概况

月球

月球在太阳系中是地球唯一的天然卫星。在太阳系里，除水星和金星外，其他行星都是天然卫星，有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。月壳下面到1000公里深度是月幔，它占了月球的大部分体积。月幔下面是月核，月核的温度约为1000度，很可能是熔融状态的。

月球直径约3476公里，是地球的3/11。体积只有地球的1/49，质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面的重力差不多相当于地球重力的1/6。月球上面有阴暗的部分和明亮的区域。早期的天文学家在观察月球时，以为发暗的地区都有海水覆盖，因此把它们称为“海”。

成因

对月球的起源，大致有三大派，但仍未定论。有些科学家认为，月球是46亿年前，与地球一样是宇宙的气体和尘埃形成的；另一些人则认为，月球是地球的孩子，从地球分裂出去的。然而，太阳神号几次带回的数据显示，月球和地球的组成成份大不相同。不少的科学家认为，月球在很多年以前，偶然被吸入地心引力范围，因而才意外地纳入地球的轨道。但也有人引用天体力学来反对这种说法。

分裂说

这是最早解释月球起源的一种假设。早在1898年，著名生物学家达尔文的儿子乔治•达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去，这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。这一观点很快就收到了一些人的反对。他们认为，以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。如果月球是地球抛出去的，那么二者的物质成分就应该是一致的。可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。

俘获说

这种假设认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星，有一次，因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。还有一种接近俘获说的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。但也有人指出，像月球这样大的星球，地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。

同源说

这一假设认为，地球和月球都是太阳系中浮动的星云，经过旋转和吸积，同时形成星体。在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。这一假设也受到了客观存在的挑战。通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，人们发现月球要比地球古老得多。有人认为，月球年龄至少应在70亿年左右。

大碰撞说

这一假设认为，太阳系演化早期，在星际空间曾形成大量的“星子”，星子通过互相碰撞、吸积而长大。星子合并形成一个原始地球，同时也形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体。这两个天体在各自演化过程中，分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。

由于这两个天体相距不远，因此相遇的机会就很大。一次偶然的机会，那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球。剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态，使地轴倾斜，而且还使那个小的天体被撞击破裂，硅酸盐壳和幔受热蒸发，膨胀的气体以及大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。这些飞离地球的物质，主要有碰撞体的幔组成，也有少部分地球上的物质，比例大致为0.85：0.15。

在撞击体破裂时与幔分离的金属核，因受膨胀飞离的气体所阻而减速，大约在4小时内被吸积到地球上。飞离地球的气体和尘埃，并没有完全脱离地球的引力控制，通过相互吸积而结合起来，形成全部熔融的月球，或者是先形成几个分离的小月球，在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。

空心的太空船月球

1970年，俄国科学家柴巴可夫和米凯威新提出一个令人震惊的“太空船月球”理论，认为月球事实上不是地球的自然卫星，而是一颗经过某种智慧生物改造的星体，加以挖掘改造成太空船，其内部载有许多该文明的资料，月球是被有意的置放在地球上空，因此所有的月球神秘发现，全是至今仍生活在月球内部的高等生物的杰作。

当然这个说法被科学界嗤之以鼻，因为科学界还没有找到高等智慧的外星人。但是，不容否认的，确实有许多资料显示月球应该是“空心”的。

特征

月球的正面永远向着地球。另外一面，除了在月面边沿附近的区域因天秤动而中间可见以外，月球的背面绝大部分不能从地球看见。在没有探测器的年代，月球的背面一直是个未知的世界。

月球背面的一大特色是几乎没有月海这种较暗的月面特征。而当探测器运行至月球背面时，它将无法与地球直接通讯。

月球本身并不发光，只反射太阳光。月球亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。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）。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，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，据推测大概是由Fe-Ni-S和榴辉岩物质构成。

白道面与黄道面的两个交点称为月交点－－其中升交点（北点）指月球通过该点往黄道面以北；降交点（南点）则指月球通过该点往黄道以南。当新月刚好在月交点上时，便会发生日食；而当满月刚好在月交点上时，便会发生月食。

成分

45亿年前，月球表面仍然是液体岩浆海洋。科学家认为组成月球的矿物克里普矿物(KREEP)展现了岩浆海洋留下的化学线索。KREEP实际上是科学家称为“不兼容元素”的合成物－－那些无法进入晶体结构的物质被留下，并浮到岩浆的表面。对研究人员来说，KREEP是个方便的线索，说明了月壳的火山运动历史，并可推测彗星或其他天体撞击的频率和时间。

月壳由多种主要元素组成，包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝及氢。当受到宇宙射线轰击时，每种元素会发射特定的伽玛辐射。有些元素，例如：铀、钍和钾，本身已具放射性，因此能自行发射伽玛射线。但无论成因为何，每种元素发出的伽玛射线均不相同，每种均有独特的谱线特征，而且可用光谱仪测量。直至现在，人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量。现时太空船的测量只限于月面一部分。

资源

月球有丰富的矿藏，据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由0．1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。

矿产

月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行；此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层，铝的含量也十分丰富。

氦3

月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源，这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从目前的分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。

玄武岩

月球表面分布着22个主要的月海，除东海、莫斯科海和智海位于月球的背面（背向地球的一面）外，其他19个月海都分布在月球的正面（面向地球的一面）。在这些月海中存在着大量的月海玄武岩，22个海中所填充的玄武岩体积约1010千米，而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。

若假设月海玄武岩中钛铁矿含量为8%，或者说二氧化钛含量为4.2%，则月海玄武岩中钛铁矿的总资源量约为1.3×1015～1.9×1015，尽管这种估算带着很大的推测性与不确定性，但可以肯定的是月海玄武岩中丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。

克里普岩

是月球高地三大岩石类型之一，因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖，克里普岩混合并形成高灶和铀物质，其厚度估计有10～20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。克里普岩中所蕴藏的丰富的钍、轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。

此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源。

月食

月食的过程分为初亏、食既、食甚、生光、复圆五个阶段。

初亏：月球刚接触地球本影，标志月食开始。

食既：月球的西边缘与地球本影的西边缘内切，月球刚好全部进入地球本影内。

食甚：月球的中心与地球本影的中心最近。

生光：月球东边缘与地球本影东边缘相内切，这时全食阶段结束。

复圆：月球的西边缘与地球本影东边缘相外切，这时月食全过程结束。

月球被食的程度叫“食分”，它等于食甚时月轮边缘深入地球本影最远距离与月球视经之比。

运动轨迹

严格来说，地球与月球围绕共同质心运转，共同质心距地心4700千米（即地球半径的2/3处）。由于共同质心在地球表面以下，地球围绕共同质心的运动好像是在“晃动”一般。从地球北极上空观看，地球和月球均以迎时针方向自转；而且月球也是以迎时针绕地运行；甚至地球也是以迎时针绕日公转的。

月球轨道倾角和月球自转轴倾角的数值变化比较大，是因为轨道倾角是相对于中心天体（即地球）而言的，而自转轴倾角则相对于卫星（即月球）本身的轨道面。在这个定义习惯很适合一般情况（例如人造卫星的轨道）而且是数值相当固定的，但月球却非如此。

月球的轨道平面（白道面）与黄道面（地球的公转轨道平面）保持著5.145396°的夹角，而月球自转轴则与黄道面的法线成1.5424°的夹角。因为地球并非完美球形，而是在赤道较为隆起，因此白道面在不断进动（即与黄道的交点在顺时针转动），每6793.5天（18.5966年）完成一周。期间，白道面相对于地球赤道面（地球赤道面以23.45°倾斜于黄道面）的夹角会由28.60°（即23.45°5.15°）至18.30°（即23.45°-5.15°）之间变化。

同样地，月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎6.69°（即5.15°1.54°）及3.60°。月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角，使它出现±0.00256°的摆动，称为章动。

白道面与黄道面的两个交点称为月交点－－其中升交点（北点）指月球通过该点往黄道面以北；降交点（南点）则指月球通过该点往黄道以南。当新月刚好在月交点上时，便会发生日食；而当满月刚好在月交点上时，便会发生月食。

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。

月球约一个农历月绕地球运行一周，而每小时相对背景星空移动半度，即与月面的视直径相若。与其他卫星不同，月球的轨道平面较接近黄道面，而不是在地球的赤道面附近。

相对于背景星空，月球围绕地球运行(月球公转)一周所需时间称为一个恒星月；而新月与下一个新月（或两个相同月相之间）所需的时间称为一个朔望月。朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间，本身也在绕日的轨道上前进了一段距离。

因为月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的，我们只能看见月球永远用同一面向著地球。自月球形成早期，月球便一直受到一个力矩的影响引致自转速度减慢，这个过程称为潮汐锁定。亦因此，部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量，其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球。同时地球的自转越来越慢，一天的长度每年变长15微秒。

地形

环形山

环形山这个名字是伽利略起的。是月面的显著特征，几乎布满了整个月面。最大的环形山是南极附近的贝利环形山，直径295千米，比海南岛还大一点。小的环形山甚至可能是一个几十厘米的坑洞。直径不小于1000米的大约有33000个。占月面表面积的7-10%。

有个日本学者1969年提出一个环形山分类法，分为克拉维型（古老的环形山，一般都面目全非，有的还山中有山）哥白尼型（年轻的环形山，常有“辐射纹”，内壁一般带有同心圆状的段丘，中央一般有中央峰）阿基米德形（环壁较低，可能从哥白尼型演变而来）碗型和酒窝型（小型环形山，有的直径不到一米）。

月海

地球上的人类用肉眼所见月面上的阴暗部分实际上是月面上的广阔平原。由于历史上的原因，这个名不副实的名称保留下来。

已确定的月海有22个，此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的。公认的22个绝大多数分布在月球正面。背面有3个，4个在边缘地区。在正面的月海面积略大于50%，其中最大的“风暴洋”面积约五百万平方公里，差不多九个法国的面积总和。大多数月海大致呈圆形，椭圆形，且四周多为一些山脉封闭住，但也有一些海是连成一片的。

除了“海”以外，还有五个地形与之类似的“湖”——梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖，但有的湖比海还大，比如梦湖面积7万平方千米，比汽海等还大得多。月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”，都分布在正面。湾有五个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有腐沼、疫沼、梦沼三个，其实沼和湾没什么区别。

月海的地势一般较低，类似地球上的盆地，月海比月球平均水准面低1-2千米，个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米。月面的返照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低，因而看起来现得较黑。

月陆和山脉

月面上高出月海的地区称为月陆，一般比月海水准面高2-3千米，由于它返照率高，因而看来比较明亮。在月球正面，月陆的面积大致与月海相等但在月球背面，月陆的面积要比月海大得多。从同位素测定知道月陆比月海古老得多，是月球上最古老的地形特征。

在月球上，除了犬牙交差的众多环形山外，也存在着一些与地球上相似的山脉。月球上的山脉常借用地球上的山脉名，如阿尔卑斯山脉，高加索山脉等等，其中最长的山脉为亚平宁山脉，绵延1000千米，但高度不过比月海水准面高三、四千米。山脉上也有些峻岭山峰，过去对它们的高度估计偏高。现在认为大多数山峰高度与地球山峰高度相仿，最高的山峰（亦在月球南极附近）也不过9000米和8000米。

月面上6000米以上的山峰有6个，5000-6000米20个，4000-5000米则有80个，1000米以上的有200个。

月球上的山脉有一普遍特征：两边的坡度很不对称，向海的一边坡度甚大，有时为断崖状，另一侧则相当平缓

除了山脉和山群外，月面上还有四座长达数百千米的峭壁悬崖。其中三座突出在月海中，这种峭壁也称“月堑”。

与地球火山相比，月球火山可谓老态龙钟。大部分月球火山的年龄在30-40亿年之间；典型的阴暗区平原，年龄为35亿年；最年轻的月球火山也有1亿年的历史。而在地质年代中，地球火山属于青年时期，一般年龄皆小于10万年。地球上最古老的岩层只有3.9亿年的历史，年龄最大的海底玄武岩仅有200万岁。年轻的地球火山仍然十分活跃，而月球却没有任何新近的火山和地质活动迹象，因此，天文学家称月球是“熄灭了”的星球。

地球火山多呈链状分布。例如安底斯山脉，火山链勾勒出一个岩石圈板块的边缘。夏威夷岛上的山脉链，则显示板块运动的热区。月球上没有板块构造的迹象。典型的月球火山多出现在巨大古老的冲击坑底部。因此，大部分月球阴暗区都呈圆形外观。冲击盆地的边缘往往环绕着山脉，包围着阴暗区。

月球阴暗区主要出现在月球较远的一侧。几乎覆盖了这一侧的1/3面积。而在较远一侧，阴暗区的面积仅占2%。然而，较远一侧的地势相对更高，地壳也较厚。由此可见，控制月球火山作用的主要因素是地表高度和地壳厚度。

月球的地心引力仅为地球的1/6，这意味着月球火山熔岩的流动阻力，较地球更小，熔岩行进更为流畅。所以月球阴暗区的表面大都平坦而光滑。同时，流畅的熔岩流很容易扩散开，因而形成巨大的玄武岩平原。此外，地心引力小，使得喷发出的火山灰碎片能够落得更远。因此，月球火山的喷发，只形成了宽阔平坦的熔岩平原，而非类似地球形态的火山锥。这也是月球上没有发现大型火山的原因之一。

月球上没溶解的水。月球阴暗区是完全干涸的。而水在地球熔岩中是最常见的气体，是激起地球火山强烈喷发的重要因素之一。因此，科学家认为缺乏水分，也对月球火山活动产生巨大影响。具体的说，没有水，月球火山的喷发就不会那么强烈，熔岩或许仅仅是平静流畅地涌出地面。

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