月球
【概况】
月球俗称月亮,也称太阴.月球的年龄大约也是46亿年,它与地球形影相随,关系密切.月球也有壳、幔、核等分层结构.最外层的月壳平均厚度约为60-65公里.月壳下面到1000公里深度是月幔,它占了月球的大部分体积.月幔下面是月核,月核的温度约为1000度,很可能是熔融状态的.月球直径约3476公里,是地球的3/11.体积只有地球的1/49,质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,月面的重力差不多相当于地球重力的1/6.
月球上面有阴暗的部分和明亮的区域.早期的天文学家在观察月球时,以为发暗的地区都有海水覆盖,因此把它们称为“海 ”.著名的有云海、湿海、静海等.而明亮的部分是山脉,那里层峦叠嶂,山脉纵横,到处都是星罗棋布的环形山.位于南极附近的贝利环形山直径295公里,可以把整个海南岛装进去.最深的山是牛顿环形山,深达8788米.除了环形山,月面上也有普通的山脉.高山和深谷叠现,别有一番风光.
月球的正面永远向着地球.另一方面,除了在月面边沿附近的区域因天秤动而间中可见以外,月球的背面绝大部分不能从地球看见.在没有探测器的年代,月球的背面一直是个未知的世界.
月球背面的一大特色是它几乎没有月海这种较暗的月面特征.而当探测器运行至月球背面时,它将无法与地球直接通讯.
月球约一个农历月绕地球运行一周,而每小时相对背景星空移动半度,即与月面的视直径相若.与其他卫星不同,月球的轨道平面较接近黄道面,而不是在地球的赤道面附近.
相对于背景星空,月球围绕地球运行(月球公转)一周所需时间称为一个恒星月；而新月与下一个新月（或两个相同月相之间）所需的时间称为一个朔望月.朔望月较恒星月长是因为地球在月球运行期间,本身也在绕日的轨道上前进了一段距离.
因为月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的,我们只能看见月球永远用同一面向著地球.自月球形成早期,月球便一直受到一个力矩/url]的影响引致自转速度减慢,这个过程称为潮汐锁定.亦因此,部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量,其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球.同时地球的自转越来越慢,一天的长度每年变长15微秒.
月球对地球所施的引力是潮汐现象的起因之一.月球围绕地球的轨道为同步轨道,所谓的同步自转并非严格.由于月球轨道为椭圆形,当月球处于近日点时,它的自转速度便追不上公转速度,因此我们可见月面东部达东经98度的地区,相反,当月处于远日点时,自转速度比公转速度快,因此我们可见月面西部达西经98度的地区.这种现象称为天秤动.又由于月球轨道倾斜于地球赤道,因此月球在星空中移动时,极区会作约7度的晃动,这种现象称为天秤动.再者,由于月球距离地球只有60地球半径之遥,若观测者从月出观测至月落,观测点便有了一个地球直径的位移,可多见月面经度1度的地区.这种现象称为天秤动.
严格来说,地球与月球围绕共同质心运转,共同质心距地心4700千米（即地球半径的2/3处）.由于共同质心在地球表面以下,地球围绕共同质心的运动好像是在“晃动”一般.从地球北极上空观看,地球和月球均以迎时针方向自转；而且月球也是以迎时针绕地运行；甚至地球也是以迎时针绕日公转的.
很多人不明白为甚么月球轨道倾角和月球自转轴倾角的数值会有这么大的变化.其实,轨道倾角是相对于中心天体（即地球）而言的,而自转轴倾角则相对于卫星（即月球）本身的轨道面.在这个定义习惯很适合一般情况（例如人造卫星的轨道）而且是数值相当固定的,但月球却非如此.
月球的轨道平面（白道面）与黄道面（地球的公转轨道平面）保持著5.145 396°的夹角,而月球自转轴则与黄道面的法线成1.5424°的夹角.因为地球并非完美球形,而是在赤道较为隆起,因此白道面在不断进动（即与黄道的交点在顺时针转动）,每6793.5天（18.5966年）完成一周.期间,白道面相对于地球赤道面（地球赤道面以23.45°倾斜于黄道面）的夹角会由28.60°（即23.45°+ 5.15°） 至18.30°（即23.45°- 5.15°）之间变化.同样地,月球自转轴与白道面的夹角亦会介乎6.69°（即5.15° + 1.54°）及3.60°（即5.15° - 1.54°）.月球轨道这些变化又会反过来影响地球自转轴的倾角,使它出现±0.002 56°的摆动,称为章动.
白道面与黄道面的两个交点称为月交点－－其中升交点（北点）指月球通过该点往黄道面以北；降交点（南点）则指月球通过该点往黄道以南.当新月刚好在月交点上时,便会发生日食；而当满月刚好在月交点上时,便会发生月食.
【轨道资料】
平均轨道半径 384,400千米
轨道偏心率 0.0549
近地点距离 363,300千米
远地点距离 405,500千米
平均公转周期 27天7小时43分11.559秒
平均公转速度 1.023千米/秒
轨道倾角 在28.58°与18.28°之间变化
(与黄道面的交角为5.145°)
升交点赤经 125.08°
近地点辐角 318.15°
默冬章 (repeat phase/day) 19 年
平均月地距离 ~384 400 千米
交点退行周期 18.61 年
近地点运动周期 8.85 年
食年 346.6 天
沙罗周期 (repeat eclipses) 18 年 10/11 天
轨道与黄道的平均倾角 5°9'
月球赤道与黄道的平均倾角 1°32'
物理特征
赤道直径 3,476.2 千米
两极直径 3,472.0 千米
扁率 0.0012
表面面积 3.976×107平方千米
扁率 0.0012
体积 2.199×1010 立方千米
质量 7.349×1022 千克
平均密度 水的3.350倍
赤道重力加速度 1.62 m/s2
地球的1/6
逃逸速度 2.38千米/秒
自转周期 27天7小时43分11.559秒
（同步自转）
自转速度 16.655 米/秒（于赤道）
自转轴倾角 在3.60°与6.69°之间变化
(与黄道的交角为1.5424°)
反照率 0.12
满月时视星等 -12.74
表面温度(t) -233~123℃ （平均-23℃）
大气压 1.3×10-10 千帕
【月球周期】
名称 Value (d) 定义
恒星月 27.321 661 相对于背景恒星
朔望月 29.530 588 相对于太阳（月相）
分点月 27.321 582 相对于春分点
近点月 27.554 550 相对于近地点
交点月 27.212 220 相对于升交点
【人类探月史】
第一件到达月球的人造物体是前苏联的无人登陆器月球2号,它于1959年9月14日撞向月面.月球3号在同年10月7日拍摄了月球背面的照片.月球9号则是第一艘在月球软著陆的登陆器,它于1966年2月3日传回由月面上拍摄的照片.另外,月球10号于1966年3月31日成功入轨,成为月球第一颗人造卫星.
在冷战期间,美利坚合众国和前苏联一直希望在太空科技领先对方.这场太空竞赛在1969年7月20日第一名人类登陆月球时进入高潮.美利坚合众国阿波罗11号的指令长尼尔·阿姆斯特朗是踏足月球的第一人,而尤金·塞尔南则是最后一个站立在月球上的人,他是1972年12月阿波罗17号任务的成员.
阿波罗11号的太空人留下了一块9英吋乘7英吋的不锈钢牌匾在月球表面,以纪念这次登陆及为有可能发现它的其他生物提供一些资料.
6次的太阳神任务及3次无人月球号任务（月球16、20、24号）把月球上的岩石及土壤样本带回地球.
在2004年2月,美利坚合众国总统乔治·沃克·布什提出于2020年前派人重新登月.欧洲航天局及中华人民共和国亦有计划发射探测器前往月球.欧洲的Smart 1探测器于2003年9月27日升空,并于2004年11月15日进入绕月轨道.它将会勘察月球环境及制作月面X射线地图.
中华人民共和国亦积极开展探月计划,并寻求开采月球资源的可行性,尤其是氦同位素氦-3这种有望成为未来地球能源的元素.有关中华人民共和国探月计划,见嫦娥工程条目.
日本及印度亦不甘后人.日本已初步订出未来探月的任务.日本的宇宙航空研究开发机构甚至已著手计划的有人的月球基地.印度则会先发射无人绕月探测器Chandrayan.
【神话传说】
在中华人民共和国古代神话中,关于月亮的故事数不胜数.在古希腊神话中,月亮女神的名字叫阿尔忒弥斯,她是太阳神阿波罗的孪生妹妹,同时她也是狩猎女神.月球的天文符号好像弯弯的月牙儿,象征着阿尔忒弥斯的神弓.
【球体运动】
月球是地球唯一的天然卫星,是距离我们最近的天体,它与地球的平均距离约为384401千米.它的平均直径约为3476千米,比地球直径的1/4稍大些.月球的表面积有3800万千米,还不如我们亚洲的面积大.月球的质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,月面重力则差不多相当于地球重力的1/6.
月球的轨道运动
月球以椭圆轨道绕地球运转.这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”.白道平面不重合于天赤道,也不平行于黄道面,而且空间位置不断变化.
周期173日.
月球的自转
月球在绕地球公转的同时进行自转,周期27.32166日,正好是一个恒星月,所以我们看不见月球背面.这种现象我们称“同步自转”,几乎是卫星世界的普遍规律.一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果.天平动是一个很奇妙的现象,它使得我们得以看到59%的月面.主要有以下原因：
1、在椭圆轨道的不同部分,自转速度与公转角速度不匹配.
2、白道与赤道的交角.
【物理状况】
月面的地形主要有：
环形山
这个名字是伽利略起的.它是月面的显著特征,几乎布满了整个月面. 最大的环形山是南极附近的贝利环行山,直径295千米,比海南岛还大一点.小的环行山甚至可能是一个几十厘米的坑洞.直径不小于1000米的大约有33000个.占月面表面积的 7-10%.
有个日本学者1969年提出一个环形山分类法,分为克拉维型（古老的环形山,一般都面目全非,有的还山中有山）哥白尼型（年轻的环形山,常有“辐射纹”,内壁一般带有同心圆状的段丘,中央一般有中央峰）阿基米德形（环壁较低,可能从哥白尼型演变而来 ）碗型和酒窝型（小型环形山,有的直径不到一米）.
月海
肉眼所见月面上的阴暗部分实际上是月面上的广阔平原.由于历史上的原因,这个名不副实的名称保留到了现在.
已确定的月海有22个,此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的.公认的22个绝大多数分布在月球正面.背面有3个,4个在边缘地区.在正面的月海面积略大于50%,其中最大的“风暴洋” 面积越五百万平方公里,差不多九个法国的面积总和. 大多数月海大致呈圆形,椭圆形,且四周多为一些山脉封闭住,但也有一些海是连成一片的.除了“海”以外,还有五个地形与之类似的“湖”——梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖,但有的湖比海还大,比如梦湖面积7万平方千米,比汽海等还大得多. 月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”,都分布在正面.湾有五个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有腐沼、疫沼、梦沼三个,其实沼和湾没什么区别.
月海的地势一般较低,类似地球上的盆地,月海比月球平均水准面低1-2千米,个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米.月面的返照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低,因而看起来现得较黑.
月陆和山脉
月面上高出月海的地区称为月陆,它一般比月海水准面高2-3千米,由于它返照率高,因而看来比较明亮.在月球正面,月陆的面积大致与月海相等但在月球背面,月陆的面积要比月海大得多.从同位素测定知道月陆比月海古老得多,是月球上最古老的地形特征.
在月球上,除了犬牙交差的众多环形山外,也存在着一些与地球上相似的山脉.月球上的山脉常借用地球上的山脉名,如阿尔卑斯山脉,高加索山脉等等,其中最长的山脉为亚平宁山脉,绵延1000千米,但高度不过比月海水准面高三、四千米.山脉上也有些峻岭山峰,过去对它们的高度估计偏高.现在认为大多数山峰高度与地球山峰高度相仿,最高的山峰（亦在月球南极附近）也不过9000米和8000米.
月面上6000米以上的山峰有6个,5000-6000米20个,4000-5000米则有80个,1000米以 上的有200个.
月球上的山脉有一普遍特征：两边的坡度很不对称,向海的一边坡度甚大,有时 为断崖状,另一侧则相当平缓.
除了山脉和山群外,月面上还有四座长达数百千米的峭壁悬崖.其中三座突出在 月海中,这种峭壁也称“月堑”.
月面辐射纹
月面上还有一个主要特征是一些较“年轻”的环形山常带有美 丽的“辐射纹”,这是一种以环形山为辐射点的向四面八方延伸的亮带,它几乎以笔直的方向穿过山系、月海和环形山. 辐射文长度和亮度不一,最引人注目的是第谷环形山的辐射纹,最长的一条长1800千米,满月时尤为壮观.其次,哥白尼和开普勒两个环形山也有相当美丽的辐射 纹.据统计,具有辐射纹的环形山有50个.
形成辐射纹的原因至今未有定论.实质上,它与环形山的形成理论密切联系.现 在许多人都倾向于陨星撞击说,认为在没有大气和引力很小的月球上,陨星撞击可能使高温碎块飞得很远.而另外一些科学家认为不能排除火山的作用,火山爆发时的喷 射也有可能形成四处飞散的辐射形状.
月谷（月隙）
地球上有着许多著名的裂谷,如东非大裂谷.月面上也有这种 构造----那些看来弯弯曲曲的黑色大裂缝即是月谷,它们有的绵延几百到上千千米,宽度从几千米到几十千米不等. 那些较宽的月谷大多出现在月陆上较平坦的地区,而那些较窄、较小的月谷（有时又称为月溪）则到处都有.最著名的月谷是在柏拉图环形山的东南连结雨海和冷海 的阿尔卑斯大月谷,它把月面上的阿尔卑斯山拦腰截断,很是壮观.从太空拍得的照片估计,它长达130千米,宽10-12千米.
【我们为什么总看不到月球的背面】
月球总以一个面对着地球.是因为月球的自传和公转周期是相同的（同步自转）.(27.32166日)
要理解这一现象,你可以做一个实验.画一个圆,标出正东西南北方向.你站在圆心（代表地球）,再找一个朋友,站在圆上,让他面部朝前(即不扭动脖子),沿着圆逆时针挪动,要求他在沿着圆挪动的时候,保持面部始终朝向圆心,也就是你.那么这样一个过程就基本模拟了月亮饶地球转动的过程.
很明显,在这样一个过程中,你的朋友始终是一个面(前面)面向你.下面理解为什么在这样一个过程中,公转周期等于自转周期.
你的朋友从你的正北方出发,绕着你转动,再一次出现在正北方的时候,他就完成了一个公转周期.（类似于月亮饶地球公转一周的时间.）
下面看看他的自转时间是多少.我们不妨还设定当你的朋友在你的正北位置,面部朝向正南时的姿态为初始姿态.然后我们就可以发现当你的朋友逆时针挪动到你的正西方位置时,他的自转姿态就发生了逆时针90度的旋转.(如果你的朋友在过程中不“自转”的话,那么当他在此位置时,他面向的不是你,而仍然是朝向正南方向.而实际实验时你的朋友在此位置却是朝向正东方向,所以他相对与初始位置逆时针绕自己旋转了90度.
类似地,当他走到你的正南方向时,他相对于初始姿态自传了180度.当他走到你的正东方向时,他相对于初始姿态自传了270度.当他再次走到你的正北方向时,他相对于初始姿态自传了360度.也就是说他完成了一个自转周期.
因为完成一个公转过程就刚好完成了一个自转过程,所以从时间上来看,这个自转周期就等于公转周期.因为在整个过程中,你的朋友总是以身体面部朝向你,也就是说,月亮总是以一个面朝向地球.
【成因探讨】
一、分裂说.这是最早解释月球起源的一种假设.早在1898年,著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出,月球本来是地球的一部分,后来由于地球转速太快,把地球上一部分物质抛了出去,这些物质脱离地球后形成了月球,而遗留在地球上的大坑,就是现在的太平洋.这一观点很快就收到了一些人的反对.他们认为,以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的.再说,如果月球是地球抛出去的,那麽二者的物质成分就应该是一致的.可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析,发现二者相差非常远.
二、俘获说.这种假设认为,月球本来只是太阳系中的一颗小行星,有一次,因为运行到地球附近,被地球的引力所俘获,从此再也没有离开过地球.还有一种接近俘获说的观点认为,地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起,久而久之,吸积的东西越来越多,最终形成了月球.但也有人指出,向月球这样大的星球,地球恐怕没有那麽大的力量能将它俘获.
三、同源说.这一假设认为,地球和月球都是太阳系中浮动的星云,经过旋转和吸积,同时形成星体.在吸积过程中,地球比月球相应要快一点,成为“哥哥”.这一假设也受到了客观存在的挑战.通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析,人们发现月球要比地球古老得多.有人认为,月球年龄至少应在70亿年左右.
四、大碰撞说.这是近年来关于月球成因的新假设.1986年3月20日,在休士顿约翰逊空间中心召开的月亮和行星讨论会上,美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的本兹、斯莱特里和哈佛大学史密斯天体物理中心的卡梅伦共同提出了大碰撞假设.这一假设认为,太阳系演化早期,在星际空间曾形成大量的“星子”,星子通过互相碰撞、吸积而长大.星子合并形成一个原始地球,同时也形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体.这两个天体在各自演化过程中,分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳.由于这两个天体相距不远,因此相遇的机会就很大.一次偶然的机会,那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球.剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态,使地轴倾斜,而且还使那个小的天体被撞击破裂,硅酸盐壳和幔受热蒸发,膨胀的气体以及大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球.这些飞离地球的物质,主要有碰撞体的幔组成,也有少部分地球上的物质,比例大致为0.85:0.15.在撞击体破裂时与幔分离的金属核,因受膨胀飞离的气体所阻而减速,大约在4小时内被吸积到地球上.飞离地球的气体和尘埃,并没有完全脱离地球的引力控制,他们通过相互吸积而结合起来,形成全部熔融的月球,或者是先形成几个分离的小月球,在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球.
【球体成分】
45亿年前,月球表面仍然是液体岩浆海洋.科学家认为组成月球的矿物克里普矿物(KREEP) 展现了岩浆海洋留下的化学线索.KREEP实际上是科学家称为“不兼容元素”的合成物－－那些无法进入晶体结构的物质被留下,并浮到岩浆的表面.对研究人员来说,KREEP是个方便的线索,来明了月壳的火山运动历史,并可推测彗星或其他天体撞击的频率和时间.
月壳由多种主要元素组成,包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝 及氢.当受到宇宙射线轰击时,每种元素会发射特定的伽玛辐射.有些元素,例如：铀、钍和钾,本身已具放射性,因此能自行发射伽玛射线.但无论成因为何,每种元素发出的伽玛射线均不相同,每种均有独特的谱线特征,而且可用光谱仪测量.
直至现在,人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量.现时太空船的测量只限于月面一部分.
【天秤动】
由于月球轨道为椭圆形,当月球处于近日点时,它的自转速度便追不上公转速度,因此我们可见月面东部达东经98度的地区,相反,当月处于远日点时,自转速度比公转速度快,因此我们可见月面西部达西经98度的地区.这种现象称为经天秤动.