月球的概况

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一、月球的基本参数:

平均赤道半径: ae = 1738000 米
平均半径: a = 1737400 米
赤道重力加速度: ge = 1.618 米/秒2
平均自转周期: T = 27.32166 天
扁率: f = 0.006
质量: M⊕ = 0.07348 ×1024 公斤
月心引力常数: GM = 4.902793455×1012 米3/秒2
平均密度: ρe = 3.34 克/厘米3
地月系质量比 E/M = 81.30068
离地球平均距离: R = 384400 公里
逃逸速度: v = 2.38 公里/秒
表面温度: t = -120 ~ +150
表面大气压: p = 1.3 × 10-10 帕

二、圈层结构

月球是地球的唯一天然卫星,它与地球有着密切的演化联系。根据对建立在月球上的阿波罗11号和12号月震台记录资料的分析,以及对月球表面和月岩的研究,可知现今的月球内部也有圈层结构,但与地球内部的圈层结构并不完全相同。月球表面有一层几米至数十米厚的月球土壤。整个月球可以认为由月球岩石圈(0~1000公里)、软流圈(1000~1600公里)和月球核(1600~1738公里)组成。月球岩石圈又可进一步分为四层,即月壳(0~60公里)、上月幔(60~300公里)、中月幔(300~800公里)和月震带(800 ~ 1000公里)。软流圈又称为下月幔。在月壳的10公里、25公里和60公里深处,均存在月震波速的急剧变化,表明在这些深度处存在显著的不连续性。月球表面至25公里深处为玄武岩组成的月壳第一层次,25公里~60公里之间为月壳的第二层,由辉长岩和钙长岩组成。上月幔由富镁的橄榄石组成,中月幔和下月幔由基性岩组成。月球震源的位置位于600~1000公里的深度之间,平均月球震源深度为800公里。由于月球表面岩石的密度并不比整个月球的平均密度小很多,因此,可以认为月球核不会是较重的铁镍等元素组成,它可能呈塑性或部分熔融状。在月球1000公里深处,月幔温度不会高于1000°C。根据对月球内部状况的了解,固体部分圈层结构并不是地球本身所特有的。月球的上述圈层结构,也是月球的演化过程中整个月球物质圈层分化的结果。

三、月面特征

月面上山岭起伏,峰峦密布,没有水,大气极其稀薄,大气密度不到地球海平面大气密度的一万亿分之一。没有火山活动,也没有生命,是一个平静的世界。已经知道月海有22个,总面积500万平方公里。从地球上看到的月球表面,较大的月海有10个:位于东部的是风暴洋、雨海、云海、湿海和汽海,位于西部的是危海、澄海、静海、丰富海和酒海。这些月海都为月球内部喷发出来的大量熔岩所充填,某些月海盆地中的环形山,也被喷发的熔岩所覆盖,形成了规模宏大的暗色熔岩平原。因此,月海盆地的形成以及继之而来的熔岩喷发,构成了月球演化史上最主要的事件之一。

月球上的陨击坑通常又称为环形山,它是月面上最明显的特征。环形山(crater),希腊文的意思是"碗",所以又称为碗状凹坑结构。环形山的形成可能有两个原因,一是陨星撞击的结果,二是火山活动;但是大多数的环形结构均属于陨星的撞击结果。1924年,吉福德(A. C. Gifford)曾把月坑同地球上的陨石坑作了比较,证实了月坑是陨星撞击形成的。因此,陨击作用是形成现今月球表面形态的主要作用之一。许多大型环形山都具有向四周延伸的辐射状条纹,并由较高反射率的物质所组成,形成波状起伏的地形,向外延伸可达数百公里。环形山周围有溅射出来的物质形成的覆盖层;溅射的大块岩石又撞击月球表面,形成次生陨击坑。由于反复的陨星撞击与岩块溅落,以及月球内部喷出的熔岩大规模泛滥,使得许多陨击坑模糊不清,或只有陨击坑中央的尖峰露出覆盖熔岩的表面。

从叠加在月海上的陨击坑的状况判断,以及从月球上带回样品的放射性年龄测定表明,月海物质大致是与陨击坑同时期形成的。月海年龄大都在35亿年左右,而月陆高地的形成至少在月海熔岩喷发之前10亿多年已经存在,因此原始月壳是更为早期形成的,并且是大量熔岩的不断喷发,月球物质长期圈层分化的结果。研究表明,月球的圈层结构是继大约46亿年前它所经历的一个漫长的天文演化阶段之后,又一个持续了约10亿年之久的一个圈层分化过程。月球上大型环形山多以古代和近代天文学者的名字命名,如哥白尼、开普勒、埃拉托塞尼、托勒密、第谷等。月球表面陨击坑的直径大的有近百公里,小的不过10厘米,直径大于1公里的环形山总数多达33000个,占月球表面积的7~10%,最大的月球坑为直径235公里。在月球背向地球的一面,布满了密集的陨击坑,而月海所占面积较少,月壳的厚度也比正面厚,最厚处达150公里,正面的月壳厚度为60公里左右。由于月球表面之上缺乏大气圈和水圈,所以月球早期的熔岩喷发和陨星撞击形成的月球表面形态特征能够得到长期的保存。自1969年以来,宇航员已从月球表面取回数百公斤的月岩样品,经过对这些月岩样品的研究分析得出结论,这些月岩曾熔化过,月球表层物质主要是岩浆岩组成。月球的年龄至少已有46亿年。

四、月球运动

地球与月球构成了一个天体系统,称为地月系。在地月系中,地球是中心天体,因此一般把地月系的运动描述为月球对于地球的绕转运动。然而,地月系的实际运动,是地球与月球对于它们的公共质心的绕转运动。地球与月球绕它们的公共质心旋转一周的时间为27天7小时43分11.6秒,也就是27.32166天,公共质心的位置在离地心约4671公里的地球体内。

宇宙间天体之间都存在相互间的作用,其中所谓"潮汐作用"是重要的作用形式之一。由于地月间距离相对较近,这种潮汐作用更为明显。太阳系天体中,月球对地球的潮汐作用约为太阳对地球潮汐作用的2.2倍,并远远大于其它天体对地球的潮汐作用。由于月球的潮汐摩擦作用使得地球自转变慢,每天时间变长,平均每一百年一天的长度增加近千分之二秒。同时,由于地球自转变慢,使得月球缓慢向外作螺旋运动,目前月球正以每年3~4厘米的速度远离地球。同样道理,地球对月球的潮汐作用,使得月球自转周期变得与其公转周期相同。月球的自转和公转都是自西向东的。月球的这种自转,称为同步自转。因此,自古以来,人们看到月球总是以同一面朝向我们地球。

人类在开始记录地球史的时候,就已通过观测月球位置和位相来计时。通过对月球和太阳周期性运动的研究,使得古代中国人和美索不达米亚人创立了历法。公元前300年,巴比伦的天文学者已能预报月食。

 


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