科普｜《月亮全书》：从古典时期到太空时代，人类月球探索伟大瞬间全记录

从古典时期到太空时代，人类月球探索伟大瞬间全记录。

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本书专业地讲解了从古典时期到太空时代人类对月球认知的发展历程，记录了人类探索月球的伟大瞬间，带领我们全面充分地认识月球。

古典时代，人类对月球运动规律的研究，月球研究从宗教迷信走向科学。

古人观察月亮发现了月亮会规律性地出现阴晴圆缺的变化，并根据月亮在天空中位置的变化，发明了各种历法，成为人类最早测量时间和安排生活的手段之一。

为了系统性地了解月亮的阴晴圆缺变化、日食、月食等现象，2000多年前的古希腊先哲们试图抛开宗教迷信，从天文的角度来理解月球在夜空中的变化规律。由于受到来自正统宗教势力的压迫，天文学发展非常缓慢，直到14世纪至16世纪的欧洲文艺复兴时期，天文学才取得了重大突破。这其中最著名的当属天文学家尼古拉·哥白尼在16世纪提出的“日心说”，有力地打破了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”谬论，实现了天文学的根本变革。日心说模型经过了后来约翰尼斯·开普勒的天体运行规律和牛顿的万有引力定律的改进，赢得了广泛的认可，最终成了奠定现代宇宙学发展的重要基础之一。

日心说完美地解释了月球规律性的阴晴圆缺，原来是地球、月球和太阳三个天体之间相对位置变化的结果。随着对天体运动规律研究的深入，越来越多的天文现象得到了科学合理的解释，人们最终认识到那些月球的“神秘”现象不过是天体运动的自然结果而已，迷信和神话传说逐渐被基于物理规律的天文学所取代。

望远镜时代，制图学主导的月球科学又有哪些进展呢？

望远镜是人类科学史上的一项重大发明， 1609年，伽利略首次将望远镜对准了月球，并绘制了大量月球图像，撰写了《星际信使》用来记录他通过望远镜观测到的新发现：月球具有粗糙的表面，不仅有山脉、峡谷、平原、海洋等熟悉的地形，还有一种地球上并不常见的特征——无处不在的环形山，人类对月球的认知提升到了一个新的科学高度。

伽利略的观察结果引起了巨大轰动，激起了很多人通过望远镜来“近距离”欣赏月球的兴趣，用望远镜对月球的观测和描绘掀起了制图热潮，至此制图学主导了月球科学的发展。

从1668年的艾萨克·牛顿反射式望远镜的成功搭建，到18世纪消色差折射望远镜的发明，望远镜技术得到了长足的发展，人类可以更精准更高效地观测月球。人们对绘制地图的精度追求越来越高，终于在1837年达到巅峰。这一年，德国天文学家威廉·比尔和地理学家约翰·海因里希·马德勒发表了重要著作《包含整个月球可见半球的月面图》，400多页地图中包含了丰富的细节以及详细的度量和坐标，并提供了各个月面特征的描述性说明。此后，人们用更先进的望远镜对月球做了进一步的观测和研究，也都是在比尔和马德勒的杰出成就的基础上做一些微小的修补而已。

地质学时代，人类对月球地貌成因的探索。

19世纪30年代，摄影技术诞生，但是早期摄影技术远未达到足够的灵敏度，无法捕捉到暗弱或者移动的天体，因此摄影技术并没有广泛应用于天体观察，目视手绘观测依然是主流。20世纪50年代，摄影技术取得了突飞猛进的发展。1960年，行星科学家杰拉德·柯伊伯将摄影技术大范围应用于月球研究，发表了《月球摄影地图集》，成为太空时代来临之前的标准地图，至今仍有重要的参考价值。

1960年，柯伊伯在亚利桑那大学创立了月球与行星实验室，揭开了人类天体研究的新篇章。柯伊伯聚集和培养了一大批天文学家，开展了一系列雄心勃勃的月球研究计划，为美国空军制作月球航天图以及月球地质地层图奠定了基础，同时还对月球环形山进行了系统化的研究。

自望远镜时代开始，人类就在月球上观测到大量的环形山，那么它们是如何形成的呢？科学家们对此争论不休。当时主要有两种成因说：大多数月球观测者们都认为火山作用是塑造环形山的主要机制，少部分则认为环形山可能是小行星和彗星撞击形成的。直到1961年，月球与行星实验室的威廉·肯尼斯·哈特曼给出新的观测证据，撞击成因说才逐渐被人们所接受。

哈特曼在月球与行星实验室主要从事月面边缘区域的图片矫正工作。哈特曼将多张月球照片投影到一个直径约为90厘米的白色球上，然后从不同的方向和角度重新拍摄这个圆球，来修正原本单张照片边缘的模糊区域。当哈特曼绕着圆球四处走动时，他发现了多处非常巨大而漂亮的同心圆环形山，环形山横跨上千米，任何规模的火山活动都无法形成如此巨大的结构，它必定是撞击形成的。由此解开了环形山之谜。

太空时代，人造探测器造访月球解开的新谜团。

人类在古典时代已经通过观测发现，地球上看到月球只有固定不变的一面，许多人不禁猜想月球背面是什么样子的。直到1959年，苏联发射了月球3号无人探测器奔赴月球轨道，首次成功拍摄到了月球背面的照片，月球背面与正面在地质形态上相似却又有很大差异。为什么会出现如此大的差异呢？

为了寻找新谜题的答案，半个世纪以来，各国都以月球为目标开展了诸多的探测任务。人类获取了大量的照片、岩石样本、勘测数据，为我们揭开了大量的月球谜团，比人类千百年来的全部观测所得还要多。通过对岩石样本的地质学研究和数据分析，地质学家和天体学家们发现月球相较地球的几个特征：密度低、缺少水、存在局部磁场、重力分布不均匀。为何会出现这样的特征呢？我们需要从月球的形成和地质演化历史中寻找答案。

关于月球的起源，人类很早就提出不同的假说来试图解答这个谜题。在太空时代之前，人类只能不断提出新的理论和假说，然后通过严密的科学论证来否定、抛弃和更新这些理论和假说，其中最著名的有星云同源假说、地球分裂假说、地球俘获假说、大撞击假说。其中最被广泛接受的是，大撞击假说。

大撞击假说是由两位美国天文学家威廉·哈特曼和唐纳德·戴维斯于1975年提出的，他们认为在太阳系形成的早期，地球还没完全成型而处于一个熔融状态，地球与一个跟火星差不多大小的叫做“忒亚”的原始行星发生了剧烈的撞击，只有较轻的物质被撞碎和抛射出来，这些碎屑重新聚集形成了月球，这也说明了为什么月球密度明显低于地球；刚形成的月球非常热，热量驱散了月球上的易挥发成分，这解释了为什么阿波罗号带回来的岩石样本中只有很少的水分；由于月球的体积和质量都比较小，因此冷却速度极快，在碎屑聚集的过程中，大量的金属物质局部快速冷凝，并在局部形成磁场；这些金属物质的分布不均，也导致了月球的重力分布不均的现象。至此，人类对月球的来源达成了共识。

人类对月球的了解和认知并不是一蹴而就的，是在漫长的历史长河中逐渐发展和更新而来。如今，月亮的魅力有增无减，未来，月亮或许会带来更多的惊奇！

书名：《月亮全书》

作者： [英] 比尔·莱瑟巴罗

撰稿人：深蓝（上海交大生物工程学士，科普作家）

主播：路琨

制作：匀绮工作室

监制：郑之艺

总编辑：左宓