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月球的起源莫衷一是:
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。
月球较地球古老:
令科学家惊讶的是,从月球带回的岩石,有99%比地球上90%的古老岩石还要老。太空人携回的月球岩石,已被测定有43亿年至46亿年的历史,这已相当于太阳系的历史了。
土壤比岩石更久远:
美国太空人首次登陆的“宁静海”,土壤的年代竟比岩石久远。据分析,两者相差10亿年之久。由化学分析显示,月球上的土壤并非由岩石演变,可能来自别的地方。
受撞击会发出巨响:
太阳神号在探月时,月球登陆艇和火箭返航时,都会撞到月球表面。但每次都会使月球像大铜锣或大钟一样响起来,阿波罗12号探月时,月球的回声还持续了4个小时,目前没有一个科学家能够解释这种现象。
黑影区有稀有金属:
在地球上看月球时,会看到有些黑影,太空人登陆到这个平原状的黑影区时,发现很难在它的表面上钻孔,经研究这里的土壤样品中含有金属元素如钛、锫、钇等,科学家们为此感到十分惊异,因为这些金属元素要在相当高的热度---摄氏6000度以上才可能熔化,并与周围的岩石混合在一些。
纯铁粒子不会生锈:
宇航员们从月球上带回来的岩石样品中,都含有纯铁的粒子,科学家们认为这些纯铁粒子并非来自陨石。有专家报导,这些纯铁粒子带回地球后,好多年都未生过锈,纯铁不生锈在科学界还是破天荒第一次遇到这种事情。
表面光滑如镜子:
月球表面不少地方光滑如镜。好像被什么不知来源的酷热“烫”过了一样。专家们分析说,这儿并非是由巨大的陨石撞击而造成的,有些科学家则认为,太阳爆出来的高热才是主要的因素。
具有磁性使人震惊:
早期的月球研究,都说月球上没有磁场,近年来在分析月球岩石后,才知道它有强烈的磁性。然而月球的岩石真有磁场,则应有个铁质的核心才对,但现在的资料又告诉我们,这样一个巨大的热核心不可能存在于月球的里面,也不可能从地球上的磁场获得磁性,因为月球若要从地球上获得磁性,就必须很接近地球,果真如此,它恐怕会被地心力弄毁了。
外壳底部的浓缩物:
太空探测带回来的资料显示,月球的外壳底下有大块的浓缩物而且还有一股吸引力,太空船飞过时禁不住要倾斜。科学家只知道这些浓缩物是一种又重又密的物质,其余就一无所知了。
浩瀚星空中,最引人注目的天体要数月亮了,它那变化万千的外貌,它所承载的从古至今那么多的美丽动人的神话传说,为人间平添了多少诗情画意!广寒宫里琼楼玉宇,有嫦娥仙子舞翩翩。不仅如此,月亮周期性的阴晴圆缺还是人们自古以来制定历法的根据之一。
月亮围绕地球公转,同时也自转,两者周期相同,方向也相同,因此月亮总以相同的一面对着地球,在人造卫星上天之前的漫长岁月里,人们从来没见过月亮的后脑勺。
月亮为什么会有阴晴圆缺的变化呢?大家知道,月亮本身不发光,只是把照射在它上面的太阳光的一部分反射出来,这样,对于地球上的观测者来说,随着太阳、月亮、地球相对位置的变化,在不同日期里月亮呈现出不同的形状,这就是月相的周期变化。进一步说,虽然月亮被太阳照射时,总有半个球面是亮的,但由于月亮在不停地绕地球公转,时时改变着自己的位置,所以它正对着地球的半个球面与被太阳照亮的半个球面有时完全重合,有时完全不重合,有时一小部分重合,有时一大部分重合,这样月亮就表现出了阴晴圆缺的变化。
当月亮处于太阳和地球之间时,它的黑暗半球对着我们,我们根本无法看到月亮的任何一点形象,这就是“朔”,朔在天文上是指月亮黄经和太阳黄经相同的时刻。逢朔日,月亮和太阳同时从东方升起,即使地球把太阳光反射到月亮,然后再由月亮反射回来的那部分光,也完全淹没在强烈的太阳光辉中。
而当地球处于月亮与太阳之间时,虽然三个星球也是处于一条线上,但这时,月亮被太阳照亮的半球朝向地球,柔和的月光整夜洒在大地上,这就是满月,也就是“望”。这时月亮黄经和太阳黄经相差180度。
因为月亮与地球的距离相对于日地距离来说太短了,在天球上,月亮东移的速度比太阳大很多,每天月亮由西往东前进13度多点,而太阳却只前进1度。 因此,朔之后,月亮很快地跑到了太阳的东边,一两天后,太阳一落下去,西边的天空就可见到一弯新月,两个尖角指向东方。此后,月亮升起的时间越来越迟,月亮也逐渐丰满起来。约在朔后七天,月亮的黄经刚好超过太阳90度,我们看到的月亮是圆弧朝西的半圆,这就是上弦月。以后月亮继续向东,更加丰满,升起的也更迟了,直到望。从朔到望,月亮离开太阳的距离越来越大。
过了望后,月亮逐渐向太阳移近,月面逐渐消瘦下去。 当月亮黄经超过太阳黄经270度时,它又变成了半圆形,但圆弧朝东,这就是下弦月。这时候,当太阳从东方升起时,月亮正高悬在正南的天空上,自然,我们的肉眼这时是看不见月亮的。下弦以后,月亮要到后半夜才从东方出来,它的半个圆面逐渐消蚀下去,变成狭窄的镰刀形,尖角向西。从望到朔,月亮与太阳靠得越来越近,以至再次与太阳黄经相同,消失在晨曦中。
月相变化的周期,也就是从朔到望或从望到朔的时间,叫做朔望月。观测结果表明,朔望月的长度并不是固定的,有时长达29天19小时多,有时仅为29天6小时多, 它的平均长度为29天12小时44分3秒。
月亮与某一恒星两次同时中天的时间间隔叫做“恒星月”,恒星月是月亮绕地球运动的真正周期。朔望月比恒星月长,道理与太阳日比恒星日长是一样的。恒星月与日常生活关系不大,而朔望月却因为是月亮圆缺变化的周期,与地球上涨潮落潮有关,与航海、捕鱼有密切的关系,对人们夜间的活动有较大的影响,同时在宗教上月相也占有重要位置,所以人们自然地以朔望月作为比日更长的记时单位。月球最初是如何形成的呢?在科学界这是一个大有争议的问题,目前大致有三种理论。
“俘虏”理论:有些科学家认为,月球原是一颗流星,当它在宇宙空间漫无边际飞行时,偶然进入地心引力范围,受到地球引力的约束,因而才意外地纳入了地球轨道。不过,近几年来,有不少人引用天体力学来反对这一说法。
“分裂”理论:持这一说法的科学家认为,月球是从一片炽热旋转的云状物包围着的地球中分裂出来的,因而月球是地球的“孩子”。然而从“阿波罗”号宇宙飞船上几次带回来的资料表明,月球和地球的组成成分却是大不相同的。
“碰撞”理论:该理论认为,约45亿年前,一个比火星更大的行星,以每小时4000公里的飞行速度猛然撞击早期的地球,力度如此之大,以致这个行星的铁质核一直撞到了我们地球的中心。碰撞结果是产生巨大爆炸,伴随有6000摄氏度以上的高温。地球在爆炸的冲击下变了形,这个采取“自杀行为”的巨大天体的大部分与地球融合,只有一部分作为炽热的蒸汽与其他碎片一道汹涌地喷射入外层空间,后来这些蒸汽冷却下来并凝固成尘埃,尘埃与其他碎片混杂在一起形成了一个核,这个核后来凝聚成团,我们的邻居——灰色的月球从此诞生了。
科学家们正借助于新型的超级计算机来模拟宇宙空间所发生的这一奇特碰撞,以求验证该理论。
月球起源新说
月球来自哪里?这是一个人们在不断探求的问题,近年来,随着行星演化理论的飞跃发展以及现代电脑技术的广泛应用,又出现了一种月球起源的新学说,叫做新俘获说。
从行星演化看月球起源
近几年来,科学家们以现代行星演化理论为基础,用计算机计算了在太阳系形成的初期,作用于太阳、地球、月亮三者之间的力以后,得出了一种新的月球起源学说。科学家们认为,月球是在地球形成的初期,在地球的引力范围内被地球所俘获的;而这种现象在当时又是极为普遍的现象。这种新学说,即所谓新俘获说。
新俘获说与过去的旧俘获说不同。旧说仅从地球引力来考虑月球起源;而新说是从整个太阳系行星形成过程来研究月球起源的。新说认为太阳系九大行星及若干卫星,包括月球在内,都起源于原始太阳系星云。原始太阳系星云是46亿年前在原始太阳周围形成的一片薄圆盘状星云。星云中含有固体微粒子。大量微粒子逐渐集聚在星云赤道平面上,形成一片很薄的固体粒子层,随着微粒子密度的加大,自身引力也越来越强,到一定程度其稳定性便遭到破坏,粉碎成半径为5公里左右的很多小天体,即小行星。整个太阳系起初是由约一兆个小行星构成的。无数小行星在星云气体中围绕太阳旋转,互相碰撞,逐渐凝聚成长,形成大小不同的行星。我们的地球就是这样,大约经过一千万年才长成现在这么大的。
行星是在星云气体中成长的。地球的幼年时期周围覆盖着浓厚的星云气体,这种气体叫做原始大气。由于当时太阳活动特别激烈,强大的太阳风逐渐吹散原始大气,后来包围地球的原始大气也逐渐稀薄,飘散掉。
月球也起源于原始太阳系星云,与地球演化过程大体相同。月球是在地球刚到成年,原始大气开始逸散之际飞近地球引力圈的,这样便成了地球的俘虏。
俘获月球的四种力
月球进入地球引力圈后,受到很多力的作用才留在卫星轨道上绕行。俘获月球主要有四种力,即地球引力、太阳引力、潮汐力和原始大气的阻力。
一般来说,飞进地球引力圈的小天体,包括月球在内受到最大的力就是地球引力。然而,仅有地球引力,俘获后的小天体轨道未呈椭圆形。地球引力加上太阳引力之后,使小天体轨道有了改变。在地球和太阳引力作用下,进入地球引力圈内的小天体的轨道也不完全是椭圆形的,而且飞行若干周之后必然脱离引力圈跑掉,不可能留在卫星轨道上。
但是,月球并未脱离地球引力圈跑掉,这是由于原始大气的阻力在起作用。地球引力圈内的原始大气阻力对飞来的月球起了急剧的制动作用,使月球失去一部分能量,轨道半径变小,便跑不掉了。
如此说来,月球因受大气阻力作用轨道半径越来越小,岂不是早晚也得掉到地球上来,与地球相撞吗?不必担心,当月球飞进地球引力圈时,原始大气已开始逐渐飘散,月球所受的大气阻力越来越小,原始大气消失后,月球所受阻力也随之消失,因而轨道半径没有变小,也没有与地球相撞。
大气阻力消失后,还有潮汐力在起作用。在潮汐力作用下,月球公转速度加快,离心作用强化,轨道反而向外推移。通过观测得知,目前月球轨道半径事实上每年大约增加3厘米。
在上述四种力的作用下,使月球在被俘后既未掉到地球上来,也没跑到引力圈外去,始终在卫星轨道上运行,与地球长期相伴。
俘获是普遍现象
行星俘获小天体是行星演化进程中的一种普遍现象,不仅地球这样,太阳系其他行星也有这种现象。不少行星都各有自己的卫星,就是最好的说明。地球在形成过程中,曾有许多小天体飞到引力圈内来,其中一部分小天体直接与地球相撞,其余大部分在绕地球飞行期间,因原始大气强大阻力使轨道半径变小,最后终于落到原始地球上来。地球是在不断“吞掉”这些飞来的小天体当中成长起来的。
月球被俘获时间比其他小天体都晚,月球是在地球凝聚末期、原始大气逸散初期被俘的。月球被俘的最初10—100年期间,和其他小天体一样,轨道半径也在缩小,但原始大气消失后,月球轨道半径有了改变,月球后来的离心倾向使它幸存下来,免被地球“吞掉”。法国科学家F·米古纳曾对月球被俘后轨道变化的趋势作了计算,计算结果如附图所示。从附图上可以看出,刚被俘的月球距离地球较近,1千万年后月球轨道半径为地球半径的20倍,1亿年后为35倍,46亿年后达到60倍,即现在的位置。
自从俘获月球后,地球几乎再也没有俘获其他小天体。因为已有月球绕地球飞行,如果再有其他小天体飞来,依据天体力学原理,不会处于稳定状态,它不是掉到地球上来,就是飞出去,再不就是落到月球上去。所以,地球只有月球一个卫星陪伴。
俘获现象是普遍的,整个太阳系行星都是如此,只有金星是个例外。金星的自转速度很慢,约250天自转一周,不可能俘获行星,因此至今还孑然一身漫游在天空。
新俘获说从行星演化的整体上阐明了月球的起源以及被俘经过,是目前解释月球起源问题最有权威的学说。但这一新学说还有一些尚待研究的问题,例如,没有原始大气阻力能否俘获卫星?顺行性卫星和逆行性卫星的被俘有何不同?等等。经过科学家们的反复研究,人类对地球起源问题必将有一个正确而全面的认识 。
(中国科协信息中心提供 )
原始行星与地球相撞形成了月球
8月16日的《自然》杂志上公布了科学家用计算机模拟月球形成过程的成果。据他们的模型,月球是在46亿年前太阳诞生后不到1亿年时,由一个火星大小的物体撞击地球产生的。
这个模型的研究者卡那珀描述了这一惊心动魄的过程:一个黑暗的比地球大不到一倍半的原始行星在运行中和地球相遇,从侧面给了地球一击,使地球绕自己的轴旋转起来,撞击的冲击力从地球的外层和这个无名撞击物上撕下了部分物质,其中大约一半最后形成了月球。另一些被撕下来的物质被加热到不可想象的程度,蒸发后膨胀,进入周围的太空。
关于月球的形成还存在其他的理论。有些科学家认为月球可能在太阳系的任何地方形成,然后被地球捕获。另一个理论是地球、太阳和其他正在形成的行星的重力相互作用撕开了地球,月球就是由这些被撕下来的碎片形成的。但是大多数研究者倾向于撞击理论。
参考资料:英国《自然》杂志
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