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月球鮮為人知的事實:一個腳印可保存數百年

北京時間9月26日消息,據國外媒體報道,月球是人們在夜晚最容易發現的天體,它是地球唯一的衛星,它在夜空中有時非常明亮,有時暈暗,隻露出小月牙狀。月相變化規律符合一次滿月至下一次滿月的變化過程,月球相位和軌道對於許多人而言是非常神秘的。例如:月球總是朝向相同一側,這種情況出現是由於它自轉和環繞地球的周期相同,都是27.3天。

我們看到滿月、半月或者新月,是由於月球反射太陽光線程度不同所致,同時,我們觀看到月球出現的月相變化還與月球與地球和太陽的相對位置有關。

雖然月球是地球的衛星,直徑大約3475公裏,比冥王星體積略大。它是太陽係第五大衛星,月球直徑是地球直徑的27%,比其它行星和衛星直徑比率小許多,這意味著月球對地球具有較大影響,對地球孕育生命具有促進作用。

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2013年5月26日,天體攝影學家安東尼?洛佩茲(Anthony Lopez)在靠近美國邊境的墨西哥華瑞茲市拍攝到一張滿月照片。 

月球如何形成?

目前,科學界有許多關於月球如何形成的理論觀點,但是近期證據表明,遠古時期一次巨大碰撞,撕裂部分地球質量形成月球。

月球形成的主流理論顯示,一次巨大碰撞導致地球原始部分分離,並環繞地球軌道運行。科學家暗示此次碰撞事件使地球損失大約10%的質量,體積相當於火星。由於地球和月球成分非常相似,研究人員推測此次碰撞事件發生在太陽係形成之後的9500萬年,月球形成過程花費了大約3200萬年時間。據悉,太陽係形成於大約46億年前。

2015年最新研究基於太陽係早期對行星軌道的模擬,以及在地球和月球上探測到鎢-182元素的差異性,進一步強調和支持該理論。雖然一次較大碰撞理論在科學界討論中占據主導地位,但是關於月球的形成還有其它一些觀點,其中包括:月球是從地球分離出來的,地球通過引力束縛月球。最新一項觀點認為,地球可能是從金星“竊取”月球。

內部結構

月球很可能擁有一個非常小的內核,隻占月球質量的1-2%,直徑大約680公裏,其主要成分可能是鐵,但也可能包含著大量硫和其它元素。

月球岩石地幔厚度大約1330公裏,主要是由富含鐵和鎂的致密岩石構成,遠古時期月球地幔岩漿向表麵湧動,火山活動持續了10億多年時間,從40億年前至30億年前。

月球頂部地殼平均深度為70公裏,其最外層受較大碰撞而產生分解,破裂地帶在表麵之下9.6公裏處暴露出月球內部物質。

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月球岩石地幔厚度大約1330公裏,主要是由富含鐵和鎂的致密岩石構成,遠古時期月球地幔岩漿向表麵湧動,火山活動持續了10億多年時間,從40億年前至30億年前。 

表麵成分

月球是一顆岩石衛星,數百萬年前大量小行星碰撞月球,導致其表麵遍布“疤痕”。由於月球沒有氣候變化,因此月球表麵的隕坑並未受到侵蝕。

月球表麵成分包括:43%的氧氣、20%的矽、19%的鎂、10%的鐵、3%的鈣、3%的鋁、0.42%的鉻,0.18%的鈦和0.12%的錳。

軌道飛行器在月球表麵發現了水的痕跡,這些水可能來自月球表麵深處。同時,科學家還觀測發現數百個隕坑,它們將成為月球表麵的長期勘測目標。

月球勘測軌道器(LRO)的持續觀測表明,月球南極斜坡上有大量水,雖然科學家警告稱,該水分含量與地球極端幹旱沙漠的含水量相近。此外,2017年一項最新研究顯示,月球內部可能存在大量水。

月球大氣層

月球的大氣層非常稀薄,所有一層灰塵或者一個腳印,數個世紀也不會遭受破壞。

同時,由於沒有太多的大氣,熱量不會在月球表麵聚集,所以溫度變化範圍不大。月球陽麵的表麵溫度可達到134攝氏度,月球陰麵的表麵溫度大約零下153攝氏度。

月球軌道特征

美國宇航局勘測的月球軌道數據如下:月球與地球的平均距離為384400公裏;月球近地點距離地球363300公裏;月球遠地點距離地球405500公裏;月球軌道周長2413402公裏;月球平均軌道速度為3680.5公裏/小時。

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天空觀測者尼克?羅斯(Nick Rose)在美國加州密爾布瑞拍攝的月全食景象。

月球軌道和地球之間的關係

月球引力對地球產生牽引作用,造成可預測的地球海平麵上升和海平麵下降。在較小程度上,潮汐也出現在湖泊、大氣層和地球地殼內部。

漲潮出現在海洋水位上升的時候,低潮出現在海洋水位較低的時候,受引力作用,地球上最接近月球的一側將出現漲潮,同時,由於海水慣性,漲潮也出現在距離月球最遠的地球一側。低潮出現在兩個潮峰之間。

同時,月球引力牽引也減緩了地球旋轉速度,這種效應叫做“潮汐製動(tidal braking)”,它使地球平均每100年一天長度增加2.3毫秒。地球損耗的能量被月球獲取,逐漸增大了與地球之間的距離,這意味著月球每年與地球的距離平均增加3.8厘米。

月球的引力牽引可能是地球成為宜居行星的關鍵因素,它通過調節地球軸傾角擺動角度使地球成為一顆宜居行星,這將產生一個相對穩定的氣候,在數十億年時間裏生命得以蓬勃發展。

月球並不會毫無損失地脫離地球,一項最新研究表明,地球引力在月球早期就將月球拉伸成一個畸形結構。

月食

在月食期間,月球、地球和太陽排成一線,月食出現在地球直接或者幾乎直接位於太陽和月球之間,地球的陰影落在月球上,僅在滿月的時候才出現月全食。

日食出現在月球直接或者幾乎直接位於太陽和地球之間,月球的陰影落在地球上,僅在新月的時候才會出現日全食。由於月球的陰影在地球表麵很小,所以隻有在非常小的區域範圍內才能觀測到罕見的日食。美國境內最近一次日全食發生在2017年8月,預計下一次日全食將出現在2024年4月。

月球季節

地球旋轉軸處於傾斜,這與黃道平麵有關,黃道平麵是地球環繞太陽公轉的一個虛擬表麵。這意味著地球南半球和北半球有時會根據一年的時間,朝向太陽或者遠離太陽,改變接收照射的太陽光線,並形成相應的地球季節。

地球軸傾角大約23.5度,但是月球軸傾角僅有1.5度,因此月球幾乎沒有季節變化,這意味著月球有些區域總是被陽光照射,而其它區域則總是被陰影籠罩著。

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觀測月相圖像,研究人員能夠分析殘月和凸月的盈虧變化差異。

探索&研究

一些古人認為月球是“一碗火”,然而其他人認為,月球是一麵鏡子,可以反射地球的陸地和海洋,但是古希臘哲學家們知道月球是環繞地球運行的一個球狀天體,月光反射太陽光線。希臘人還認為,月球的黑暗區域是海洋,而明亮區域是陸地,這些觀點影響了該區域的當前命名——“maria”和“terrae”,這兩個詞分別代表了海洋和陸地。

先驅天文學家伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)是第一個使用望遠鏡對月球進行科學觀測的科學家,他在1609年的研究報告中描述稱,月球是表麵崎嶇,並且分布許多山脈,這與他之前認為月球表麵光滑的大眾觀點完全不同。

1959年,前蘇聯發射一艘宇宙飛船碰撞在月球表麵,並拍攝傳回月球遠側麵第一張照片。這促使前蘇聯和美國展開一係列太空任務進行競爭,觀測分析月球表麵。多數最初觀測任務都是失敗的,或者僅是部分成功。然而,隨著時間推移,這些早期探測器傳回了關於月球表麵和地質曆史的信息,美國發射了“先鋒者”、“漫遊者”和“勘測者”係列太空任務,而前蘇聯則以“Luna”和“Zond”命名探測器。1959年,“Luna2號”探測器是首個碰撞月球的太空飛船,1966年,“Luna9號”探測器是首個軟著陸月球表麵的太空飛船。

上世紀60-70年代,美國宇航局派遣宇航員抵達月球軌道,並登陸月球表麵,1968年,美國“阿波羅8號”載人太空飛船抵達月球軌道,1969年,“阿波羅11號”派遣宇航員登陸月球表麵。毋庸置疑這是美國宇航局曆史上最輝煌的太空成就,在接下來的5次太空任務中,宇航員們從月球表麵采集了382公斤重的月球岩石和土壤樣本,返送到地球表麵進行研究。

月球仍是迄今唯一人類造訪的地外天體,科學家繼續研究月球岩石樣本,同時,伴隨著科學技術進步獲得了新的發現。例如:2016年,阿波羅15、16和17號探測器采集的月球樣本中發現水,這是一項令人關注的重大發現,之前研究分析認為這些月球岩石非常幹燥。

雖然1972年結束了人類登陸月球的探索活動,但是機器勘測任務仍在繼續。上世紀60-70年代,前蘇聯仍保持著月球探索活躍度,即使美國宇航局阿波羅號宇航員登陸月球表麵。1970年9月,前蘇聯“Luna 16”任務首次從月球表麵采集樣本送回地球,僅兩個月之後,前蘇聯部署了第一個機械月球車“Lunokhod 1”。1973年,部署了“Lunokhod 2”機械月球車,設定了長達40年的月球全表麵勘測任務,直到2014年“機遇號”火星車才取代它。

經曆了十幾年的“小插曲”,美國探月活動於上世紀90年代再度燃起,分別發射了“克萊門汀號”環月軌道探測器和“月球勘探者”探測器,這兩項太空任務表明水可能存在於月球極地。2009年發射月球勘測軌道器(LRO)和月球隕坑觀測與遙感衛星(LCROSS),進一步證實月球極地水的真實性。同時,上世紀90年代,其它太空項目已非常先進,足以讓新的國家開始探索月球,第一個成功的任務是日本“飛天號(Hiten)”和“繆斯-A號”探測器,於1990年發射升空。

2003年,歐洲航天局發射首個月球太空任務——“SMART-1”,之後2007年中國發射“嫦娥1號”探月飛船,2008年印度發射“月船1號(Chandrayaan-1)”飛船,然而2009年Chandrayaan-1飛船與地麵失去聯係。2013年,中國月球探索曆史取得了重大成績,“嫦娥3號”探月飛船完成月球登陸。

2011年,美國宇航局月球勘測軌道器傳回最完整的月球表麵地圖,其拍攝的月球表麵高分辨率圖像不僅提供關於水和地質的重要信息,還拍攝了各種航天器和火箭著陸和碰撞地點的照片。2017年,美國宇航局使用地球射電望遠鏡也發現了印度Chandrayaan-1飛船。

美國宇航局其它近期探月任務還包括:引力恢複和內部實驗室(GRAIL),它檢測了月球引力場,以及月球大氣和塵埃環境探測器(LADEE)。

並非國家機構對月球展開探索活動,2014年,首次商業公司發射太空任務對月球進行了研究分析,商業公司探索可能開啟月球采礦的第一步,盡管所有權和合法性仍存在巨大爭議。(葉傾城)

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一個腳印可保存數百年:月球上鮮為人知的事實

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