书城童书太空宇航知识篇(一)
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第8章 攀登月球(4)

景色迷人话月球

皓月当空,人们天天看它,却不知道上面究竟是什么样子。千百年来人们盼望着揭开月球的面纱,看看它真实的模样。

1608年,荷兰一位磨眼镜片的工人发现,把几片经过磨制的玻璃摆在适当的位置上,就可以使远处的景物看起来如在眼前。从此人类有了望远镜。伽利略听到这个消息,立刻联想到遥远的天空能不能用望远镜来观测呢?他凭借自己丰富的物理光学知识,很快就制成了人类第一个天文望远镜。1610年,他把望远镜指向天空,观测的第一个目标就是月亮。“啊!”他惊讶地大叫起来,因为他无论如何也没有想到,人们心目中圣洁无暇的月亮竟会是这个样子。那想象中应该是平坦光滑的月面上布满了高山和深谷,还有大片大片黑暗的地区。伽利略想,大片黑暗的地区一定是大海。他根据自己的观察画了第一幅月面图,还给两条最明显的山脉起了名字,叫阿尔卑斯山脉和亚平宁山脉;又给两个海起了云海、湿海的名称。他把自己的观测结果公布于世,几乎所有的人都被震动了。

今天我们已经清楚地知道,月球上根本没有水,哪能有海呢?那些“海”实际上是一些地势比较低的广阔平原。由于科学家们已经习惯称它们为“海”,所以就这样一直延用到今天。在月球的正面,月球海占了半球表面的一半。不仅如此,在今天的月面图上,有些较大的“海”还称为“洋”,较小的“海”称为“湖”或者“沼”,甚至把海伸向高地的部分称为“湾”。这些带“水”字偏旁的名称使滴水全无的月球显得有了一些生气。

月球上的山很特别,一座一座的山像一个一个的碗,每一座山圆圆地围成一圈,称为环形山。环壁就是山,环壁中央围成的低地称为环底。有趣的是,在一些比较大的环形山中间,还有一个或几个中央峰,像锥子似地矗立在环形山中央。月球上的环形山数也数不清。初步统计,直径在一千米以上的就有33,000多个。最大的贝利环形山直径有295千米;另一个克拉维环形山,直径也有230千米。比较大的环形山都是用科学家的名字命名的,最著名的有哥白尼环形山、阿基米德环形山、托勒密环形山、伊巴谷环形山等。此外还有以我国科学家石申、张衡、祖冲之、郭守敬等的名字命名的环形山。

对环形山形成的原因,人们的说法也很不相同。一种意见认为是火山爆发形成的;另一种意见认为是流星、陨石等小天体猛烈撞击形成的。

“火山爆发说”认为,月球质量小,又没有地球那样的“铁心”,所以它对表面物质的吸引力就小,火山爆发的规模就会很大,因此形成巨大的“火山口”。加之月球上没有空气和水,没有风吹雨打的侵蚀,火山口就可以长期地、原封不动地保持它的原貌。我们地球上的火山爆发也形成过与月球环形山十分相似的火山口,但地球风化现象严重,火山口就逐渐被破坏得看不清了。

“天体撞击说”认为,月球没有空气。在流星、陨石撞击的时候,月球不能保护自己。经过亿万年天体的撞击,月面就成了今天这种“坑坑洼洼”的样子,所以“环形山”又叫“月坑”。我们的地球有大气层保护,小天体进入大气,剧烈的摩擦产生的高温,使多数小天体在空中就被烧毁了,无法落到地面上,所以地球表面没有那么多环形山。

这两种说法都有一定道理。多数科学家的结论是:较大的环形山是火山爆发的遗迹;较小的环形山是天体撞击的结果。

月球概况

1609年,意大利科学家伽利略制成了一架简单的望远镜,首先用它来观察月亮,迈出了人类用科学仪器观测天体的第一步。观察结果使伽利略大为惊奇,原来,月亮并不象人们想象的那样洁白无瑕,景色迷人。月亮上有明有暗,瘢痕累累,有些地方还凹凸得十分厉害。伽利略认为:那些明亮的部分不断改变颜色,一定是山脉;那些总是黑暗的部分,一定是海;他还给月面上这些暗的部分起了海洋的名称,比如“云海”、“湿海”、“(南海”、“冷海”、“风暴洋”等等。

三首多年来,人们继伽利略之后,不断地观测月亮,绘制了许多幅月面图,一张比一张精细。不过,人们在地球上看到的月亮;只是它朝着我们的那张“笑脸”,却始终看不到它的“后脑勺”。直到1959年10月7日,前苏联火箭严月球3号第一次飞到月亮背面,把它的“后脑勺”照了相回来,这才使我们有可能认识月亮的全貌。原来,月亮的背面也同样荒凉坎坷,山地比正面更多一些。

月亮在太阳系的卫星中虽然不算最大的,但是跟它的主星——地球相比,月亮却是个大卫星。月亮的平均直径3475.8千米,大约相当于地球直径的1/4;它的表面积是3800万平方千米,相当于地球面积的1/14,比我们亚洲的面积稍微小一点;月亮的体积是220亿立方千米,等于地球体积的1/49;月亮的质量是7350亿亿吨,大约等于地球质量的1/81;月亮物质的密度是每立方厘米3.34克,相当地球密度的3/5。这样大比例的卫星,在太阳系里是少有的,月亮和地球简直象是一对行星。

月亮离开我们有多远呢?从月亮到地球的平均距离是384400千米,相当于地球半径的60倍,约等于环绕地球赤道10圈的行程。

月亮绕地球旋转的轨道不是正圆,而是椭圆形的,所以离开我们有远有近:最近的时候只有363300千米,最远的距离是405500千米。如果我们注意观察,可以看出月亮有时候显得木一些、亮一些,离我们最近的时候要:比最远的时候看起来大12%,亮30%。

月亮表画的暗斑,就是伽利略称之为“海”的部分。实际上,月亮上根本没有水,“月海”有名无实,发暗的部分是比周围低洼的广阔平原。最大的“月海”——风暴洋的面积500,万平方于米,比我国面积的一半还要大一些。“月海”共翅个,约占月亮总面积的40%,其余60%发亮的部分被称为“陆”。这里是高地和山脉,峰峦重迭,沟壑纵横。“陆”比“海”平均高出1500米。

月亮上的特产是环形山。环形山一般是圆形的,四周山壁突出,内坡比较陡峭,外坡比较平缓,样子很象火山口。有些环形山中心还耸立着一个孤立的山峰,叫“中央峰”。环形山的山壁有高有低,一般高度在200~500米之间。环形山的范围有大有小,最大的环形山是月亮南部边缘的贝利环形山,直径295千米,四周山壁高达4250米,简直是被高山包围的大平原,把我国的海南岛装进去还绰绰有余。有些环形山四周山壁不高,可是中间底部深陷。最深的是牛顿环形山,比外围的平原低7千米,比山壁低8858米;把地球上最高的珠穆朗玛峰装进去,可以看不见山尖。

月亮上的环形山很多,“陆”上有环形山,“海”里也有环形山,“陆”上的环形山比“海”里的多。用望远镜能够看清的直径在1千米以上的环形山,大约有33000多个,直径在1千米以下的只能算是坑穴了,多得不计其数。这些坑穴把月面弄得千疮百孔,瘢痕满目。

环形山是怎样形成的呢?有两种说法。一种说法认为是火山喷发的结果。火山喷发时岩浆喷涌出来,向四面八方流去,形成了环形山壁,火山口就是环形山中间的盆地。另一种说法认为行星际空间有许多游荡的石头——流星体,因为月亮没有大气保护,它们可以毫无阻拦地冲击月面,造成坑穴和环形壁。这两种说法都有道理,有待进一步探索研究。

月亮上的“海”徒有其名,可山却是名副其实。山脉不多,大多以地球上山脉的名字命名。月亮上的山同地球上的山相比毫不逊色,甚至更加险峻陡峭。最长的山脉长达1000千米。月球南极附近的莱布尼兹山脉,最高的山峰高达9千米,地球上的最高峰见了它也得“甘拜下风”。

除了“海”和山以外;月面上还有许多其他的结构;以环形山为中心向四面八方伸展的长而宽的条纹——“辐射纹”,像峡谷一样长长的裂缝——“月谷”,“海”的分支——“湾”,比“海”高而比“陆”低的区域——“沼”,范围比较小的“暗块”——“湖”,等等。

同地球一样,月亮上也有土壤,厚度从几厘米到几十米。人们原来以为月亮上的尘土很松软,可人类登上了月亮以后,留下的第一个脚印却只有几分之一厘米深。土壤里含有氧、硅、铁、硫、钴、铝、镁、钛等元素,没有发现与地球上不同的新元素。很有意思的是这些土壤里含有不少玻璃质的小珠,它们很可能是流星体撞击月面,产生高温高压,熔化了岩石,向周围飞溅形成的。

土壤下面是岩石,大多是由熔岩凝固而成的玄武岩。在地球上根普遍、含量很丰富的钠和钾,在月球上倒很少见,而在地球上相当稀有的锆、铪、钇和稀土元素,在月岩中含量却很高。月岩中含有很多的铁、铝和钛,将来可以开发这些矿藏,用来满足人类的需要。人们利用放射性纪年法,测得月面岩石的最高年龄是47.2亿年,与地球年龄差不多。很可能月亮和地球是在同一种环境条件下,同时诞生的。

月亮确实荒凉沉寂,但还不是一个完全僵死的天体。它内部的温度仍然相当高,月震、山崩、火山喷发等类似地质变动的自然现象也在发生。月亮还在活动着。

人类对月球的认识

人类向宇宙进军的第一个目标是我们的近邻——月亮。月亮是地球酌卫星,顾名思义,它就象一名卫兵,环绕在地球的周围。月亮与地球可以说是形影不离,它的柔和的光亮,曾使天文学家和诗人们激动不已。古往今来,多少文人墨客赋诗著文,为月亮编织了层层奇妙的面纱。

自从伽利略以来,人们用望远镜可以看到月球上有许多环形山,山与山之间有凹地,天文学家开始把它叫“海”,其实根本不是什么海,更没有水。月球上有大大小小数不清的坑,这是由宇宙中的流星击中月球所造成的。为什么月球这么“不幸”呢?说来还得怪月球自己,这是因为月球的引力很小,它“抓”不住空气,于是月球上的大气层很薄很薄。流星在闯入月球过程中不能烧毁,可以无遮无碍地、无情地砸到月球上,就留下了点点“伤痕”。月球是一个完全没有生命现象的世界,这一点科学家们是清楚的。我们探索月球的目的,并不想从月球上寻找生命,而是想把月球开辟成一个宇宙航行的基地,从这里向更远的宇宙探索。此外,由于在月球上更便于了解宇宙空间的知识,我们可以把更多的仪器放在那里,获得更多的宝贵资料。还有一点是,月球一直保持着原始的未开发状态,还是几千万甚至几亿年前的老模样,因此研究月球岩石和地质构造,对了解地球的生成及演变是很有帮助的,这就是人们一直对月球感兴趣的原因。

2000年前,人类就向往月球。16世纪意大利物理和天文学家伽利略(1564~1642)发明了望远镜,人类第一次通过望远镜观察到月球。这大大有助于人们认识月球。18世纪末,拍摄到的照片仍然是始终面向地球的月半球,分辨率为1千米左右;同时出版了月球图。至此,人类能看到月球的轮廓,但对月球结构、月面实际隋况以及月球空间环境仍不清楚。

月球自转和绕地球运行是同步的,周期为Z7.32天;可见面中约1/3是阴暗色盆地。最初称它为“海”,实际上是盆地。月球赤道直径是3476千米,为地球直径的27.25%;它的体积为地球的2%,质量是地球的1%(地球密度为5.5克/厘米3,而月球密度则是3.3克/厘米3)。月球轨道呈椭圆形,近地点356330千米,远地点406610千米。月球表面布满沉积的尘埃,既无空气,又无水。由于是一个真空环境,向日面和背日面温度差别极大。根据美国加利福尼亚州威尔逊天文台的纪录,月球赤道点中午温度是101℃,而子夜为-152.7℃。

在空间时代之前了解月球,只能依靠对电磁和粒子辐射的研究,利用望远镜观察,测量原始行星引起的太阳风,并寻找陨星落到地球上的碎块进行分析。在“阿波罗”宇宙飞船登月前,许多天文学家认为月球与地球有相同球粒陨星的组分。有的行星学者以为月球相当热。一段时间里,月球“热”和“冷”的学派争论不休,各执己见。

1893年,格罗夫·卡尔·吉伯特(1843~1918)对月球表面提出了新的解释,支持月球寒冷学派。他用美国海军观测站的0.67米焦距望远镜观察了月球18个夜晚,并假定平坦的浅灰色月球表面是与巨大的物体面碰撞而成的。1961年获得诺贝尔化学奖的哈罗德·克莱顿·尤里(1893~1981)这样解释他看到的月一地之间的差别:“地壳岩石大概是由于经过未完全熔化过程和长期的分裂而形成的。在月球上似乎未产生后期的分化。”美国史密森天体物理观测台台长弗雷德·惠普尔断定在月球上有许多火山活动证据,最大火山口是小行星或陨星碰撞的结果。天文学家和企业家拉尔夫·鲍德温推测,大部分月面是由于强大物体碰撞、通过热和压力使岩石成形。1963年英国天文学家帕特里克·穆尔指出,月球硬壳是灼热粘稠岩浆的固化;1966年美国地质学家杰克·格林描述月球海是由玄武岩构成的,像地球上的火成岩。根据美国宇航早带回采的月岩分析,证实了美国耶基斯和麦克唐纳天文台台长杰勒德·凯珀(1905~1973)1954年作出的结论:月球是由放射性热物质构成的。