、澄海、酒海、冷海、雨海、云海、湿海、风暴洋等。它们绝大多数分布在月球向着地球的一面,只有东海、莫斯科海和智海在月球背面。最大的月海叫风暴洋,面积达500万平方千米,相当于我国陆地面积的1/2。

月海

月海的地势相当低。静海和澄海比月球平均水准面低1700米,湿海低5200米,最低的是雨海东南部,“海底”竟在月球平均水准面之下6000多米。

月海是几百万年前熔岩从月球内部涌出并荡涤表面,由巨大的熔岩流形成的。因为在月海表面没有由于宇宙残骸撞击而形成的环形山,所以它们肯定是在月球表面受到石雨点般袭击之后形成的。月海中广泛分布着一种玄武质熔岩的岩石,地质学中称为玄武岩。玄武岩是由玄武岩岩浆沿着火山道喷到月球表面迅速冷却凝固而形成的。由于玄武岩岩浆中的钛、铁含量较高,冷却结晶时生成丰富的钛铁矿、橄榄石等暗色矿物,这导致它对阳光的反射率较低(只有7%~10%),所以该区域看起来就比较阴暗。

月湾、月沼与月湖

月湾清晰可见月海伸向月陆的部分称为月湾、月沼。有一些小的月海,即月面上较小的暗黑区域则称为月湖。

月湾有暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾等。月球正面最大的湾是露湾,位于风暴洋的最北部。它的面积比危海还要大。月球正面中央的暑湾和中央湾,属于风暴洋东部延伸进高地的部分,面积约为3万~4万平方千米。

月面上已知的月沼有3个,即雨海东部的腐沼、云海南部的疫沼和静海东部的梦沼,其面积均在2万~3万平方千米。

月球表面的月湖为数不多,面积最大的是梦湖,约7万平方千米。其他有死湖、春湖、夏湖、秋湖等。

月谷、月溪

月谷月球表面不少地区有一些暗色的大裂缝,弯弯曲曲绵延数百千米,宽度达几千米到几十千米,很像地球上的峡谷,于是把月面较宽的峡谷称为月谷,较窄的沟谷则称为月溪。最著名的月谷是阿尔卑斯大月谷,它长达130千米,宽约12千米,连接雨海和冷海,把月面上的阿尔卑斯山脉拦腰截断,很是壮观。月谷多出现在高地的较平坦区域,而月溪在高地和月海均有发现,在月面上是相当普遍的。其中著名的月溪就有二三十条之多。例如靠近静海的阿利亚代乌斯月溪长约250千米。

有些月谷和月溪是因火山爆发产生熔岩流的流动而形成的,有些是小天体撞击月面时形成的辐射纹的残余,个别月谷与月溪甚至是月面上许多小环形山和撞击坑成排分布形成的裂缝。