月球是地球唯一一颗天然卫星:
轨道半径: 距地球384,400千米
行星直径: 3476千米
质量: 735e22千克
古罗马人称之为Luna,古希腊人称之为Selene或阿尔特弥斯(月亮与狩猎的女神),另外在其他神话中它还有许多名字。
理所当然,月球早在史前就已被人所知道。它是空中仅次于太阳的第二亮物体。由于月球每月绕地球公转一周,地球、月球、太阳之间的角度不断变化;我们把它叫做一个朔望月。一个连续新月的出现需要295天(709小时),随月球轨道周期(由恒星测量)因地球同时绕太阳公转变化而变化。
由于它的大小与组成,月球有时被分为类地“行星”,与水星,金星,地球和火星分在一起。
月球由苏联飞行器月球2号于1959年代表人类第一次拜访,这也是人类第一次在非地球星体上探索。第一次在着陆则在1969年6月20日(你记得你在哪儿吗?);后一次在1972年12月。月球也是唯一一个被采回表面样本的星球。在1994年夏天,月球被Clementine飞行器大范围地作了地图映象。月球勘探者号如今正绕着月球转。
地球与月球之间的引力场形成了有趣的现象。最显而易见的便是潮汐现象。月球正对地球一点的引力为最大,反面一点则相对弱小一些。地球,特别是海洋并不是完全地固定的,而是朝月球方向略有延伸的。从地球表面为透视角观察的话,会看到地球表面的两个膨胀点,一个正对月球,另一个则正对反面。这效果对海洋比对因态地壳强烈得多,所以海洋处膨胀得更高。另外因为地球自转比月球在轨道上快,膨胀每天一次,每天的大潮一共有两次。
但是地球也并不完全是一个流体,地球的自转导致地球在正对月球下方的膨胀非常轻微。这意味着由于地球自转扭力及月球上的加速度影响,使地球与月球之间的影响力并不十分确切地存在于两球心连线上。这也使得地球不断向月球提供自转能量,使得自转速度每世纪减慢15微秒,也使月球公转地球轨道每年增加38米。(相反的结果也导致了火卫一和海卫一的不寻常公转轨道)。
不对称的引力交互作用也使月球自转同步。比如,它的轨道位相始终相对固定,使得朝向地球的一面不变。由于地球的自转因月球的影响而减缓,所以在很早以前,月球的自转速度也因地球而减缓,不过在那时作用力要强烈得多。当月球的自转速度减缓到适合自己轨道周期时(这样膨胀点就在地球正对点),就没有任何的多余扭力了,这样月球的情形就稳定了。这种情况也类似地发生在太阳系其他卫星上。最终,地球的自转也将慢到合适于月球周期,就像冥王星和冥卫一的情况一样。
自然,月球也显得不太稳定(由于它的不太圆的轨道)以致于较远端的一部分度数可不定时地看到,但大多数远端表面(左图)一直无法完全观测,直到苏联飞船月球3号1959年上天对其进行拍摄才解决了问题。(注意:这里并没有什么“黑暗面”在月亮上;月球的所有部分都能得到半日照时间。一些对“黑暗面”的称谓往往是指月亮不为人所见的另一面,因为“黑暗”有“不为人知”之意。这种称谓在今天不够正确)。
月球没有大气层。但是来自Clementine飞行器的证据表明可能在月球南极,处于永久阴暗面的大环行山处有固态水--冰。这如今已由月球勘探者号飞船证实。显然月球北极也有冰,这样未来月球探索的代价将略微便宜一些!
月球的外壳平均厚68千米,从Mare Crisium下的零公里到背面Korolev环行山的107千米。地壳下是地幔,可能也是它的内核。然而它并不像地球的地幔,月球的只是部分特别炽热。奇怪的是,月球的质心与它的几何地理中心向地球方向偏移了2千米。同样,在这一侧其地壳也较薄。
月球表面有两种主要地形:巨大的环形山与古老的高原和相对平滑与年轻的maria。maria地形(覆盖月球表面达16%)是由火山喷出的炽热的熔岩冲蚀出的。大部分的表面是由灰土层尘埃与流星撞击的石头碎片覆盖。出于未知的理由,maria地形集中于靠近于地球的一面。
大多数靠近地球的环形山,火山由科学历史上的著名的称谓命名,如第谷,哥白尼和托勒密。背面的则多用近代的命名,如阿波罗,加加林和Korolev(因为第一张照片由月球3号拍到,所以具有显而易见的俄罗斯偏向)。另外,类似于近地区,月球背面也有巨形环形山South Pole-Aitken,直径2250千米,深12千米,使它成为太阳系最大的撞击盆地,并在西侧形成了山中山,成了太阳系中重环山的典型。(从地球上看;左侧图的正中)。
阿波罗号和月球号计划带回了一块重382千克的石头样本。这些提供给了我们有关月球的详细知识。它们具有特别的价值,在月球上着陆后的廿年,科学家们还是在这快最期的样本上做研究。
月球表面上的绝大多数石头看来都有30到46亿岁,这与地球上的超过30亿岁的极稀少的石头有偶然的巧合。这样,月球就提供了太阳系早期历史的在地球上无法找到的证据。
根据早先的对阿波罗样本的研究,有关月球的起源并不一致,主要有三种理论:co-accretion同生说,主张地球与月球同时形成于太阳星云;fission分裂说,主张月球是由地球上分裂出去; capture捕捉说,主张月球形成于其他地方,后来为地球所捕捉。这些理论证据都不足,但是来自月亮石头的最新和最详细的信息引出了impact撞击说:地球曾被一个大物体(相当于火星大小甚至更大)撞击,月球则是由喷射出的部份形成。不断又有新信息被发现,但撞击说如今被广泛接受。
月球并没有全球性磁场,但是它的一些表面石头存有剩余的吸引力,表明月球早期曾有过全球性磁场。
由于没有大气和磁场,月球表面赤裸裸地遭受太阳风的攻击。在它剩余的40余亿年光阴里,大量来自太阳风的氢离子将植入其表面。由阿波罗返回的样本证明了它对研究太阳风的价值。月球上的氢可能在未来当作燃料使用。
月球的平均直径约为3476千米,比地球直径的1/4稍大些,月球的质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,体积是 2199×1010 立方千米,表面积有3800万平方千米,还不如我们亚洲的面积大。
中国的表面积是2010万平方公里,而月球的表面积是3800万平方千米,所以,月球的表面积相当于189个中国。
如何测出的月球质量?
古代天文学家对月亮的看法,即把它看成是一个庞大的世界。他坚持认为所有天体都纯粹是由光组成,不会有其他的物质。它们的大小就如同一片云或一个影子一样,并不重要。
那么,月亮质量到底有多大这个问题就变得越来越重要了。不过,怎么才能测量出它的质量呢?我们既不可能利用常规方法去称月亮,也没有能力去改变它的状态,总而言之,在地球上所能办到的一切在月亮上都不适用。你也不能到月亮上去,通过测量它表面的重力引力的大小来求出它的质量(这个方法在1969年之前是行不通的)。
怎么办呢?怎么才能在地球上测出月亮的重量?让我们想想有什么妙技,能不能借助一下我们通常见到的跷跷板来找到问题的答案。所谓跷跷板,它是一条长的平板,中间固定在一个能灵活转动的轴上,两边可以以轴为中心上下运动。让我们假设跷板的两头各坐上一个小孩。一个小孩将跷板压下去,直到脚着地。他用力蹬一下地,于是他坐的一头便升了上去,而另一边则降了下来。当另一头的小孩双脚着地后也用脚蹬一下地,于是他坐的一头又升上去了,而对面的一头又重新降下来了。这样重复地做下去,直到其中一个小孩不想再玩儿了为止。
可是,假如其中一个孩子比另一个孩子体重要重,当这个体重稍重的孩子坐在跷板的一头蹬一下地时,跷板只升高了一点儿,然后又降下来了,这是因为另一个体重轻的孩子没有足够的力气将跷板压下去,使其对边升上去。因此,跷跷板在这种情况下是不会体现出它的趣味性的。
使一头重一头轻的跷板保持平衡的窍门就在于让重的孩子向前挪一点儿位置。对于重的孩子来说,坐的位置越靠近中轴,就越不容易将自己的一边压下去,那么对轻的孩子来说,跷板压下去就越容易些。相反,对于重的孩子来讲,他坐的位置离轴越远,将跷板压下去越容易些,而轻的孩子想将跷板升上去的难度就越大。反复试验后最终会找到一个位置,能使两个小孩都有能力将跷板压下去,从而使跷板保持平衡。
如果分别称出两个小孩的体重,并测出当跷板两头保持平衡时他们各自离中轴的距离,你就会得出如下结论:当一个小孩的体重是另一个小孩的二倍时,那么体重轻的一方所坐的位置离中轴的距离是体重重的一方离中轴的距离的两倍。也就是说,如果只知道一个小孩的重量,同时也量出了当跷板平衡时,两个孩子各自所坐的位置到轴心的距离,就能知道另一个孩子有多重。这就是通常所说的“杠杆原理”。这个原理最初是由古希腊数学家阿基米德于公元前250年利用数学方法总结出来的。
地球和月亮所在的位置就好比是两个玩跷跷板的孩子所处的位置一样。地球的重力引力作用在月亮上,使得月亮围绕它旋转;而月亮的重力引力同样也作用在地球上,对地球来说,它存在着围绕月亮旋转的趋势。
假设地球和月亮的质量完全相等,那么它们之间相互旋转的趋势也相等。也就是说,地球和月亮都共同围绕着一个点运动,这个点就是地心和月心连线的中点,月亮和地球分别位于这个中心点的两边。
但是如果地球的质量比月亮的质量大,它们之间的支点(也就是重心)离地心就更近一些,就如同跷板的支点更靠近体重重的孩子那边一样。如果我们认为地球质量比月亮的质量要大很多,那么重心就离地心相当近,近到我们几乎可以近似地认为只有月亮在围绕地球旋转,而地球则保持静止不动。
当然,地球绝不是静止的。它每月也绕重心转一小圈儿。而地心总是处于离月亮很远的重心的一边。可以通过对一个月中恒星运动规律的研究而得出地球在一个月里绕这个小圈所经过的路径。地球每月绕这个小圈旋转时,恒星似乎也在相反的方向上绕小圈旋转。
地—月系统的重心离月心的距离是离地心距离的813倍,而地—月系统中心离地心的距离是4700公里,地表至地心的距离是1600公里。因此,在我们看来,好像在地—月系统中就只有月亮在转动。
也就是说,月亮的质量是地球的1/813(或者是12/100)。这个数字看上去不很大,但它仍旧说明月亮质量有740×1021千克重。
再有,由于月亮质量很小,所以它的重力引力也很小。可以设想一下,如果我们是站在月亮上,那么我们的体重就只有地球上的1/813重。但必须记住,因为月亮是一个小的天体,因此,我们从月表到月心比从地表到地心更近一些,也因此而增加了月亮表面的吸引力。也就是说,如果我们站在月亮上,我们也就有在地球上体重的1/6重
月球的平均直径为3475千米,相当于地球直径的27%;月球的表面积为3800万平方公里,只有地球表面积的1/14;月球的质量约为地球质量的1/81,体积只有地球体积的1/49月球没有磁场,重力只相当于地球的1/6月球的表面没有空气
月球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。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公里。月壳下面到1000公里深度是月幔,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度,很可能是熔融状态的。月球直径约3476公里,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1/80左右,月球表面的重力约是地球重力的1/6。 月球的正面地图
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。早期的天文学家在观察月球时,以为发暗的地区都有海水覆盖,因此把它们称为“海 ”。著名的有云海、湿海、静海等。而明亮的部分是山脉,那里层峦叠嶂,山脉纵横,到处都是星罗棋布的环形山,即月坑,这是一种环形隆起的低洼形。月球上直径大于1千米的环形山多达33 000多个。位于南极附近的贝利环形山直径295公里,可以把整个海南岛装进去。最深的山是牛顿环形山,深达8788米。除了环形山,月面上也有普通的山脉。高山和深谷叠现,别有一番风光 月球永远都是一面朝向我们(原因见后面解释),这一面习惯上被我们称为正面。另外一面,除了在月面边沿附近的区域因天秤动而中间可见以外,月球的背面绝大部分不能从地球看见。在没有探测器的年代,月球的背面一直是个未知的世界。月球背面的一大特色是几乎没有月海这种较暗的月面特征。而当人造探测器运行至月球背面时,它将无法与地球直接通讯。 月球2732166天绕地球运行一周,而每小时相对背景星空移动半度,即与月面的视直径相若。与其他卫星不同,月球的轨道平面较接近黄道面,而不是在地球的赤道面附近。 相对于背景星空,月球围绕地球运行(月球公转)一周所需时间称为一个恒星月;而新月与下一个新月(或两个相同月相之间)所需的时间称为一个朔望月。朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间,本身也在绕日的轨道上前进了一段距离。 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。亦因此,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。 从月球看地球
严格来说,地球与月球围绕共同质心运转,共同质心距地心4700千米(即地球半径的3/4处)。由于共同质心在地球表面以下,地球围绕共同质心的运动好像是在“晃动”一般。从地球北极上空观看,地球和月球均以顺时针方向自转;而且月球也是以顺时针绕地运行;甚至地球也是以顺时针绕日公转的,形成这种现象的原因是地球、月球相对于太阳来说拥有相同的角动量,即“从一开始就是以这个方向转动”。 很多人不明白为什么月球轨道倾角和月球自转轴倾角的数值会有这么大的变化。其实,轨道倾角是相对于中心天体(即地球)而言的,而自转轴倾角则相对于卫星。 月球的轨道平面(白道面)与黄道面(地球的公转轨道平面)保持着5145 396°的夹角,而月球自转轴则与黄道面的法线成15424°的夹角。因为地球并非完美球形,而是在赤道较为隆起,因此白道面在不断进动(即与黄道的交点在顺时针转动),每67935天(185966年)完成一周。期间,白道面相对于地球赤道面(地球赤道面以2345°倾斜于黄道面)的夹角会由2860°(即2345°+ 515°) 至1830°(即2345°- 515°)之间变化。同样地,月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎669°(即515° + 154°)及360°(即515° - 154°)。月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角,使它出现±0002 56°的摆动,称为章动。 白道面与黄道面的两个交点称为月交点--其中升交点(北点)指月球通过该点往黄道面以北;降交点(南点)则指月球通过该点往黄道以南。当新月刚好在月交点上时,便会发生日食;而当满月刚好在月交点上时,便会发生月食。 月球背面的结构和正面差异较大。月海所占面积较少,而环形山则较多。地形凹凸不平,起伏悬殊最长和最短的月球半径都位于背面,有的地方比月球平均半径长4公里,有的地方则短5公里(如范德格拉夫洼地)。背面未发现“质量瘤”。背面的月壳比正面厚,最厚处达150公里, 月球的背面地图
而正面月壳厚度只有60公里左右。 月球本身并不发光,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。平均亮度为太阳亮度的1/465000,亮度变化幅度从1/630000至1/375000。满月时亮度平均为 -127等(见)。它给大地的照度平均为022勒克斯,相当于100瓦电灯在距离21米处的照度。月面不是一个良好的反光体,它的平均反照率只有7%,其余93%均被月球吸收。月海的反照率更低,约为 6%。月面高地和环形山的反照率为17%,看上去山地比月海明亮。月球的亮度随而变化,满月时的亮度比上下弦要大十多倍。 由于月球上没有大气,再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大。白天,在阳光垂直照射的地方温度高达+127℃;夜晚,温度可降低到-183℃。这些数值,只表示月球表面的温度。用射电观测可以测定月面土壤中的温度,这种测量表明,月面土壤中较深处的温度很少变化,这正是由于月面物质导热率低造成的。 从月震波的传播了解到月球也有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳厚60~65公里。月壳下面到1,000公里深度是月幔,占了月球大部分体积。月幔下面是月核。月核的温度约1,000℃,很可能是熔融的,据推测大概是由Fe-Ni-S和榴辉岩物质构成。
基本数据
平均轨道半径 384,401千米 轨道偏心率 00549 近地点距离 363,300千米 远地点距离 405,500千米 平均公转周期 2732天 平均公转速度 1023千米/秒 轨道倾角 在2858°与1828°之间变化 升交点赤经 12508° 近地点辐角 31815° 默冬章 19 年 平均月地距离 384,400 千米 交点退行周期 1861 年 近地点运动周期 885 年 食年 3466 天 沙罗周期 18 年 10/11 天 轨道与黄道的平均倾角 5° 月球赤道与黄道的平均倾角 1° 赤道直径 3,4762 千米 两极直径 3,4720 千米 扁率 00012 表面面积 3976×10^7平方千米 体积 2199×10^10 立方千米 质量 7349×10^22 千克 平均密度 水的3350倍 赤道重力加速度 162 m/s2 (地球的1/6) 逃逸速度 238千米/秒 自转周期 27天7小时43分11559秒(同步自转) 自转速度 16655 米/秒(于赤道) 自转轴倾角 在360°与669°之间变化 与黄道的交角为15424° 反照率 012 满月时视星等 -1274 表面温度(t) -233~123℃ 平均23℃ 大气压 13×10-10 千帕 月球周期: 名称 数值(单位:天) 定义 恒星月 27321 661 相对于背景恒星 朔望月 29530 588 相对于太阳(月相) 分点月 27321 582 相对于春分点 近点月 27554 550 相对于近地点 交点月 27212 220 相对于升交点 月球的直径是地球平均直径的1/4,质量只是地球的1/81。
地球,直径12756千米,赤道半径6,3782Km,赤道周长400757Km是人类生存的唯一星球月球,直径约34748公里,大约是地球的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
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