探索月球1

月球起源至今仍是一个未解之谜。目前最受认可的大碰撞说认为，约45亿年前，一个火星大小的天体“忒伊亚”撞击了刚形成不久的地球。这次剧烈碰撞产生的碎片在地球轨道上逐渐聚集，最终形成了月球。关于月球物质的确切来源，学界仍在争论：可能来自地球、撞击天体，或是两者的混合。

作为夜空中最明亮的天体，月球对地球生命产生了深远影响。它的引力作用形成了海洋潮汐，并逐渐减缓地球自转速度。人类自古就根据月相变化制定历法。1959年，苏联月球探测器首次实现月面硬着陆。1969年，阿波罗计划让人类首次登月成功。至今，月球仍是人类在太空探索中唯一登录过的地外天体。

经过长期探索，人类对月球的认知已取得重要进展。月球内部结构与地球相似，具有分层结构：最内层是半径约350公里的金属核心（占月球半径20%），外层包裹着500公里厚的部分熔融边界层；中间是1000公里厚的固态地幔；最外层为60-100公里厚的岩石地壳。月壳主要成分为铝和钛，并含有三斜铁辉石和硅钛锆铁矿等特殊矿物，这些矿物最初在月球样本中发现，后来才在地球上找到。

月球表面覆盖着细密的月壤层，其质地类似雪粉，并带有火药气味。由于月球大气极其稀薄（总质量不足10吨），航天员必须全程佩戴头盔。这种特殊的大气环境由多种因素形成：太阳风直接轰击月表产生溅射粒子；月球内部释放的挥发性气体带来钠、钾等元素；太阳风注入的氦-4等物质。值得注意的是，地球大气中常见的氧元素在月球上仅存在于月壤中，这是因为太阳风会迅速将气体分子吹散至太空。

月球是太阳系中密度第二高的天体，仅次于木卫一埃欧（Io）。在太阳系所有卫星中，月球体积排名第五，前四位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，但其质量却不到地球质量的1.25%。

月球的重力特性十分特殊。虽然不像地球那样拥有双极磁场，但它确实存在外部磁场。月球表面的重力约为地球的六分之一。此外，月球上分布着许多“质量瘤”（质量聚集区），形成显著的重力异常，这些异常区大多集中在大型撞击盆地附近。目前科学家对质量瘤的形成机制仍不完全清楚，但推测可能是盆地中填充的高密度熔岩流所致。

关于月球上的水资源，虽然表面没有液态水存在，但科学家认为彗星带来的水，或是太阳风中的氢与月壤中的氧反应生成的水，可能储存在永远背阴的陨石坑底部。

月球呈现同步自转状态，即自转周期与公转周期相同，因此总是以同一面对着地球。我们称朝向地球的一面为正面，另一面为背面。虽然有时将背面称为“暗面”，但实际上背面接收的阳光照射量与正面相同。

月相变化是由于月球绕地球公转以及地球绕太阳公转共同作用的结果。当太阳和月球分别位于地球两侧时，我们看到满月；当太阳和月球位于地球同侧时，月球呈现为不可见的“新月”；介于两者之间的状态则形成上弦月和下弦月。当太阳、地球和月球完全排成一条直线时（称为“朔望”），就会发生日食或月食：月球位于太阳和地球之间时发生日食，地球位于太阳和月球之间时发生月食。由于月球轨道平面与地球轨道平面存在倾角，并非每次新月或满月都会发生日月食。古代巴比伦天文学家发现，日月食会以约18年为周期重复出现，他们将这个周期命名为“沙罗周期”。

人类对月球的科学观测可以追溯到公元前5世纪，巴比伦天文学家最早记录了月球现象。此后，印度、希腊、波斯和中国的天文学家相继提出了关于月光成因、潮汐现象和月相变化的理论。中世纪的天文学家普遍认为月球是一个完美的球体。1608年望远镜发明后，天文学家很快将其用于月球观测。到17世纪末，意大利天文学家弗朗西斯科·马利亚·格里马迪等人已经为许多月球表面特征命名。

20世纪50-60年代，美苏太空竞赛将月球作为主要目标。两国先后发射了绕月轨道器，最终发展到载人登月。苏联在初期取得领先：1959年“月球2号”（Luna 2）首次撞击月球表面，1966年又率先实现软着陆并部署轨道探测器。但美国在1969年通过“阿波罗11号”（Apollo 11）任务实现人类首次登月，赢得了这场竞赛的最终胜利。

曾经有观点认为人类很快会在月球上建立永久基地。然而这个设想至今未能实现。美国宇航局（NASA）的载人航天计划多次调整，现在看来，建立月球基地的目标可能会由其他组织或私营企业来完成。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：白鹏 航天科技集团十一院 研究员