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月球

[拼音]:yueqiu

[外文]:Moon

俗称月亮,也称太阴。地球的唯一的天然卫星,离地球最近的天体。在天文学中,月球常以符号婗表示。

距离、大小和质量

月球距离地球平均为384,401±1公里。这段距离约为地球赤道周长的 10倍。月球轨道呈椭圆形,近地点平均距离为363,300公里,远地点平均距离为405,500公里。月球平均赤道地平视差(即在平均距离处从月球看地球赤道半径所张开的角度)为57┡2.60。而从地球看月球的赤道半径张角平均值是15┡32.6,由此可算出月球直径为3,476公里,约为地球直径的3/11。月球表面面积大约是地球表面面积的1/14,比亚洲面积稍小。月球的体积只相当于地球体积的1/49。月球质量约等于地球质量的1/81.3。月球物质的平均密度为 3.34克/厘米3,只相当于地球密度的3/5。月面上自由落体的重力加速度为1.62米/秒2,为地球上表面重力加速度的1/6。月球上的逃逸速度约为2.4公里/秒,为地球上的逃逸速度的1/5左右。

公转轨道

月球和地球是一对伴侣,组成地月系,共同围绕着公共质心运转不息。地月系质心离地心约4,671公里,因此,环绕质心与环绕地心的椭圆轨道相差不大。月球在环绕地球作椭圆运动的同时,也伴随地球围绕太阳公转,每年一周。月球不但处于地球引力作用下,同时也受到来自太阳引力的影响,所以具有十分复杂的轨道运动。其中主要的轨道变化有:

偏心率变化

月球轨道偏心率变化在1/15到1/23的范围内,偏心率的平均值为0.0549,接近1/18。

轨道倾角变化

月球轨道(白道)对地球轨道(黄道)的倾角变化在4°57┡~5°19┡之间,平均值为5°09┡。

拱线运动

月球围绕地球的椭圆轨道,在它自己的平面上也不是固定的,其椭圆的拱线(近地点和远地点的连线)沿月球公转方向向前移动,每8.85年移动一周。我国早在汉代,贾逵就提出月球视运动的最疾点每九年运动一周,这实际上正是拱线运动的结果。

交点西退

白道与黄道的交线,其空间位置并不固定,而是不断地向西运动,每18.6年运行一周。这一现象早在东汉末年就为刘洪发现,并用于月食预报计算中。

中心差

由于月球轨道是椭圆而不是圆形,月球公转速度并不均匀。月球运动同均匀的圆周运动比较,时而超前,时而落后,其半振幅为6°.29,周期为27.55455日。

太阳和某些大行星的摄动,使月球的运动变得十分复杂,它有上万项的运动差。为了研究月球的复杂运动,许多科学家如拉普拉斯、汉森、 德洛内、 希尔、E.W.布朗等人贡献了他们毕生的精力。尽管许多项都可略而不计,可是为了编制《月球运动表》还需保留二千项左右。大型电子计算机的使用,大大减轻了编制《月球运动表》中繁重的计算工作(见月球运动理论)。

月球绕地球转动的周期因选用基点不同有以下几种:

(1)朔望月:月球盈亏的周期,以太阳为基准,平均可达29.53059日。这个周期很久以前就是我国古代历法的基础。

(2)恒星月:以恒星位置为基准的周期,也就是月球绕地球转一周,平均为27.32166日。我国早在西汉的《淮南子》一书中就已得出恒星月周期为27.32185日,达到了很高的精度。

(3)交点月:以黄道和白道的交点为基准,周期为27.21222日。南北朝时代祖冲之推得的交点月周期与近代数值相当接近。

(4)近点月:月球运行从近地点再至近地点,周期为27.55455日。我国东汉时代贾逵发现存在这种周期,并由刘洪首次测定它的长度为27.55476日,与今测值相差无几。

(5)分点月:以春分点为基准,周期为27.32158日。

自转和形状

自古以来人们就知道,月球总以相同的一面向着地球。这是由于月球自转周期恰好和月球绕地球转动的周期相等造成的,而这两个周期相同则是潮汐长期作用的结果。

月球赤道面同它的轨道面有6°41┡的倾角。因为这一倾角的存在和月球绕转速度的不均匀等原因,在月球运动过程中,地面上某一点的观测者多少还能看出月面边沿有前后的摆动。这种摆动称为月球天平动。天平动可分为:

几何天平动

或称视天平动。视天平动又可分为:经天平动、纬天平动和周日天平动,见月球光学天平动。

物理天平动

月球由于三条主惯性轴长度不等,在地球引力作用下,发生对平均位置的偏移。与几何天平动不同,它是真实的摆动。物理天平动比几何天平动小得多(见月球物理天平动)。由于这两种天平动,从地面观测,不止看到月球的半面,而且能看到月球的59%,其余41%则不能直接看到。

月球形状是南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球。它的平均极半径比赤道半径短500米。南北极区也不对称,北极区隆起,南极区洼陷约400米。但在一般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待。物理天平动的研究有助于解决月球形状问题。通过天平动研究还表明,月球重心和几何中心并不重合,重心偏向地球2公里。这一结论已为“阿波罗号”登月获得的资料所证实。

月面特征

月面上山岭起伏,峰峦密布。此外,还有洋、海、湾、湖等各种特征名称。其实,月面上并没有水。只是早年观测者凭借想象,借用地球上的名称而已,最多不过有某些形态上的相似罢了。

环形山或称月坑

月面上的最明显的特征。环形山(crater),希腊文的意思是“碗”,所以通常指碗状凹坑结构。其中大的直径可超过100公里,小的不过是些凹坑。直径大于1公里的环形山总数33,000多个,占月球表面积的 7~10%。环形山大多以著名天文学家或其他学者的名字命名,月球背面有4座环形山,分别以我国古代天文学家石申、张衡、祖冲之(见祖冲之父子)、郭守敬命名。月面较大的几个环形山是:南极附近的贝利环形山,直径295公里;克拉维环形山,直径233公里;牛顿环形山,直径230公里。许多环形山的中心区有中央峰或中央峰群,高达2.5公里。

月海

肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑,它们是广阔的平原。在月球正面,月海面积约占整个半球表面的一半。已知月海共22个(包括背面),其中较大的是风暴洋,面积约500万平方公里。雨海面积约90万平方公里。月面中央的静海面积约26万平方公里。此外,较大的还有澄海、丰富海、危海、云海等。月海大多具有圆形封闭的特点,四周是山脉。有些月海伸向陆地称为湾,小的月海则称为湖。

月陆、山脉和峭壁

月陆是月面上高出月海的地区,一般高出2~3公里。月陆主要由浅色的斜长岩组成,其反照率较高。月球正面的月陆与月海面积大致相等,而背面则月陆面积大些。月陆形成的年代经同位素年龄测定为46亿年,比月海要早。月球上也存在一些山脉,大多以地球上的山名命名,如亚平宁山脉、高加索山脉、阿尔卑斯山脉等。最长的山脉长达1,000公里,往往高出月海3~4公里。较高的山峰在月球南极附近,高达9,000米,比地球上较高的珠穆朗玛峰还高。除山脉外,还有长达数百公里的峭壁,最长的是阿尔泰峭壁。

月面辐射纹

典型的有第谷环形山和哥白尼环形山周围的辐射纹。第谷环形山有辐射纹12条,从环形山周围呈放射状向外延伸,最长的达1,800公里,满月时看得最清楚。其成因尚无定论:有人说是火山爆发形成的;也有人认为是陨石轰击月面造成的。

物理特性

长期天文观测与登月的直接考察证实,月球周围没有明显的磁场。月球磁场强度不及地球磁场的1/1000。月球上更没有像地球和木星那样的辐射带。月球上不存在任何形态的水,完全没有大气,几乎接近真空状态。通过月球火箭探测查明:月球正面有称为“重力瘤”或“质量瘤”的重力异常区,达12处之多;月球表面大部分地区为一层厚度不等的月尘和岩屑所覆盖。月面物质的导热率极低,约为6×10-6卡/(厘米·秒·度)。月球没有像地球大气那样的保护层,月面直接受到流星体的猛烈冲击,因此在一定程度上会影响到月岩的化学成分、岩屑大小、玻璃含量以及再结晶的程度。月球早期广泛发生火山爆发,喷出大量熔浆,从而形成月面上广阔的熔岩平原。

月球本身并不发光,只反射太阳光。它的亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。它的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 -12.7等(见星等)。它给大地的照度平均为0.22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。月球的亮度随月龄而变化,下表以满月亮度为100,列出不同月龄时的亮度值。从中可以看出,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,而且所用的射电波的波长愈长,愈能探测到月面土壤中较深处的温度。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,它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,大概是由Fe-Ni-S和榴辉岩物质构成的。

月球背面

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,而正面月壳厚度只有60公里左右。(见彩图)

参考书目

我国科学院贵阳地球化学研究所编:《月质学研究进展》,科学出版社,北京,1977。

弗拉马里翁著,李珩译:《大众天文学》,第一分册,科学出版社,北京,1965。(C.Flammarion,AstronomiePopulaire,Flammarion Cie,Paris,1955.)

古在由秀:《月》,岩波书店,東京,1968。

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