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知识图解:人类登月谜团大揭秘

2016-08-16 来源:国外网站推荐 - 由[国外网站大全]整理 197

自古以来月球一直笼罩着神秘的面纱。首先,就让我们从月球的起源开始探究起:目前最主流的假说是大碰撞说,我们可以从月岩的定年研究得知,月球大约在45亿年前形成,相当于太阳系最初形成的3000至5000万年后。

知识图解:人类登月谜团大揭秘

而地球在形成之后,就被一个大小和火星差不多的天体撞击,天文学家将这个天体命名为忒伊亚(Theia)。这场撞击所产生的残骸散落在地球附近,最后凝聚成今日我们所称的月球。至于月球的组成成分究竟是来自地球,还是当初撞上地球的小行星,又或是两者皆有,至今仍备受争论。

月球是天空中第二亮的天体,亮度仅次于太阳,它以各种不同的方式影响着地球上的生命。月球、地球及太阳的重力交互作用让海洋有了潮汐,每天的长度也因此微幅增加;我们还根据月相制定了历法。直到1959年,苏联太空船登陆月球之前,我们都只能从遥远的地球对月球进行研究。1969年,人类首度踏上月球;直至今日,月球仍是宇宙中除了地球之外,人类唯一驻足停留之处。

历经数十年的研究,我们总算对这颗卫星有了多一点了解。我们知道月球内部和地球一样有分异作用,分为​​核心、地函和地壳。核心部分富含铁,液态外核包围着中央的固态核心,核心和其他部分相较之下小得多,半径仅约350公里,约为月球半径的20%。在核心外围,是500公里厚的部分熔融边界层,科学家认为这是月球形成后不久,地函的岩浆海洋冷却结晶所形成;至于地函,这层坚硬的岩石有1000公里厚。月球的地壳也是岩质,厚度约60至100公里。对月岩进行分析后,科学家发现大部分的月球地壳是由铝和钛组成,且含有大约等量的三斜铁辉石(pyroxferroite)和矽钛锆铁矿(tranquillityite),科学家最初在月球发现上述两种矿物,但后来在地球上也有找到。月球的表层被破碎的岩石粉末覆盖,这层风化层有着如雪片的质地,闻起来还有些火药味。

太空人在月球上都要戴着头盔也是有原因的:月球的大气非常稀薄,大气中没有氧气、氮气或氢气。事实上,月球大气的总量不到10吨,因此太阳风能够长驱直入,撞击月球表面形成溅射,使粒子喷洒进入大气。月球内部也会放出挥发性气体,使表面出现释气现象,这些过程会持续产生钠、钾以及氩、氡、钋的化合物,太阳风则会带来氦-4,因此我们能在月球大气中找到这些物质。至于存在于地球上的氧和其他中性元素,只会在月球的风化层中出现,但在大气中却付之阙如;这可能是因为太阳风会快速地将这些元素吹至太空。

月球的身高体重月球是太阳系中密度第二高的天体,仅次于木卫一埃欧(Io);它也是太阳系中第五大的卫星,前四大卫星分别是木卫三甘尼米德(Ganymede)、土卫六泰坦(Titan)、木卫四卡利斯多(Callisto)和木卫一埃欧。月球的直径约为地球的四分之一,但其质量却比0.0125个地球质量还要低。

月球有特殊的重力特性,虽然它和地球不同,并没有双极磁场,但却有外部磁场,其重力仅约地球的六分之一。此外,月球还有许多质量聚集的「质量瘤」,形成强大的重力异常区,且大多集中在最大型的盆地附近。目前我们对于质量瘤的形成机制仍不太清楚,但盆地附近的重力异常可能来自于充斥其中的极高密度熔岩流。我们一直在月球上搜寻水的踪迹,虽然月球表面没有水,但彗星带来的水,或是太阳风的氢和风化层沉积物的氧交互作用所产生的水,仍可能潜伏在终年幽暗的盆地下。

月球呈现同步自转,也就是它的公转周期和自转周期相同,因此月球一直以同一面面对地球;我们称面向我们的那面为正面,另一面则是背面。有时候我们也会将背面称为「暗面」,但其实背面和正面接收到的阳光照射量相同。

我们会用月相来描述所见的月球正面形貌,月相会随着月球绕行地球以及地球绕行太阳的轨道而变化。当太阳和月球在地球的两侧时,我们会见到满月;当太阳和月球在地球的同一侧时,月球看起来则是暗的(我们称为「新月」),在这之间的月相则是上弦月和下弦月。当太阳、月球和地球排列在一条直线上时,称为「朔望」(syzygy),这时会发生日食或是月食(月球位于太阳和地球中间时会发生日食;地球位于太阳和月球中间时会发生月食)。由于月球轨道和地球轨道不在同个平面上,因此并不是每次新月或满月都会发生日食或月食。古代的巴比伦天文学家发现,每隔18年左右就会发生类似的日月食,他们称这个周期为沙罗周期(Saros cycle)。

从观月到登月西元前五世纪,巴比伦的天文学家首度对月球进行记录,印度、希腊、波斯和中国的天文学家也相继提出理论解释月光的起源、潮汐和月相。中世纪的天文学家认为月球是完美的球体,1608年望远镜发明后,人们很快就将望远镜转向月球。17世纪末,义大利天文学家弗朗西斯科.马利亚.格里马迪(Francesco Maria Grimaldi)等人已为许多月面特征命名。

1950年代和1960年代,美国和苏联的太空竞赛最终聚焦于月球探索,先是派了轨道卫星前往月球,接着就是送上人类。苏联在竞赛中拔得头筹,月球2号(Luna 2)太空船于1959年撞击月球表面,又首度于1966年在月球表面软着陆,并将探测器送入月球轨道。但在1969年,美国关键的阿波罗11号(Apollo 11)任务让人类首度登陆月球,赢得太空竞赛的胜利。

人类曾一度认为,我们终将在月球上建立太空基地,不过这个愿望至今仍未实现。美国航太总署(NASA)的载人太空计画不断改变,或许这个计画最终会由其他组织或是私人企业实现。

近年来,NASA、欧洲太空总署(European Space Agency)、中国国家航天局(China National Space Administration)、印度太空研究机构(Indian Space Research Organisation)和其他组织仍不断将轨道卫星和登陆器送上月球。2012年1月,两艘名为圣杯号(Gravity Recovery and Interior Laboratory,简称GRAIL,意为月球重力描绘与内部结构实验室)的太空船开始环绕月球,详细地测绘月球表面,并对月球复杂的内部结构和重力进行研究。

仔细观察月球表面:

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月球的两个半球(面向我们的正面和远离我们的背面)拥有相当不同的表面特征,正面大部分是月海和高地,月海是看起来颜色较深的区域(早期的天文学家以为这里充满了水,因此命名为海),高地的颜色看起来则较浅。其实月海并没有水,它的颜色之所以看起来较深,是因为月海由早期火山喷发的熔岩凝固所形成;月球的背面正好相反,几乎没有月海。月球的正面和背面都布满陨石坑,有些非常小,也有些宽达好几公里;剧烈撞击所产生的尘埃条纹,能由陨石坑中央向外绵延数百公尺。在月球形成后不久,山脉和其他火山地貌特征就随之成形,表面也逐渐冷却、凝固。

登月阿波罗:

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1962年5月25日,时任美国总统约翰.甘迺迪(John F Kennedy)提出在十年内让人类登陆月球并平安返航的目标。这在当时是个雄心勃勃的计画,但NASA竟成功地在1969年7月21日以阿波罗11号将人类送上月球。NASA前后共六度将太空人送往月球,但由于预算缩减和经费移往天空实验室(Skylab)太空梭计画,在1972年12月阿波罗17号返回地球后,阿波罗任务就正式画下句点,从那之后就再也没有人类造访月球了。

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