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第10章 认识月食的主角——月亮(1)

月亮是月食的主角,关于月亮,民间流传着很多美丽的传说和神话,那都是古时候人们无法科学地解释月亮的形成与圆缺变化而想象出来的。月球是地球唯一的一颗天然卫星,也是离地球最近的天体,随着科技的进步,人们已经对月食的主角——月亮了解得比较透彻了,然而尽管人们了解了很多关于月亮的知识,但是仍有一些知识人们还不太清楚。比如,关于月亮的身世,就是一个还没有办法解释的谜团。这些还需要广大的青少年朋友长大以后去探索、去研究。

无法追寻的身世之谜

月亮是地球最近的伴侣,是人们探索宇宙的第一站。但是,月亮是从哪里来的呢?它是怎样形成的呢?对它的身世,人们至今还没有弄清楚。

一个多世纪以来,科学家们相继提出了许多月球成因的假说,总的说来有分裂说、俘获说、同源说和碰撞说4大类。

月亮(1)提出分裂说的科学家认为,地球和月球原来是一个行星。当这个行星还处于熔融状态时,由于星体高速的自转,行星从赤道带上甩出了一大块物质,月球就是由这块物质形成的。

分裂大致发生在地球已形成地核以后,月球是含金属很少的地球中间层——地幔分出去的。所以月球的化学组成与地幔相似,而与整个地球的平均成分不同。月球的实际情况正是如此,分裂说似乎很有说服力。

然而,科学家经过计算后发现,如果让液态地球物质从赤道分离出去,地球的自转速度必须很快,自转一周应不大于2.65小时。

问题出现了。地球自转一周的时间不能大于2.65小时,那是多么快的速度啊!是什么原因使地球自转得这样迅速的呢?分裂说没有提供令人满意的证据。

如果月球是从赤道上飞走的,那么它的轨道平面应该与地球赤道平面相一致。但事实上,月球轨道平面与地球赤道平面有一个不小的夹角。这又是为什么呢?分裂说也没有回答。

(2)俘获说的提出者认为,地球和月亮诞生在同一块太阳星云里。月亮诞生以后,起初独自绕太阳公转。后来由于天体的碰撞或其他的原因,它走近地球,冷不防被地球的引力抓住俘获,于是就变成了地球的卫星。这一戏剧性的事件,大约发生在35亿~40亿年前的某一个时期。

地月系他们还认为,月球和地球的化学组成及密度不同,它们有各自不同的来历。而且行星捕获一些小天体成为自己的卫星,也时有发生。

但是,使人费解的是月亮不同于一般的小天体,要俘获它是很不容易的。月球原先绕日公转速度很快,当它接近地球时,必须大大减慢速度才有可能被地球的引力捉住,原则上不是从地球身边溜走,就是撞在地球上。它是怎样轻易地就作了别人的俘虏的呢?

一些学者对地球捕获月球的过程进行了详细的分析计算,对月球在接近地球时,会不会放“慢步”,专门做了研究,但结果令人遗憾。另外,科学家根据氧同位素测定,认为地球和月球的物质有近缘关系,而不像是从前离得很远以后才被俘获的。

(3)地球和月球同源说的学者认为,月球和地球是一对孪生兄弟,是双双相伴而在同一块星云中诞生的。

月亮成为地球的伴侣,不是偶然事件凑合成的,完全是自然而然的事。不过,同胞兄弟应十分相像,但实际上它们的成分差异很大,又如何解释呢?

经过一段时间的思索,有些学者作出了这样的假设:地球和月球虽然是由同一块星云形成的双星,但形成方式和时间上有先有后。地球是凝聚,铁金属“装备”了地球。剩余的物质凝集成了月球,所以它们虽然是孪生却不太相像。

(4)研究月球起因的不少学者认为,碰撞能说明许多月球成因的难题,天体的碰撞时有发生。月球碰撞形成的假说听起来似乎离奇,但却有较大的可能性。

主张碰撞的学者认为,在地球形成后不久,一个来自太阳系内部的,像火星那样大的天体,以11千米/秒呈斜角碰撞了地球。这一碰不仅使地球自转变快了,同时在碰撞最强的部位,抛出了许多因撞击加热而气化了的岩石物质。这些气体先是绕地球转动,而后凝聚成了月球。撞击物质中既有地球的,也有撞击者留下的。

由于地球和那个肇事天体的碰撞是在双方岩石外层和地幔部位发生的,这就形成了月球物质组成中缺铁而多岩石的现状,而成分与地球又有一定的亲缘关系。

各种说法都有自己的道理,但是又都有一些难以解释的问题存在。那么月球究竟是怎么形成的呢?我们相信在不久的将来,科学家们一定会给我们一个合理的解释的。

月亮的真面目

虽然人们至今无法解释月球的身世,但是它自从诞生之日起就充当起了地球忠诚的卫士,这是不争的事实。月球,我国古时候称太阴,民间叫月亮。它还有几个高雅的名字——素娥、婵娟、嫦娥、玉盘、冰镜……

月球是地球独一无二的卫星,哥白尼称它为地球的卫士。自从它诞生以来,在数十亿年的漫长岁月里,它始终与地球形影不离。它是地球唯一的天然卫星。像地球一样,它是一颗坚实的固体星球。它一面绕着地球转,一面和地球一道绕太阳运行。

在前文中我们已经提到,在民间传说中,月亮是一个美好的世界,其中广寒宫尤其令人心驰神往:白玉石的台阶,白玉石的柱子,飞檐戏彩,碧瓦流丹,是神仙居住的地方。传说,唐明皇游月宫时,广寒宫里一片仙乐之声,众仙女挥袖舞袂,载歌载舞,唱起了《羽衣霓裳曲》。

遗憾得很,被称为天堂和仙境的广寒宫原来是徒有虚名的。400多年前,意大利著名科学家伽利略自制了一架望远镜。1609年末,他用这架望远镜首次观察了广寒宫。这是人类第一次用望远镜观测别的星球。

由于伽利略一举成功,从此开创了光学天文的新时代。但是,伽利略没有看到广寒宫的雕梁画栋,没有看到嫦娥仙子的婀娜舞姿,也没有看到白毛红眼睛的小白兔。

事实上,自从人类注视天空以来,用眼睛远眺,拿望远镜遥望,用仪器测绘拍照,尤其是自1959年苏联“月球—1号”绕月飞行以来,探访月球的飞船将近100艘,并有6批12人登上了月宫。

由于望远镜遥望和宇航员的亲临拜访,目前人类对月球的了解远远超过对南极和大洋的底部。按照现代人对月球的认识,被誉为广寒宫的月亮上既无空气又无水,是一片毫无生气的不毛之地。由于没有空气,失去了传播声音和散射阳光的媒介,因此,月亮上听不到声音,见不到蓝天,整天昏昏然暗黑一片,即使在阳光高照的“白天”,天空依然明星高照,星斗阑干。

由于没有空气保温,月球的表面温度变化相当剧烈。白天,中午的温度高到127℃,比我国最热的地方——吐鲁番盆地还要热得多。夜晚,黎明前的温度降到-183℃,比地球上冰天雪地的两极地区还要寒冷。

月亮是一个不大的天体,平均直径是3476千米,大约是地球的3/11。根据它的直径,就能计算它的表面积和体积。月亮的表面积是3800万平方千米,相当于地球表面积的1/14,比4个中国还要小。月球的体积是220亿立方千米,只有地球体积的1/49。

也许你会感觉很奇怪,既然太阳比地球大得多,地球又比月亮大得多,为什么看起来太阳和月亮差不多一样大呢?

原来我们看到的星球大小叫视大小。视大小由它们的角直径度量。所谓角直径,就是天体的圆面直径在观测者眼睛里所张的角度。这个角度由天体的直径和它到观测者距离的比值决定的。

月面像一面明镜,太阳像一只圆盘。太阳的直径大约是月亮的400倍。太阳到地球的距离也大约是月亮的400倍,因此两者的角直径大体相同,所以看起来它们大小差不多了。

月亮的质量是分析它对地球上物体所产生的吸引力得出来的。根据万有引力定律,月亮对地球上物体的吸引力,同月亮和被吸引物体的质量成正比,同它们之间的距离平方成反比。被吸引物体的质量是已知数,月亮到地球的距离也已经知道,只要测出被吸引物体受到月亮的吸引力是多少,立刻就能算出月亮的质量。

用什么作被吸引物体呢?最适当的当然是海水。月亮默默地吸引海水,使海水每日升高2次,这叫潮汐。

精确地研究潮汐时海水升高的高度,便可以测出月亮的吸引力,因而可以测量出月亮的质量。用这种方法确定的月球质量,约等于地球质量的1/81,即7400亿亿吨。

将月球的质量除以它的体积,就得到它的密度。月球的平均密度为3.34克/立方厘米,是地球密度的3/5,比组成地壳岩石的平均密度稍大一点。

根据月球的质量和半径,很容易计算出月球表面的重力,只有地球的1/6。就是说,一个在地面上重60千克的人,到了月球上,体重只有10千克,和地球上一个抱在怀里的娃娃差不多重。

由于重力小,在月球上人人都是跳高健将。在地球上,朱建华曾经以2.39米的成绩成了世界跳高冠军。在月球上,要跳过2.39米是不费吹灰之力的。像朱建华这样的优秀运动员,跳过7米、8米是不成问题的。

由于重力小,在月球上举步行路十分艰难。首次登上月球的美国宇航员阿姆斯特朗从登月舱上下来,9级扶梯竟花了3分钟。看了他沿登月舱扶梯踉踉跄跄而下的镜头,真叫人捧腹大笑。

过去很长的时间里,人们生活在地球上,“坐地观天”,看到了奇观异景往往无法解释,只好乞求神话来帮忙。用肉眼看月亮,最明显的特征是明暗相间、影影绰绰的,古人把这些特征想象成桂花树、广寒宫、蟾蜍和小白兔。

用现代望远镜和其他仪器测量,以及宇航员在月球上的考察,都没捕获到兔子,相反,倒抓到了山和“海”。根据现在的认识,月球上是高低不平的,高的是山,凹的是“海”,主要结构有下面几种:

月球表面(1)“海”。说来奇怪,月亮上没有空气和水,哪里来的海?原来这是月球上明显的暗黑部分。它们是伽利略首先发现的。

1609年,伽利略用望远镜观测月球时,看到月面上亮的部分是山,可惜,他的望远镜放大倍率太低,看不清暗的部分是什么。他根据地球上有山有水的自然景色,把这些暗黑的部分想象为海洋,并给予“云海”、“湿海”和“风暴洋”之类的名称。实际上,月海是低凹的广阔平原。

“月海”

现在人们已经知道,月面的“海”约占可见月面的2/5。著名的月海共有22个,其中最大的是风暴洋,面积约500万平方千米,有半个中国大。其次是雨海,面积约90万平方千米。此外,月面上较大的海还有澄海、丰富海、危海等。

月面上不仅有“海”,还有“湾”和“湖”。月海伸向陆地的部分称为湾,小的月海称为湖。

(2)环形山。月面上山岭起伏,峰峦密布,最明显的特征是环形山。“环形山”来源于希腊文,意思是碗。通常把碗状凹坑结构称为环形山。环形山最大的环形山是月球南极附近的贝利环形山,直径295千米。其次是克拉维环形山,直径233千米。再次是牛顿环形山,直径230千米。直径大于1千米的环形山比比皆是,总数超过33000个。小的环形山只是些凹坑。环形山大多数以著名天文学家或其他学者名字命名。

环形山是怎样形成的呢?有2种理论。①认为是流星、彗星和小行星撞击月面的结果;②认为是月面上火山喷发而成的。现在看来,这两种方式都可以形成环形山。小环形山可能是撞击而成的,大环形山则可能是火山爆发的结果。

除“海”和环形山外,还有险峻的山脉和孤立的山。月面上的山有的高达8000米。它们大多数是以地球上山脉的名字命名的,例如亚平宁山脉、高加索山脉和阿尔卑斯山脉等。最长的山脉长达1000千米,高出月海3~4千米。最高的山峰在南极附近,高度达9000米,比地球上世界屋脊——珠穆朗玛峰还高。

(3)月面辐射纹。这是非常有趣的构成物,常以大环形山为中心,向四周作辐射状发散出去,成为白色发亮的条纹,宽约10~20千米。在向四周伸展出去的路上,即使经过山、谷和环形山,宽度和方向也不改变。典型的辐射纹是第谷环形山和哥白尼环形山周围的辐射纹。第谷环形山辐射纹有12条,从环形山周围呈放射状向外延伸,最长的达1800千米,满月时可以看得很清楚。

(4)月陆和峭壁。月面上比月海高的地区叫月陆,其高度一般在2~3千米,主要由浅色的斜长岩组成。在月亮的正面,月陆和月海的面积大致相等。在月亮背面,月陆的面积大于月海。经同位素测定,月陆形成的年代和地球差不多,比月海要早。

在月球表面上,除了山脉和“海洋”以外,还有长达数百千米的峭壁,其中最长的峭壁叫阿尔泰峭壁。

知识点《霓裳羽衣曲》

《霓裳羽衣曲》即《霓裳羽衣舞》,是唐朝大曲中的法曲精品,唐歌舞的集大成之作。直到现在,它仍无愧于音乐舞蹈史上的一颗璀璨的明珠。唐玄宗作曲,安史之乱后失传。在南唐时期,李煜和大周后将其大部分补齐,但是金陵城破时,被李煜下令烧毁了。到了南宋年间,姜夔发现商调霓裳曲的乐谱十八段。这些片断还保存在他的《白石道人歌曲》里。

月亮与地球的距离

月球作为一名“卫士”,同它的“主人”——地球是相处得很好的。它诞生40多亿年以来,始终围绕着地球不停地转动。

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