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月球的探索...

月球的探索...

月球(Moon)

月神Luna

月球是 地球 唯一天然的衛星:

軌道: 384,400 km 距離地球

直徑: 3476 km

質量: 7.35e22 kg

月球被羅馬人稱之為 露娜Luna ,希臘人稱之為 瑟麗妮Selene和 阿爾特密思Artemis ,而在其他許許多多的神話中,月球還有各種不同的稱呼。

當然早在史前時代月球就已經廣為人知,月球是天空中僅次於 太陽Sun排名第二最明亮的星體。它每個月繞行地球一週,由於月球,地球與太陽三者之間的角度變化,使我們可以觀察到月相變化的週期。連續兩次新月之間的時間差是29.5天(709小時),和月球的軌道週期(針對恆星測量結果)有些微地不同,這是由於地球也同時在繞日軌道上運行了一小段的距離。



由於大小及組成成份的類似,月球常常和 水星Mercury, 金星Venus, 地球Earth和 火星Mars一起被歸類為類地"行星"。



第一次造訪月球的任務是在1959年由蘇聯的太空船 月神2號(Luna 2)達成,月球是目前 人類唯一造訪地球之外的星體。 首次的登陸是在1969年的7月20日(還記得你當時在那兒嗎?);最後一次登陸則是在1972年12月,而月球同時也是我們唯一能採樣回到地球的星體。 在1994年夏天,由小型太空船 克萊門堤號Clementine針對月球做了大規模的地圖繪製工作,並在1999年由 月球探測者號Lunar Prospector再次進行。



介於地球與月球之間的重力作用引起了一些有趣的效應,其中最明顯地就是潮汐作用。 月球的重力吸引會對地球靠近月球的一面較強,另一面則較弱,由於地球並不是一個完美的剛體(特別是海洋的部份),它會延著月球的方向直線延伸。根據我們的觀察發現,地球表面可以看到兩個小小的凸起,其中一個面對著月球的方向,另一個則正好在相反方向的對面。因為這個效應對海水的影響遠大於對固態地殼的影響,所以海水的突起就會更為明顯,再加上地球自轉的速度要比月球繞行地球的速度快上許多,於是這些突起每天會環繞地球一次,造成每天的兩次高潮。(這是一個非常簡化的模型,實際上的潮汐,特別是在海洋邊緣的地區,要更加複雜的多。)

但 是地球也不是完全的流體,地球的自轉帶著這些凸起稍微領先於月球所在方向的位置。這表示地球與月球之間的力並非準確地沿著月地兩者中心的連線,因而形成了地球上一個轉動力矩以及月球上一個加速度力的產生,於是導致地球的轉動能量向月球發生了淨轉移的結果,使地球自轉的速度以大約每100年千分之一秒的幅度減慢當中,而月球的繞地軌道則是以大約每年3.8公分的速度升高。(相對地效應則發生在具有不尋常軌道的衛星 火衛一Phobos 和 崔坦Triton身上)

這 種重力交互作用的對稱性同時也造成月球同步synchronously自轉的現象,例如月球繞地軌道的鎖定狀態,就使得月球總是用同一面在面對地球。而正如同目前地球自轉速度因為受到月球影響而減緩的情況,在很久以前月球自轉的速度同樣地因為地球的活動而變慢,只不過在當時發生的效應比今天強上許多,直到月球自轉的速度降低到符合它的軌道週期時(就是凸起的位置可以正好面對地球),就不會再有離心力矩產生,月球於是達到一個穩定的狀態。同樣的情況也發生在太陽系中大部份的衛星身上,最後地球的自轉也將會慢到符合月球的週期,如同冥王星Pluto和它的衛星 開隆Charon一樣。



事實上月球看起來有一點在晃動wobble(這肇因於它的軌道有一點點不圓),所以有時候可以在幾度的範圍內看到另一面的月球,不過這一面大部份的區域(左圖)一直都完全不為人所知,直到1959年的蘇聯太空船月神3號Luna 3才拍下了完整的照片。(注意:月球並沒有所謂"黑暗的一面",月球表面的每一部份都有一半的時間可以照到陽光,(除了極區附近幾個比較深的撞擊坑之外)過去一些"黑暗的一面"的用詞,其實是指月球背對地球的那一面,用"黑暗"這個詞來代表"未知"的含意(例如"黑暗大陸"是代表非洲),雖然這個詞今天已經不合時宜了!)。



月球並沒有大氣層的存在,但是從克萊門堤號Clementine傳回的證據顯示,在月球南極附近一些永遠陰暗的火山口深處可能會有結成冰的水,這個現象目前已被月球探測者號所 證實了。 不過北極則沒有明顯的冰存在,但這已經使得我們未來在探索月球的經費上可以大幅縮減了!



月球的地殼平均有68km厚,不過它的差異可以從危難海(Mare Crisium)底部的0km厚地殼,一直到月球背面克羅拉(Korolev)火山口北方地殼的107km厚,地殼之下是地函以及可能有一個小小的核心(半徑約340km,佔月球質量的2%),然而不同於地球的是,月球的地函只有部份融溶。不可思議的是,月球的質量中心偏離了月球的幾何中心,位在偏向地球方向2km的位置。同時月球在靠近地球這一面的地殼也比較薄。



月球表面陸地有兩種主要的型式:被大量且劇烈撞擊而佈滿隕石坑的老 高地, 以及相對較平坦與較年輕的海(maria)。月海(構成月球表面大約16%的面積)是巨大的隕石坑,在隕石撞擊後由溶融的岩漿溢流而成,其表面滿佈風化層(由隕石'撞擊所產生的細塵與岩石碎屑混合物)。由於某些我們仍不明的原因,月海幾乎都集中在靠近地球的這一面了。



在科學發展的歷史上,靠近地球這一邊月球表面上的大部份隕石坑,都根據一些著名的人物加以命名,例如: 第各(Tycho), 哥白尼(Copernicus),和 托勒密(Ptolemaeus)。遠離地球一面的月表特徵命名則有比較新的對象,例如:阿波羅 (Apollo,太陽神),蓋加林( Gagarin,蘇聯第一位太空人)和科列洛夫(Korolev)。(由於月球背面的第一張影像是來自於蘇聯的太空船 月神3號Luna 3,所以這些名字有點偏向蘇聯的人名) 除了這些另人熟悉的特徵外,月球背面同時還有一個太陽最大的撞擊盆地, 南極-埃肯隕石坑(South Pole-Aitken),直徑2250km,深度則達到12km,在其西緣(左圖影像中央的位置)有一 東方盆地,這是屬於多環(multi-ring)隕石坑中一個壯麗的例子。



回到地球總共382公斤的月球岩石標本,多是來自於 阿波羅及 月神計畫,這些標本提供了我們關於月球知識中大部份的詳情,其中又以它們的定年結果最為重要,即使到了今天,距離最後一次人類登陸月球已經20年之久,科學家們卻仍然在研究先前這些標本。



月表大部份岩石的年齡似乎都介於46億和30億年之間,這樣的結果與地表最老的岩石年齡同樣是30 億年意外吻合。因此月球提供了一些地球無法提供關於太陽系歷史初期的一些證據。



最早關於阿波羅計畫中月岩標本的研究結果,對於月球形成的說法並不一致,當時有三個主要的理論:共同增積co-accretion理論主張月球與地球是同時自 太陽星雲Solar Nebula中形成; 分裂說fission理論主張月球是從地球分離出去的一部份;還有 捕獲說capture認為月球是形成於其他的地方,後來才被地球所捕獲。只不過以上這幾種說法都不能完全獲得證實,直到來自月球岩石更新、更詳盡的資訊被獲得之後,才推衍出了新的碰撞說impact理論:認為地球由於受到巨大星體(和火星一樣大)的撞擊,向外噴出的物質於是聚合而成了月球。目前仍然有許多細節部份尚未有確切的結果,但是碰撞說已經是現今最 廣為接受的理論了。



月球並沒有全球性的磁場,但是月球表面部份的岩石則存在有殘磁,這顯示在月球歷史早期可能是具有全球性磁場的。



由於沒有大氣和磁場,月球表面是直接暴露在太陽風solar wind之下,在超過40億年的歲月中,許多來自太陽風的氫離子被深埋在月球表面的風化層中。因此在阿波羅計劃中所帶回來的風化層標本,對於研究太陽風提供了重要的資訊。這些月球上的氫有一天也許甚至會被用來當作火箭燃料呢!

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宇宙真的是偉大,無奇不有,世界真的值得我們去了解
阿貓

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