人类探月系列文章（一）:月球表面脚印几百年不消失

（原标题：Moon Facts: Fun Information About the Earth's Moon）

编者按：2019年1月3日上午10点26分，“嫦娥四号”探测器经过26天，600多小时的飞行，完成了人类探测器首次在月球背面软着陆的壮举，并通过“鹊桥”中继星传回了世界第一张近距离拍摄的月背影像图，揭开了古老月背的神秘面纱。
“嫦娥奔月”的故事历来让人向往，而人类探月的脚步从未停止……
近期，网易科学人栏目推出“探月”系列文章，不仅涉及多年来关于月球的“疯狂“猜想，更有人类在探月征程上留下的历史壮举。
本期科学人上线第一篇“探月”系列文章，一起来看看关于月球的几个有趣的事实。

出品|网易科学人栏目组 卡麦拉

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月球是夜空中最容易看到的天体，也是地球唯一的天然卫星。月相规律已经引导人类几千年时间，中国的农历就是依据月相来确定时间的。

对于许多人而言，月相和月球轨道是非常神秘的。例如：我们总是看到月球相同的“面孔”。这主要是因为月球绕地球旋转需要27.3个地球日，从而我们基于月球反射光线变化，可以看到满月、半月或者新月。我们观测到的月相主要取决于月球相对于地球和太阳之间的位置。

虽然月球是地球的一颗卫星，但是它的直径大约是3475公里，甚至超过了冥王星的直径。月球的体积略大于地球体积四分之一(27%)，而太阳系其它行星和卫星体积比通常低于4：1。这意味着月球对地球具有较大的影响，也很可能是地球上生命存在的原因。

月球是如何形成的？

月球如何形成有多种解释理论，但最新证据表明，它可能是在一次巨大碰撞事件中形成的。

月球形成的主流解释是一次巨大撞击事件将月球原始成分从融化地球中剥离出来，进入现在的地月轨道。科学家认为，此次碰撞天体的质量相当于地球的10%，体积接近于火星，由于地球和月球的成分非常相似，研究人员推断称，此次碰撞事件发生在太阳系形成之后的9500万年，前后误差大约3200万年(太阳系已有大约46亿年历史)。

2015年，科学家基于对早期太阳系行星轨道的模拟分析，以及在地球和月球上最新发现钨-182元素丰度差异，在最新研究中进一步证实了该理论。

虽然大碰撞理论主导了科学界关于月球形成的讨论，但是部分科学家认为月球形成源自其他过程和事件，例如：地球引力俘获月球、月球是从地球分裂出来的，以及地球从金星系统中“偷走”月球。

月球内部结构

月球很可能拥有一个非常小的内核，只有月球质量的1-2%，直径大约680公里。它很可能包含铁元素，但也可能包含大量的硫和其它元素。

它的岩石月幔厚度大约1330公里，是由富含铁和镁的致密岩石构成。远古时期月幔中的岩浆渗到月球表面，火山在10亿多年时间里不断地喷发，大约是在40亿年前至30亿年前喷发。

月壳平均厚度为70公里，月壳最外层由于受到巨大碰撞而出现断裂和断层，月壳表面之下9.6公里深处是完整物质区域。

月球表面成分

月球是一颗岩石卫星，它的表面遍布无数陨坑，这是数百万年以来小行星碰撞所致，由于没有气候变化，陨坑未被侵蚀过。

按重量计算月球表面平均成分是：氧占43%、硅占20%、铁占10%、钙占3%、铝占3%、铬占0.42%、钛占0.18%，锰占0.12%。

目前轨道飞行器发现月球表面有水的痕迹，它们可能来自于月球表面之下。他们还发现了数百个深坑，可供人类登月者长期居住。月球勘测轨道器(LRO)观测显示，月球南极斜坡上存在大量水，尽管科学家评估称该区域水资源相当于极其干燥沙漠中的水量。此外，2017年，一项研究表明，月球内部也存在大量水分。

月球大气层

月球拥有稀薄大气层，因此一层灰尘或者一个脚印可在月球表面保存几百年时间。由于没有太多的大气层，月球表面附近没有热量，因此温度变化很大。月球白天表面温度达到134摄氏度，而阴暗一侧半球的温度则低至零下153摄氏度。

月球轨道特征

以下是来自美国宇航局的观测数据：

与地球的平均距离：384400公里；

近地点：363300公里；

远地点：405500公里；

轨道周长：2413402公里；

平均轨道速度：3680.5公里/小时。

轨道/地球关系

月球引力作用于地球，导致地球海平面可预测性涨落，即潮汐现象。潮汐也可能出现在湖泊、大气层和地壳内部。

高潮汐作用下可使海水涨潮，低潮汐作用下可使海水退潮。由于引力作用，地球距离月球最近的半球出现了涨潮，而离月球较远的半球由于水的惯性也出现了涨潮。

同时，月球引力也缓慢了地球旋转速度，这种效应被称为“潮汐刹车”，使得地球每个世纪平均每天时间延长2.3毫秒，地球失去的能量将被月球吸收，增大了它与地球之间的距离，这意味着月球与地球之间的距离每年增加3.8厘米。

月球引力可能是使地球成为宜居行星的关键因素，它可以适度调节地球轴倾角倾斜度，使得地球在数十亿年时间里保持相对稳定的气候状况，地球生命能够繁衍生息。

但是受地球引力作用，月球也无法摆脱地球的引力束缚，并深受其影响。一项最新研究表明，在月球形成早期，地球引力将月球运行轨道拉伸成一个奇特外形。

月食

在月食期间，月球、地球和太阳排成一线，或者几乎如此。当地球直接或者几乎直接到达太阳和月球之间的时候，地球阴影会落在月球上，就产生月食现象，通常月食仅出现在满月。

日食发生的时候，当月球直接或者几乎直接到达太阳和地球之间，月球阴影会落在地球表面，日食只能在新月的时候出现。由于月球阴影在地球表面很小，因此只有特定的区域才能观看到日食现象。近年来，美国最近一次日全食发生在2017年8月，下一次日全食将发生在2024年4月。

月球季节

地球旋转轴相对于黄道平面是倾斜的，黄道平面是一个地球环绕太阳运行轨道的假想平面。这意味着在一年不同时期内，北半球和南半球有时会指向或者远离太阳，改变他们接收光线的数量，从而形成相应的季节。

地轴倾斜度为23.5度，但是月球轴倾斜度仅约1.5度。因此，月球实际上没有季节。这意味着月球有些地方总是被阳光照亮，而其他地方则永远笼罩在阴影之中。