【知道SET】“中秋话月明”7个问题带你看懂月亮

本集主题：中秋话月明

主讲人：刘德子

所在单位：云南大学中国西南天文研究所

中秋话月明

“床前明月光，疑是地上霜”——李白-《静夜思》

“今夜月明人尽望，不知秋思落谁家”——王建-《十五夜望月寄杜郎中》

“海上生明月，天涯共此时”——张九龄-《望月怀远》

一轮明月，承载着人们无尽的情思：或异乡怀亲，或寄情佳人，或铁马戎疆。千百年来，月亮深深地影响着人们生活的方方面面，包括宗教、历法以及文化等。而作为与地球休戚与共的唯一一颗卫星，月亮对地球生态的影响也尤为显著。适值中秋，我们便聊一聊关于月亮的两三事。

一些关于月球的数据

月亮，专业称呼为月球，其大小在太阳系所有行星的卫星中排名第五。月球的平均半径为1700千米，约地球的四分之一；质量仅为地球的八十一分之一。月球距地球的平均轨道半径为38.44万千米，绕地球运动的公转周期为27.3天。但由于地球也在围绕太阳公转，使得我们在地球上看到相同月相的间隔为29.5天。

地球和月球的引力相互作用深刻影响着彼此的演化。时至今日，两者之间仍存在诸多微妙的关联，以致产生许多令人惊奇的观测现象。

为什么会有潮汐？

由于地球和月球都存在一定的体积，它们之间的引力会产生潮汐现象，其中最显著的例子就是海水的自然涨落。如果我们从太空中观看，会发现地球上的海洋有两个隆起，一个正对着月球，一个在地球的另一面，它们受到的引力差，导致了海洋潮汐现象。随着地球的自转和月球的公转，每间隔12小时25分钟发生一次涨潮。

海洋潮汐主要是由于月球引力的作用产生的。有趣的是，海洋潮汐作用力与地球自转的方向相反。有证据表明，尽管该作用力极其微弱，但长期积累下来，地球的自转周期却越来越慢，即一天的时间越来越长，大约几年便会增加1秒。与此同时，地球的反作用力也使得月球缓慢地远离地球，每一年远离约3.8厘米。

什么是潮汐锁定现象？

当我们观看月球时，会发现月球总是一面朝着我们，另一面我们却从来没有见过。为什么月球看起来相对地球没有自转呢？实际上，像地球一样，月球不仅绕着地球公转，它自身也是有自转的。但经过长时间的演化，在地球引力的作用下，月球的自转周期变得与其公转周期一样，这种现象称为潮汐锁定，它是太阳系中的卫星普遍具有的性质。对于月球而言，由于地球引力导致的“天平动”效应，我们实际可以看到59%的月面。

从左至右分别为月球正面、背面、北极区域和南极区域

月球是怎么形成的？

而地月系统又是如何形成的呢？通过分析月球上的岩石，科学家推断出月球形成于距今45.1亿年以前，约在太阳系形成后的6千万年。而月球是如何形成的呢？一百年以前人们便陆续提出了不同的学说，如地球分裂假说、引力俘获假说以及原初吸积盘同源假说等。到目前为止，人们普遍认为月球是由于一颗与火星尺寸相当的天体与原初地球碰撞产生的。尽管该起源模型仍存在诸多问题，但无可否认的是，它能够解释目前大部分的观测证据，如月球的背面壳层比可见面壳层厚约50千米，地月的同位素组成基本一致等。

月球背面狄德勒斯环形山

月地的结构是什么样的？

月球具有分层结构，从内至外可分为月核、月幔、月壳。月核的内部(半径可能为240千米)主要由固态铁构成，外部(半径约为300千米)则主要为液态铁。月核包裹于一层半径约为500千米的半熔融物质内。根据月球的起源模型，该结构被认为是由于早期月球岩浆的分离结晶产生的。岩浆的结晶过程也产生了富含镁铁等元素的月幔以及由较低密度矿物构成的月壳。

为什么说月有阴晴圆缺？

朔望月，又称“太阴月”，是月球绕地球公转相对于太阳的平均周期，约为29.5天。我国的先民们把月亮圆缺的一个周期称为一个“朔望月”，把完全见不到月亮的 一天称“朔日”，定为阴历的每月初一；把月亮最圆的一天称“望日”，为阴历的每月十五（或十六）。从朔到望，是朔望月的前半月；从望到朔，是朔望月的后半月；从朔到望再到朔为阴历的一个月。满月时，我们常常能看到月球周围存在一个神奇的双环结构，其中外环大小约为22度。其实，这个双环是由于月光穿越地球大气层时与冰晶和薄云发生折射产生的。

月相变化

月球为什么会发光？

月球的亮度主要来自对太阳光的反射，但表面反照率很低，仅为9%，其余的光被月球吸收。月球表面较亮的区域为山脉，而较暗区域则为平原或者盆地，通常称之为月陆和月海。与此同时，月球表面布满了环形山(或撞击坑)，呈环形隆起的低洼地形。环形山主要是由于小行星撞击或火山爆发而形成的火山喷发口。月球表面最大的环形山位于南极附近，直径约2240千米。据估计，月球表面，超过1千米的撞击环形山数目达三十万之多。

月球正面若干地形命名

月食现象是怎么发生的？

当月球绕转到日地中间，且三者几乎在一条直线时，会发生日食现象；而当地球处在日月之间时，则会发生月食现象。月球的视大小与太阳几乎相同，大约为半度，且由于月球的轨道并非圆形，而是椭圆轨道，所以日食时会出现日全食(月球的视半径大于太阳)或日环食(月球的视半径小于太阳)。而当地球不完全在日月连线上时，则会发生日偏食现象。

月食及血月示意图

类似地，月食可分为月全食、月偏食和半影月食。月全食时，地球会将太阳辐射到月球的光线全部遮挡。但由于地球大气的折射，部分太阳光线仍会照射到月球表面，在瑞利散射的影响下，这些折射光主要是红光。因此，月全食时我们经常会看到血月现象。而半影月食是月球进入地球的半影区时发生的，此时月球表面会稍微变暗。

结语

地月之间的关系对人类文明的影响极其深远。从中国古代的宗教崇拜、占星术、历法的制定以及各类文学作品中即可见一斑。为了对月球有更深入的了解，人类自20世纪起便开始了频繁的登月之旅，如美国的阿波罗登月计划、中国的嫦娥登月计划等。月路漫漫，承载的不仅仅是人类的好奇之心，更是人类对科技发展、对未来生活的美好追求。

在此，我们简单介绍了月球的基本性质。关于这颗与我们相生相伴的卫星，人类仍有很多的未解之谜。但无论如何，夜空下，愿我们始终寄心于那汪明月的美好，再忆故乡月、离人情。

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