五 月球是一颗大型卫星

月球是类地行星的卫星中最大的 类木行星的卫星中最大的是土卫六（泰坦），直径 5840 公里；类地行星的卫星中最大的是月球，直径 3476 公里。在九大行星中，月球列为第六大卫星，仅次于土卫六泰坦（5840 公里）、木卫三加尼美（5270 公里）、木卫四加利斯多（4848 公里）、海卫-特利敦（4480 公里）、木卫-爱奥（3638 公里）。以上数字仅作参考，并非绝对准确。

月球半径仅为地球星半径的 27%，即月球直径不及地球星直径的 1/3。月球质量为 7.35×10²⁵ 克，只及地球星质量的 1.25%。月球体积相当于地球星体积的 2%，即 50 个月球才有一个地球星那样大。月球密度为 3.34 克/厘米 ³，只及地球星密度的 62%。月球的反照率为 7%。月面无明显磁场，月球以外也无磁层。昼间表面温度可达 120℃～150℃，夜间表面温度可以低到-150℃～

-180℃。温度一昼夜内升降幅度可达 300 度。月球表面重力加速度为 162 厘米/秒 ²，相当于地球星表面重力加速度的 1/6。

月面上一片死寂，这里是真正的死寂。通常在地面上所觉察的死寂，仅限于不闻人语声响及鸡鸣狗叫而已，然而尚有风声、流水声、虫叫声、落叶扫地声和波涛汹涌声。这些声音总起来称做天籁。而月球面因为无空气以传播声音，又无水，无生命，所以一片死寂，连月尘虽干燥也不飞扬。人在地面上思月，但太空人到达月球面又会立即思地。

月球自转公转时间相同 月球不是一个浑圆的球体，大概半面微圆，半面微扁。月面上无东半球与西半球之分，却只有“面地半球”和“背地半球” 之别。面地半球，我把它叫做“月脸”；背地半球就是“月背”。由于月球中心的引力不够强，未能用引力使月球表面成为浑圆形。在地面上望月，只望见它的脸。月球自转一周的时间等于它环绕地球星一周的时间，约为 27

日 7 小时 43 分 11.5 秒，简说为 27.321 日，这是“恒星月”（Sidereal Month）。所谓恒星月，由夜半正南方某一恒星与月球同时开始计算，直到那颗恒

星同月球又回到夜半正南方，这一段时间叫做一个恒星月。如果由第一次新月（朔）开始到第二次新月（朔），叫做“朔望月”（Synodic Month）或太阴月（Lunar Month），约为 29 日 12 小时 44 分 2.8 秒，简说为 29.53 日。为什么朔望月大于恒星月？当月球在轨道上已完成一个恒星月，地球星

在它自己的轨道上也前进 29°的角距。因此，月球必须再继续向前行两天多，才可以完成朔望月的相互位置。月球绕地球星的轨道是椭圆形，偏心率为 0.0549。近地点为 356410 公里；远地点为 406700 公里。这两点正是月球轨道长轴的两端。这两端并非固定，每月向东移约有 3°多。

为什么月球自转和公转的时间相同？我翻遍了手头的参考书，未能找到一个能令人满意的解释。只好自作聪明，寻求原因。我认为这是万有引力的问题。太阳是恒星，质量大，有较强的引力拖住九大行星。但九大行星各有独立的自转，尽管自转的方向与太阳相同，自转一周的时间却各不相同。因为各行星都把它自己的重心放在它自己的球体中心。月球的重心可能不在月球中心，而位于月脸半球之内。因为稍微偏向地球星，它的重心竟被地球星引力吸住，使月脸永远面向地球星而无能力转动。试看月脸是半个圆球形， 月背似乎不够圆，有些平扁的样子。为什么月背有些扁呢？这又是月球中心引力太弱的缘故。

地球星质量大，密度也大，当它在轨道上向前进时，虽然有些摇摇晃晃，

但未出现惊人的摆动。月球质量小，密度低，当它在轨道上前进时，受地球星自转的影响而有摆动。这种摆动，叫做“天平动”（libration）。所谓天平动，指月球脸部的中心有上下左右的摆动。原因不同，摆动的方向也各不相同。在地面上望月，本来只能望见月球的一半，因为月脸有上下左右的摆动，可以望见月球表面的 59%，即能看到比一半多 9%的月面，是个有趣的事。

天平动有两类。（A）物理天平动（physical libration）。上文所说， 由月球中心到月脸中心的半径，大于由月球中心到月背中心，结果导致地对月的引力作用不平衡，使月球自转的速度不一律而出现摆动。这摆动包括两方面：一为经度方向的摆动；一为纬度方向的摆动。（B）光学天平动（optical libration）。可再分为三种：①纬度方面天平动。月球赤道面同轨道面的交角有 6°40′，当它环绕地球星时，我们首先望见的是北半球月脸，那就是比平时多望见的一部分；然后又多望见南半球多出的一部分。这多出的现象类似夏季或冬季太阳光可以越过地球星北极或南极一样。②每日的经度天平动。地、月两天体中心联线同视线的交角约有 1°，因此，可以望见月球北极后方约有 1°的月面。③每月的经度天平动。月球轨道是椭圆的。月球在近地点时前进较快，在远地点时前进较慢。因此，在近地点时可以多望见月脸以西的一小部分；在远地点时，可以多望见月脸以东的一小部分。

月面颜色灰黑，除煤灰外月面算是最黑的了。通常说月色皎洁，其实这皎洁的月色全是反射的阳光。月面吸收率为 93%，反射率只有 7%。满月时这7%的反照率已足够使人十分欣赏。满月的光辉竟大于半月时的 10 倍，即半月时（弦月）的月光只有满月时的 10%。满月时月轮皎洁，边缘也亮。这是由于月球表面具有玻璃光泽的角砾岩的散射作用，这些角砾碎片是良好的绝热体。昼间表面增温极快，夜间减温也迅速。月球表面无气体元素。月尘内可能有氢，来自太阳风。也无水。据说月球北极或南极月尘下方可能埋藏一些冰。

月球表面上举足很易，落脚很费力，因为月球重力只有地球重力的 1/6。这现象与地面恰好相反（地面上举足难，落脚易）。

认识月面形象 在人类登月之前，人们对它的认识不一。中国古人曾推测月面阴暗部分是一棵永不枯老的桂树，树下有一只玉兔在长年捣药。西方人则有一种想法，他们见地面上有海洋，就联想到月球表面上可能也有大海。因此，凡月面上有较大的阴暗区，都被命名为海（mare），例如雨海、静海及酒海等。事实上，月面无水，如何能有海？

月球密度近似地幔，全部由岩石组成，叫做月岩。组成月岩的主要矿物是斜长岩、玄武岩和苏长岩。月球表面的碎片中有岩石碎屑、玻璃碎屑，与地面上的土壤完全不同。碎片层厚度有 2～5 米，最厚的区域有 10 米。碎片到处都有，遍布于月海与月陆等区域。碎片来源有三：（A）月面温度昼夜变化太大，月岩崩解成为碎片；（B）来自往日火山喷发；（C）来自太空陨石。月陆表面碎片层较厚，月海内碎石层厚度较小。又碎片较细的叫做月尘（lunar dust）。不要小看月尘，每粒微尘年岁都超过 40 亿年。

当小行星飞坠月面化为气态时，飞起的月尘及岩片也开始熔化为气态或液态。冷却后，重新固结为岩屑。由于冷却迅速，大多成为玻璃质，叫做月面角砾岩。这种月面角砾岩与地面上角砾岩不同。地面上的形成于胶结作用， 即一些有角的岩屑相互胶结而成；月面上的则是先熔化而后凝固的岩屑，再互相焊接起来，或由玻璃质包围一些尚未熔化的石粒，而后凝固成为新石块。

这是玻璃质包成的石块。

月球面上有许多坑，圆形，颇似火山口，但非真正的火山口，因为其中无火山颈。偶然也有真正的火山口，都埋在厚层的月尘之下。这些就是陨石坑，也叫撞击坑（crater）。这些坑的边缘较高，叫做环形山。环形山虽然类似火山口，但其中不冒烟，无火山灰，却有玄武岩，这是当小天体撞落月面时，月壳内岩浆（玄武岩熔岩流）迸出而成玄武岩。因为月面上无风蚀作用，又无水蚀作用，结果这些环形山自形成以来直到现在，保存完好，未受破坏。它所环绕的部分是盆地，表面平坦而宽广，并非深坑。因为刚撞入时是深坑，但月壳受撞后坑底向上反弹，致使坑的深度平复一半。坑的周围月岩反弹，形成环形山。山的内侧坡，碎片及尘土滚落坑里，使盆地表面平坦化。当月球形成时，附近小天体包括小行星及流星体漫布空中，向月面及其行星和卫星表面猛撞，因此月面及其他天体表面均有撞击坑。

当一颗流星体或小行星撞击月球表面时，它的秒速不是数公里，而是数十公里或百多公里，因为月面无大气阻挡，坠落月面，立即化为气态，压力大，温度高，月岩爆炸熔化。被撞的部分化为圆形洼地，直径长数米、数千米或数万米，甚至百万米。其周围出现环形山。如果撞击极重，环形山以外可以出现同心圆的多层圆环，很象投石水面后泛起的波纹。坑的直径如有数百公里长，成为盆地。盆地中心可能轻微隆起，成为小圆丘。月面上盆地全是撞击盆地。

盆地内小平原表层上是充填物。当一颗小行星因撞击月面而化为一个大气泡时，一方面被撞的月球表面，成为圆形大坑，一方面把撞起来的岩屑， 通过熔化、冷却、固结等过程后，又向四周坠落、堆积，成为环形山。较细微的由于质量小，最后落入坑内，成为表层土，比较松软而成平原。由平原向下，土质渐粗。更下至坑底层，受严重撞击，硬度极大，叫做“质量密集”

（mascon）。指那个区域质量特多，重力异常，实为超密区。现今已测知月面上有许多超密区。

月脸中心以西有一环形山，叫做哥白尼环形山（Coper-nicus Crater）， 直径长达 100 公里。这是一座典型的陨石坑。估计那陨石直径长可达 10 公里，

撞落时秒速可达 100 公里。月坑出现后，外围也出现环形山。充填物铺平坑面，成为小平原。平原中部由于月壳反弹，又出现小丘。平原表面再被陨石撞击，成为新坑。月球形成于 46 亿年前。大型月海形成于 44 亿年前。哥白

尼坑约在 38 亿年以前出现。坑面上小坑，可能在 34 亿年前形成。据说月面

上类似哥白尼坑的有 5000 多个。

上面已提到，月面上有许多月海。其中大多数位于“面地半球”；“背地半球”甚少。月海类似大盆地，周围有环形山，都是由较大的小行星撞成的。最长的直径超过 1000 公里。月海也不是只撞击一次。月海的轮廓不规则，

就由于有多次的撞击。据说月脸上有大型月海 30 多个；月背上只有 10 多个。这说明那时候月脸的引力较强，引来的小行星较多，撞击坑也较多。

如果把月脸分为四个象限，左上方作为第一象限，其中由上到下依次是冷海（Mare Frigoris）及雨海（MareImbrium）。左下方为第二象限，其中由上到下依次是风暴洋（Oceanus Procellarum）、云海（Mare Nubium）及湿海（Mare Humorum）。上文所说的哥白尼山恰在雨海和云海之间。第三象限在右上方，其中有澄海（Mare Serenitatis）、静海（Mare Tranquillitatis）及危海（ Mare Crisium ）。右下方为第四象限，其中有丰富海（ Mare

Foecunditatis）及酒海（Mare Nectaris）。月背也有两个月海，即东方海

（MareOrientale）及莫斯科海（Mare Moscoviense），后者直径长 350 公里。月海是大型陨石坑，证据有三：（A）不论大小，每个月海的轮廓都是圆

形，周围都有环形山；（B）每个月海的中部都是超密区（质量密集），因为撞击太重；（C）月球中心引力可助撞击坑自动填平。例如雨海盆地直径长800 公里，坑深 150 公里。由于月亮反弹，深坑化为浅坑。估计现今雨海表

面比周围平均月面约低 5 公里。雨海表面下方充填物的厚度超过 140 公里。现今其他月海表面比平均月面约低 1～2 公里。

月脸陨石坑区，坑愈小其数愈多，密密麻麻，很不美观。此外，尚有更微小的坑，叫做微坑。这是微细的质点由太空落下，撞击月岩表面而成。月岩表面受到破坏，类似风化，出现月尘。

看到月球表面上撞击坑，再比较美国亚利桑那州内陨石坑，后者直径长度只有 2 公里多，而月球表面上大坑直径由数十公里到 1000 公里。这现象可

以推知 39 亿年以前，这一带空域里曾有大量的小天体，其中体积较大的，类似小行星。说明月球体积最初不大，后来被小行星给撞大了的月球及水、金、地、火四颗行星都有撞击坑。火星两颗卫星也有陨石撞击的坑穴。这说明， 距今 39 亿年以前，月球、地球星及其他类地行星都是由陨石增加质量并扩大体积。陨石绝对不会来自炽热的可以产生原始太阳的星云。用塑造太阳的星云来说明月球与地球星的由来是不合适的。

月球表面的高地区，叫做月陆（Lunarite），月脸内月陆与月海的面积相差不大；月背内月海面积很小，月陆面积很大。月陆由斜长岩组成，反照率很强，凡月光皎洁的部分都是月陆；阴暗似桂树的部分全是月海。月陆表层厚 10～20 公里，由于长期受陨石的撞击，结果已化为月尘或碎片。

月脸面向地球星，其中一半是高地，一半是低平的月海。月海表面以下质量密集。这说明，月脸（面地半球）质量比月背（背地半球）质量大些。月背与月脸要取得平衡，只有把月脸永远朝向地球星这一方向。月背边缘有一大撞击坑，叫做东方海。它的形成较晚，半径 450 公里，外围尚有两层更大的同心圆环形山，极为壮观。有人说，这内外共三层环形山，不是由于外来的陨石撞击，而是由于月壳自动的塌陷。这说法可能是对的。因为月壳以下玄武岩岩浆外流太多，失去平衡，就有可能向下陷落。东方海洼入月壳深处，而且出现三层环形山，这现象与其他撞击坑只有一层环形山，完全不同。这说明月脸（面地半球）比月背（背地半球）较重。

一般的环形山都有辐射纹。由环形山外侧坡向外辐射。当陨石开始撞击时，月壳立即反弹，通过震荡才出现这纹。月脸下方第谷环形山（Mare Tycho） 的外侧坡，有分布很美而且很长的辐射纹。第谷接近月球南极，排列匀整的细长辐射线好似月球南极附近的经线，从望远镜里看第谷环形山辐射纹极美。

月球表面上无褶皱山脉，因为月壳无板块运动，在撞击坑周围，即环形山的内侧坡，都是断层山脉。例如东方海环形山内侧坡及雨海环形山内侧坡， 都有悬崖绝壁式的大断层山脉，东方海周围有科迪勒拉山脉，山脉高度2000～4000 米，高峰可达 7000 米；雨海周围有亚平宁大山脉，长约 1000 公里；此外，尚有高加索山脉、阿尔卑斯山脉、喀尔巴阡山脉，都是长而且高的山脉。

月球表面有火山遗迹，其中以玄武岩为最显著，而且分布也最广。玄武

岩是岩浆岩。原始月球将要产生月壳的时候，表面熔化，为一大火球，冷却而成月壳。月壳中以斜长岩为最多，叫做斜长岩月壳。由于月心引力不够强大，不能整齐划一地形成月壳。一部分被引下去，形成月洼，即月球表面洼地，其中有月海；一部分被迫上升，形成月陆，即月球表面高地。月海被陨石撞击，岩浆外流，形成玄武岩。

月球的构造 月球自转一周，需 27.32 日，地球星自转一周，比月球快27 倍多。因此，地球星赤道部膨胀；月球赤道部无膨胀。月壳是月球内部构造的上部，其厚度不均匀，约 20～150 公里，由辉长岩、玄武岩和苏长岩组成。月壳下方是月幔，这是月球内部构造的中间部分，厚度较大，约 150～ 1300 公里。月幔是刚性的，可细分为上下两层。更下是月核，这是月球内部构造的最里层，约 1300～1738 公里。有人认为核部温度约为 1600℃，也有人认为核部已冷却。月球也有震动，叫做月震（Moonquake）。实测结果，最大的震级不超过里氏二级。火山活动在 30 亿年以前即停止。

月球成因 主要假说有三，分述如下。

1. 分裂假说（Fission Theory）。从空中照片看地球星上太平洋盆地象是一个大疤。以前英国学者达尔文认为当地壳尚在熔融状态时，有一部分地壳由于自转被抛出，进入太空并绕地公转，后来凝结，成为月球，现今所看到的太平洋盆地就是失去那部分后留下的疤痕。这是 19 世纪中期的假说。

到 20 世纪中期出现板块运动学说，认为太平洋的出现是由于洋壳的移动，并非疤痕，达尔文的假说不能成立。

也有人认为：原始地球星是一块炽热的星云，自转很快，引起赤道部膨胀，向外突出很大，略似扁平的凸镜，也类似银河星系的银盘与银核。自转时间久了，赤道膨胀部分脱离本体，象似土星与它外围的光环。再进一步发展，环部旋转加快，而且变狭，轨道更为椭圆，其中云气结合为无数的小天体。这些小天体在轨道上互相吸引，互相结合，成为球体，依旧环绕地球星。这球体就是月球。

这假说并不完善，因为有两个问题不能解答。第一，地球星赤道部膨胀， 成为圆盘状向外突出，后来这个突出部成为月球，那么这月球的轨道面理论上应该是地球星赤道部向太空的延长，月球轨道面与地球星赤道面应该是同一个面。现在事实却是月球轨道面与地球星赤道面的交角是不固定的，极小值为 18°21′；极大值为 28°35′。月球轨道面与黄道面之间为 5°8′43

″。为什么会出现这些差异？第二，地球星赤道部因离心力膨胀而有一部分脱离，进入太空形成月球。依据惯性理论，这脱离地球星的部分为什么不继续向太空逃逸？什么力量使它不能外逸？

1. 俘获假说（Capture Theory）。此说认为月球是单独生成的，它有一小段轨道接近地球星轨道，碰巧为地球星的引力所捕获，成为其卫星；也可能是受其他小行星的撞击，进入地球星的引力范围而成为卫星。也有人认为地球星最初有数颗小卫星，类似火卫一或火卫二，那时候月球也是行星， 因为轨道接近地球星轨道，这几颗小卫星撞入月球表面而成为月海内质量密集的区域，月球也就被地球星捕获而成为卫星。

2. 凝结假说（Condensation Theory）。此说认为两块星云相距不太远，各自凝结成为星球。因互相吸引，成为双星，又互相环绕，后来地球星成为太阳的行星，月球跟随地球星，成为它的卫星，这时两个天体依旧绕行“地月系质量中心”。

两星都有核，而且核部都有铁。地核直径长度与地球星直径长度之比， 是 1∶2.2；月核直径长度与月球直径长度之比，是 1∶5.7。这说明月核之微小，是缺乏引力。

地球星上有月岩残片 1982 年美国科学家在南极大陆找到一小片石头，

长、宽、厚各 1 厘米，形状及结构十分特殊。它绝不与南极大陆上任何一块岩石类似，与大陆上其他岩石比较，也无相同之点。与月球表面高地区内月岩比较，颜色、形状、结构一模一样，使人惊奇。为什么月球表面上碎片会飞到地球星上呢？据推测，当陨石开始猛撞月面时，月岩爆炸，碎片满空飞， 月面上又无空气阻拦，飞出月球引力范围，进入地球星引力圈子，就有可能落在南极大陆上面。但是，落在地面上不可能只有这一块石头。1984 年日本人在南极大陆也找到一块，这石块是玻璃色小石头。

1980 年联合国曾通过“月球条约”，这一国际协定，各国代表一一签字， 同意全部月球为地球星上住民所共有，月球及其资源属于人类全体，任何国家不得占有月球的一部或全部，也不得开采月面矿产。

月面上主要矿产是铁矿。估计铁储量有 4000 亿吨，镍储量有 300 亿吨，

燐有 100 亿吨，铜有 60 亿吨。

月球对于人类的影响 月球对于人类影响很大。月球有起潮力，可使海洋发生潮汐。月球夜里可以照明，可供人欣赏，人可夜行，也可在月下做工。依据月球之朔望可以制订阴历。有不少古诗讲到月，如“戴月荷锄归”（陶渊明）、“一夕高楼月”（白居易）、“八千里路云和月”（岳飞）、“杨柳岸晓风残月”（柳永），画一般的景色。每年中秋月圆之夜，数不清的中国人的视线集中月面，找挂树和玉兔，月面又反射回来。也许这就是中国月亮特别明亮的理由。