1.月球的角色
我們的月亮看上去是獨一無二的,而且在地球生命的演化過程中扮演著舉足輕重的角色。月球使得地球的自轉軸傾角(現在是23.5度)穩定下來,使它的變化不超過1度。如果沒有月亮,這個傾角將發生顯著改變,地球上的氣候環境也將大不一樣。與沒有類似的天然衛星的火星(它的兩顆衛星:福博斯和德莫斯都太小了,它們的影響幾乎可以忽略不計)相比,由於沒有這種穩定力的作用,火星的自轉軸以大約100000年的周期在11度到35度之間變化。生命的演化依賴於長期穩定的氣候。如果地球的自轉軸在較短的時間內發生劇烈變化,這種穩定性將喪失,我們所熟悉的生命就不會演化出來。看來我們要向月球表示由衷的感謝,正是它使我們的存在成為可能。
月球對地球造成的最明顯的影響是潮汐現象。潮汐摩擦使得地球的自轉變慢,而且這個過程至今仍在持續。它導致的另一個重要的結果是使得地球和月球之間的距離變大,它們間的距離每年增大4厘米。
不難想象,地球也對月球產生類似的效應,而且地球的質量是月球的80倍,因此它的影響應該更大。很久以前,月球的自轉就因為潮汐摩擦而變慢,直到變成被“俘獲”的狀態,或稱為“同步自轉”,意思是說它的自轉周期精確等於公轉周期。結果就是月球總是以同一麵朝向地球。請務必記住,雖然月球總是以同一麵對著我們,但它並不總以同一麵朝向太陽,認為月球的背麵總是暗無天日的想法是完全錯誤的。事實是在月球的背麵將永遠看不到地球,但月球兩麵的晝夜情況是完全一樣的。
月球的自轉速率很快就變成了一個常數,但是它在繞地球的軌道上的公轉速度並不是固定不變的。根據太陽係裏的普遍公轉規律,月球在“近地點”(即它與地球最接近的那一點)時公轉速度最快,在別處則要慢一些。因此,它在軌道上的位置和自轉過的角度也不是完全一致的。結果,從地球上看,月球看上去在輕微地來回擺動。有時候我們能看到西部邊緣更多一點的區域,有時又能看到東部邊緣更多的區域。這種效應與其他一些更輕微的小“天平動”(即這種擺動的天文專業術語)疊加在一起導致的總效果就是,我們從地球上能看到月球總表麵的59%,當然在同一時刻最多隻能看到50%。隻有41%的月表是我們無法看到的。
2.月亮的概況
月球
月球(moon)俗稱月亮,也稱太陰。月球就是最明顯的天然衛星的例子。在太陽係裏,除水星和金星外,其他行星都有天然衛星。月球的年齡大約也是46億年,它與地球形影相隨,關係密切。月球也有殼、幔、核等分層結構。最外層的月殼平均厚度約為60-65公裏。月殼下麵到1000公裏深度是月幔,它占了月球的大部分體積。月幔下麵是月核,月核的溫度約為1000度,很可能是熔融狀態的。月球直徑約3476公裏,是地球的3/11。體積隻有地球的1/49,質量約7350億億噸,相當於地球質量的1/81,月麵的重力差不多相當於地球重力的1/6。
月球上麵有陰暗的部分和明亮的區域。早期的天文學家在觀察月球時,以為發暗的地區都有海水覆蓋,因此把它們稱為“海”。著名的有雲海、濕海、靜海等。而明亮的部分是山脈,那裏層巒疊嶂,山脈縱橫,到處都是星羅棋布的環形山。位於南極附近的貝利環形山直徑295公裏,可以把整個海南島裝進去。最深的山是牛頓環形山,深達8788米。除了環形山,月麵上也有普通的山脈。高山和深穀疊現,別有一番風光。
月球的正麵永遠向著地球。另一方麵,除了在月麵邊沿附近的區域因天秤動而間中可見以外,月球的背麵絕大部分不能從地球看見。在沒有探測器的年代,月球的背麵一直是個未知的世界。
月球背麵的一大特色是它幾乎沒有月海這種較暗的月麵特征。而當探測器運行至月球背麵時,它將無法與地球直接通訊。
月球約一個農曆月繞地球運行一周,而每小時相對背景星空移動半度,即與月麵的視直徑相若。與其他衛星不同,月球的軌道平麵較接近黃道麵,而不是在地球的赤道麵附近。
相對於背景星空,月球圍繞地球運行(月球公轉)一周所需時間稱為一個恒星月;而新月與下一個新月(或兩個相同月相之間)所需的時間稱為一個朔望月。朔望月較恒星月長是因為地球在月球運行期間,本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。
因為月球的自轉周期和它的公轉周期是完全一樣的,我們隻能看見月球永遠用同一麵向著地球。自月球形成早期,月球便一直受到一個力矩/url]的影響引致自轉速度減慢,這個過程稱為潮汐鎖定。亦因此,部分地球自轉的角動量轉變為月球繞地公轉的角動量,其結果是月球以每年約38毫米的速度遠離地球。同時地球的自轉越來越慢,一天的長度每年變長15微秒。
月球對地球所施的引力是潮汐現象的起因之一。月球圍繞地球的軌道為同步軌道,所謂的同步自轉並非嚴格。由於月球軌道為橢圓形,當月球處於近日點時,它的自轉速度便追不上公轉速度,因此我們可見月麵東部達東經98度的地區,相反,當月處於遠日點時,自轉速度比公轉速度快,因此我們可見月麵西部達西經98度的地區。這種現象稱為天秤動。又由於月球軌道傾斜於地球赤道,因此月球在星空中移動時,極區會作約7度的晃動,這種現象稱為天秤動。再者,由於月球距離地球隻有60地球半徑之遙,若觀測者從月出觀測至月落,觀測點便有了一個地球直徑的位移,可多見月麵經度1度的地區。這種現象稱為天秤動。
嚴格來說,地球與月球圍繞共同質心運轉,共同質心距地心4700千米(即地球半徑的2/3處)。由於共同質心在地球表麵以下,地球圍繞共同質心的運動好像是在“晃動”一般。從地球北極上空觀看,地球和月球均以迎時針方向自轉;而且月球也是以迎時針繞地運行;甚至地球也是以迎時針繞日公轉的。
很多人不明白為甚麼月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值會有這麼大的變化。其實,軌道傾角是相對於中心天體(即地球)而言的,而自轉軸傾角則相對於衛星(即月球)本身的軌道麵。在這個定義習慣很適合一般情況(例如人造衛星的軌道)而且是數值相當固定的,但月球卻非如此。
月球的軌道平麵(白道麵)與黃道麵(地球的公轉軌道平麵)保持著5.145396°的夾角,而月球自轉軸則與黃道麵的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完美球形,而是在赤道較為隆起,因此白道麵在不斷進動(即與黃道的交點在順時針轉動),每6793.5天(18.5966年)完成一周。期間,白道麵相對於地球赤道麵(地球赤道麵以23.45°傾斜於黃道麵)的夾角會由28.60°(即23.45°+5.15°)至18.30°(即23.45°-5.15°)之間變化。同樣地,月球自轉軸與白道麵的夾角亦會介乎6.69°(即5.15°+1.54°)及3.60°(即5.15°-1.54°)。月球軌道這些變化又會反過來影響地球自轉軸的傾角,使它出現±0.00256°的擺動,稱為章動。
白道麵與黃道麵的兩個交點稱為月交點--其中升交點(北點)指月球通過該點往黃道麵以北;降交點(南點)則指月球通過該點往黃道以南。當新月剛好在月交點上時,便會發生日食;而當滿月剛好在月交點上時,便會發生月食。
在中華人民共和國古代神話中,關於月亮的故事數不勝數。像嫦娥奔月:
相傳,遠古時候有一年,天上出現了十個太陽,直烤得大地冒煙,海水枯幹,老百姓眼看無法再生活去。
這件事驚動了一個名叫後羿的英雄,他登上昆侖山頂,運足神力,拉開神弓,一氣射下九個多餘的太陽。
後羿立下蓋世神功,受到百姓的尊敬和愛戴,不少誌士慕名前來投師學藝。奸詐刁鑽、心術不正的蓬蒙也混了進來。
不久,後羿娶了個美麗善良的妻子,名叫嫦娥。後羿除傳藝狩獵外,終日和妻子在一起,人們都羨慕這對郎才女貌的恩愛夫妻。
一天,後羿到昆侖山訪友求道,巧遇由此經過的王母娘娘,便向王母求得一包不死藥。據說,服下此藥,能即刻升天成仙。
然而,後羿舍不得撇下妻子,隻好暫時把不死藥交給嫦娥珍藏。嫦娥將藥藏進梳妝台的百寶匣裏,不料被蓬蒙看到了。
三天後,後羿率眾徒外出狩獵,心懷鬼胎的蓬蒙假裝生病,留了下來。
待後羿率眾人走後不久,蓬蒙手持寶劍闖入內宅後院,威逼嫦娥交出不死藥。
嫦娥知道自己不是蓬蒙的對手,危急之時她當機立斷,轉身打開百寶匣,拿出不死藥一口吞了下去。
嫦娥吞下藥,身子立時飄離地麵、衝出窗口,向天上飛去。由於嫦娥牽掛著丈夫,便飛落到離人間最近的月亮上成了仙。
傍晚,後羿回到家,侍女們哭訴了白天發生的事。後羿既驚又怒,抽劍去殺惡徒,蓬蒙早逃走了。氣得後羿捶胸頓足哇哇大叫。悲痛欲絕的後羿,仰望著夜空呼喚愛妻的名字。這時他驚奇地發現,今天的月亮格外皎潔明亮,而且有個晃動的身影酷似嫦娥。
後羿急忙派人到嫦娥喜愛的後花園裏,擺上香案,放上她平時最愛吃的蜜食鮮果,遙祭在月宮裏眷戀著自己的嫦娥。
百姓們聞知嫦娥奔月成仙的消息後,紛紛在月下擺設香案,向善良的嫦娥祈求吉祥平安。從此,中秋節拜月的風俗在民間傳開了。
3.關於月球的基本知識
1.月球的年齡
經對月球上的岩石標本研究表明,結果簡直令人難以置信。從月亮上采集的90%的岩石標本要比地球上90%的最古老的岩石還要古老。由宇航員尼爾.阿姆斯朗從靜海收集到的第一塊岩石被測定具有超過36億年的曆史,其他岩石經鑒定後,證實具有43億年、45億年和46億年的年齡。其中有一塊岩石存在年代更久,經研究竟然已經存在有53億年之久了。相比之下,在地球上被發現的最古老的岩石隻有37億年。於是一些科學家認為,月球形成的時間遠比我們的太陽係形成的時間要早。