月球
月球 有辐射纹的环形山
太阳系的行星有着众多的卫星，2003年确认的观测数据表明：木星有61颗卫星，土星有31颗卫星，天王星有24颗卫星，海王星已测到11颗卫星，冥王星有1颗卫星，火星有2颗卫星，而我们地球则只有唯一的1颗天然卫星，那就是我们熟知的月球。
在太空里，月球是我们最近的邻居，也是我们地球的亲密伙伴。它与地球如此接近，以至人类派遣了12位太空人到月球进行了成功的探险，并且安全返回。
虽然月球只是地球的伙伴，但它却深深的牵动着我们的一切。在朔或望时，海龟会上岸下蛋，而涨潮的最高点也正是孵孕新生命的最佳时机。月亮不仅影响着生物周期的运转，也影响了潮汐涨落及历法时间的演变。随着月球日复一日地缓慢减少了它的旋转速度，地球的一天由6小时逐渐拉长为现在的24小时，而到十亿年之后，月球将会把地球目前一天的自转周期拉长至50倍。
一、概况
月球的平均直径为3474.8km，约为地球直径（一万二千七百多公里）的3/11。自转周期为27.32天，公转周期也大体如此。地球的质量大约为月球质量（7.3×1022kg）的81倍，因此月心引力只有地球的1/6。绕地球的赤道飞行十圈，差不多就是地球到月球的距离。
月球和地球是一对伴侣，它们组成了地月系统，共同围绕着公共质心运转。地月系统的质心离地心约4671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及其它星体引力的影响，所以具有比较复杂的轨道运动。其中主要的轨道变化有：
偏心率变化：
月球轨道的偏心率变化在1/15到1/23的范围内，偏心率的平均值为0.0549，接近1/18。
环形山套环形山 月球引起的潮汐
轨道倾角变化：
月球轨道（白道）对地球轨道（黄道）的倾角在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）沿月球公转向前移动，每8.85年移动一周。早在中国汉代贾逵就提出，月球视运动的最疾点每9年运动一周，这实际上正是拱线运动的结果，其精确程度令今天的天文学家感到惊讶。
月球的公转轨道几乎接近圆形，轨道半径约为380000km，由于自传周期与其公转周期几近相同，使得月球始终以一面朝向地球，而另一方面则永远背向地球，地球人在不用运载工具的情况下永远看不到月球的背面。月球这种奇特的运动，自古以来就为人们知晓。公转和自转两个周期相同主要由于潮汐长期作用的结果。
其实，我们只能直接看到一半月球的说法并不十分准确。由于月球赤道面同它的轨道面有6°41′的倾角，这一倾角的存在和月球转速的不均匀等原因，使地球上某一点的观测者多少能看出月面边沿有些前后的摆动。这种摆动称为月球天平动，它可分为“几何天平动和物理天平动”。其中，几何天平动又称为视天平动，视天平动又可分为“经天平动”、“纬天平动”和“周日天平动”。物理天平动则是由于月球三条主惯性轴长度的不等，在地球引力作用下发生的对平均位置的偏移。它与几何天平动不同，是一种真实的摆动，要比几何天平动小得多。由于这两种天平动，从地面观测时不止让我们可以看到月球的半面，而且能看到月球的59%，不能直接看到的只是其余的41%。
月球是一个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球，扁率只有1/3476。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一个三轴椭球体。
对于月球物理天平动的研究有助于了解月球的重心和形状问题。对于天平动的观察数据表明，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“阿波罗登月”获得的资料所证实。这种重心偏移也是导致月球质心重的一面朝向地球的原因。
二、物理特征
月球上的重力加速度为1.622m/s2，仅为地球重力加速度的六分之一。磁场强度则为地球的千分之一，辐射带也不如地球明显。月球上没有大气层，天空几乎接近真空态。月面大部分地区为一层厚度不等的月尘和岩屑所覆盖。由于无大气层保护，故月面直接遭受流星轰击，伤痕累累。
月球的密度很不均匀，其平均度为3.34克/厘米3，只相当于地球密度的3/5，但个别区域（月海）的密度又重于地球。经探测得知，月面上存在着12处之多的“重力瘤”或“质量瘤”的重力异常区。人们根据密度推测，月球的内部可能是中空的或者疏松的。月球运行时，近地点为5.64万公里，远地点为40.67万公里。月球的体积是地球的1/49。总质量是地球的1/81，这一不成比例的参数，似乎也能说明月亮有中空的地方。
月球表面面积大约是地球表面面积大约是地球表面面积的1/4，比亚洲面积稍小。月面上自由落体的重力加速度为1.62/米秒2，脱离月球的逃逸速度约为2.4公里/秒，只有地球上逃逸速度的1/5左右。
平常我们看到的不完整的月亮，那是影子造成的效应。因为只有一半的月球受到太阳的照射，于是从地球上看过去，太阳就照在月球的半边。月球的公转和自转的运行周期都大约是27.3天，在月球完成27.3天一周的运行过程中，总有一半持续受到太阳光的照射而显得明亮。由于月球的自转与公转周期相同，所以它总是将其一侧永远对着其运行轨道中心的地球，使我们无法直接看到它另一侧的风光。由于地球和月球的运转。使我们从地球看到月球受到太阳照射的表面，每天都在发生着改变，因此就有了宋代著名诗人苏东坡的绝句：“月有阴晴圆缺，人有悲欢离合”。
虽然太阳也会影响海水潮汐的变化，但由于地球距离月球很近，驱动地球大海潮汐涨落的作用力却主要来自月球。月球的引力作用使得涨潮与退潮的时间缩小至6小时，而由于地球的自转，世界各地一天便会产生两次潮水高涨和退落的现象。地球的自转使世界任何一端的潮水都受到月球牵引的力量，也正是这个牵引的力，正在延缓着地球本身自转的速度，与此同时，月球便渐渐远离地球。
地球因受制于其卫星月球的拉力，而使得地轴缓慢地发生着晃动，这样的晃动周期大约为二万六千年，也就是说经过了一定的时间后，北极星将不再置身于北极轴的正上方。
月球环形山 喷出月壳的流动岩浆形成平坦的月海
三、月球的表面
月面上山岭起伏，峰峦密布，还有诸多的“洋、海、湾、湖”等各种特征名称的地貌。其实，月面上除个别区域外一般没有水，这些名称只是早年观测者根据形态上的某些相似凭借想象给出的名称。
环形山是月面上最明显的特征地貌。环形山又称月坑，大的直径达几百千米，小的只不过是小小的凹坑。直径大于1千米的环形山有33000 多个，占月球面积的7%-10%，其中最大的环形山直径达1000km。环形山大多以著名天文学家或其他学者的名字命名，在月球背面有4座环山分别是以中国古代天文学家张衡、祖冲之、郭守敬和石申命名的。月面上的几个较大的环形山有：
牛顿环形山，直径230公里；维利环形山，直径295km；
哥白尼环形山，直径90公里；达尔文环形山，直径190公里；
许多环形山中央区还有中央峰或中央峰群，可高达2.5公里。在地面上用十几倍的望远镜即可观察环形山。月球的表面未见任何生物生长，仅仅是完整记录了一次又一次的撞击。有时，新坑洞侵蚀旧坑洞，大坑洞之内还可以看到较小的坑洞。一个直径90公里大坑洞里，布满了撞击的痕迹，就像泥淖中的一块块小圆石。被称为“第谷”的放射状坑洞，若与较古老且被太阳晒焦的坑洞相比，显得年轻而明亮。著名的哥白尼环形山和第谷环形山都有亮的辐射纹，这些辐射纹有中心向外延伸，长达1800km。由撞击后的飞溅物所造成坑洞周围的环形山，则是月球上最亮丽的景观。
月面上还有一些绵延数百公里、宽达几公里到几十公里的大裂缝，如同地球上的大峡谷。
由空间探测得知，月球背面和正面的差异较大，背面月海的面积较小，环形山较多，地表也凸凹不平，起伏悬殊。背面的月壳也比正面厚，最厚处可达150km，而正面只有60km左右。
月海
在地球上，可以看到月面上有大片暗色的区域，这就是月海。月海不是水的海洋，而是含有重金属成分的熔岩凝固后形成的平原，是月面上大面积的低洼地，在其周围则是起伏的山峦。
月海面积约占整个月球面积的一半。月球上总共有22个月海，其中面积最大的是“风暴洋”，它有500万平方公里，大约为半个中国大小。另外，“雨海”的面积大约有90万平方公里；“静海”的面积大约26万平方公里，它正好处于月面的中央。面积较大的还有“澄海、丰富海、危海、神海、云海、酒海”等等。有些月海伸向陆地，被称为月湾，小的月海则称月湖，多数月海相联，只有危海独立。
月球陨石坑 环绕炽热地球的熔岩就是月球的前身
一种关于月海形成的说法是：早期月球的内部呈液体状，和一颗蛋的内部相似。当月壳被太空中的岩石敲裂开以后，月球表面的盆地区域便涌现出来自壳底下喷出的岩浆，岩浆冷却后，便凝固成一个黑色岩石的平坦的“海”。当地层内部变硬时，这些能够上涌的岩浆物质也在30亿年前停止了活动，就形成了今天我们所看到的月球表面。月球表面的景象，并非因为受到风或海水的侵蚀，而是冷却和撞击的成果。
陆、山、崖、谷
将月面上高出月海的构造称月陆。月陆一般高出月海2-3公里，主要由浅色的斜长岩组成。月陆对光线的反射率较高，我们看到的皎洁的月光主要就是由月陆反射的。月陆形成的年代要比月海早，根据同位素分析，月陆大约形成于46亿年前。
除月陆外，月面上还有月山，它们多以地球上的山谷命名，如亚平宁山脉，高加索山脉，阿尔卑斯山脉等。最长的月山可达1000公里，最高的月山在月球南极，高达9公里，比地球上的珠穆朗玛峰还高。
月面上还有长达数百公里的峭壁，其中以阿尔泰峭壁为最长。
阿尔卑斯山谷其实并不是山谷，表面所见是一个巨大的断层，它切穿月球上的主要山脉。较小的裂口则称为沟纹，这些沟纹可能就是古时岩浆流过的通路。月面上平坦的“海洋”及崎岖的高原地带形成了强烈对比。阿波罗飞船的宇航员曾经飞往阿尔卑斯山脉，并越过称为柏拉图的火山口上方，在那里看到了一片荒地、贫瘠，没有空气及生命存在的任何景象。白天，温度上升至摄氏120度，到了晚上，温度又会降至摄氏零下160度。
四、月球的产生
月球从何而来？它是怎样形成的？更多的科学家倾向于星地碰撞说。
星地碰撞说：
当一个大约为地球一半大的小型星体撞击地球之后，所形成的环状碎裂物沿着我们赤热的原始地球轨道运转，这样的撞击就被认为是形成月球的主要原因。月球是由撞击地球产生的飞溅物射出，进入地外空间，开始环绕着地球运行，进入月球诞生的初期。而地球的地壳、地函在凝固后，那次撞击所形成的坑洞痕迹，虽然经历了45亿年，却仍旧可以见到。这就是著名的星地碰撞说。
还有一些关于月球来历的其它假说。
地月兄弟说：
对于月球为什么会处在地球轨道上，这种格局是如何形成的？“兄弟说”认为，月球和地球都是46亿年前由宇宙尘埃和气体聚集而成。如果这样，那么月球的年龄和组成物质元素等等方面和地球都应相同。可是阿波罗载人登月后取回的岩石、土壤等标本化验结果表明，情况大相径庭。月球上有6种矿物是地球上不常见的，经分析有些月球岩石的年龄要比地球岩石古老，故此学说似乎难以成立。
地月父子说：
第二种学说是地月父子说，又称分裂说。少数持这种学说的科学家和学者认为，月球是从地球分裂出来的。他们认为部分地球物质脱离地球从而形成了月球。著名的查尔斯.达尔文的儿子乔治.达尔文也支持这种假说。他还具体指出：在地球当初反复分裂过程中，现在太平洋部分地壳便不翼而飞。姑且置这个假说的内容不论，太平洋确实大到可以把月球容纳进去的程度，主张这一假说的科学家们作为证据提出了环太平洋火山带。但也有人经过此火山带作为月地相吻俘获过程中碰撞的证据。
根据“阿波罗”获得的证据，构成地球和月球的物质不大一样。如果月球是从现在太平洋所在区域脱离地球的话，那么月球就应该是由与地球相似的物质构成的，但实际情况却不然，在月球上发现的6种地球上所没有的矿物，就是否定“兄弟说、父子说”的一个有力的证据。
地月夫妻说：
夫妻说又叫俘获说。持这种学说的人则认为，地球和月球之间的关系是“夫妻”关系，也就是说月球是宇宙中漂来的“打工妹”，宇宙中的某天体——月球前身星体，从遥远的宇宙运行到地球身边，而为地球的引力所俘获，最后使该星体进入地球轨道做绕地运行，就形成今天我们的月亮。
事实上，“俘获说”在“阿波罗”飞船登月前就已经有所动摇，因为计算表明，太阳引力要大于地球引力，与其说月球被地球俘获还不如说它被太阳俘获来得更容易。天体物理学家和天体力学家们以“无此可能”为由已经将它否定。
即使“俘获说”果真成立的话，月球要将自己的轨道维持在目前的位置上也是一件不可思议的事情。如果月球是由地球“俘获”而来的，那么它的初速度将导致它极有可能会采取一种很扁的轨道，那么该如何解释月球的轨道是不合常理的近似圆形呢？要想解释这一现象的原因，除了采用两位权威苏联学家提出的“月球获得了原动力”及“月球被操纵着”的解释外，别无它径。根据以上分析可知，月球被地球自然捕获的可能性几乎为零。
由于上述“兄弟、父子、夫妻”三种假说的证据不足和被否定，所以目前“星地碰撞说”在人们的心目中依然占着上风。
月球探勘者号 探测显示月球南极存在水冰(兰色)
五、登月
1969年，美国派遣太空人艾尔郡、阿姆斯特朗及考林斯前往月球探险，这就是著名的阿波罗11号探险任务。离开地球三天半后，他们乘坐的太空船进入了月球的运行轨道中，阿姆斯特朗在火山口上方搜寻了一个安全的降落地点。当他们踏上月球的那一刻，便缔造了人类登陆月球的历史：“我走出的一小步，是人类迈出的一大步……”之后，又发射了六次阿波罗号太空船，创造了人类历史上的辉煌。实质上，这一壮举在科学上获得的成就，远远超越了在月球上插上旗帜及留下脚印。探险任务结束后，登月舱与指挥舱结合，在宇航员回归地球后，他们就会坠毁到月球表面上。
阿波罗登月宇航员在月面上安装了月震仪以了解月球内部的结构。实验表明，月震波的能量在距离月球中心一百多公里时就耗散了，这第一次暗示了月核可能是半熔融的。最近，宇航局的科学家计算证明，月球有一个半熔融的外核。
无数次撞击产生的巨响，尤若月球表面上钟声，显示有陨石不断地撞击到它的表面。月球是坚硬的，其核心含有金属物质的重元素。太空人从月球上共带回了380多公斤的月岩，检测显示，这些石头若不是凝固的火山熔岩，就是行星撞击后的小碎片。
月球上没有大气，只有极轻微的气体，主要成分是氦气和氩气。由于没有大气，白天温度高达127℃，夜间则降到-183℃，月面上不可能有水。但是，人们还是在月球上发现了冰冻水。1994年美国发射的“克莱门汀”号航天器，在月球的南极附近发现了一个大盆底釉厚约几米的冰鱼泥混合在一起的冻土——“冰湖”。为了进一步探测月球上的冰水及矿物，受到早期研究的月图图形的激励，1998年1月，美国又发射了“月球勘探者”号无人驾驶飞船，主要是寻找月球上是否有冰河的踪影。“月球勘探者”号环绕月球飞行了一年，最近时距离月面仅10km。在飞行中拍下了左侧这张图片，该图显示了冰河存在的可能性。图中的圆圈地带就是艾肯盆地，它位于月球南极区域的一个巨大洼地。勘探者号的感应器证实了这个预感：艾肯盆地存在着数百万吨的水，它们冰冻于月球岩石或缝隙中，与我们在地球北极发现的情形类似。根据月球勘探者号发回的数据推测，月球上水的储量可能在1100万吨至3.3亿吨之多。找到这些水对于人类建立月球基地，飞往更遥远的其它星球如火星，具有重要的意义。根据计算，即使月球上的水只有3300万吨，也可以供2000人在月球上生活100年，而如果从地球将这3300万吨水运往月球，至少要耗资60万亿美圆。
美国最近计划要重返月球，中国也计划将在2010年发射月球探测器，进行环绕月球的探测和实现软着陆，并在2015年前派太空人登陆月球，进行实地考察。
太空人最后一次离开月球的时间是1972年，一旦证实月球上有水的存在，将对人类飞往火星及更遥远行星的航天活动产生巨大的激励。人类可以在月球上建立基地和补给站，据此作为飞往遥远星际的空间站。科学家相信，人类一定还会再度登上月球。
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