月球的起源莫衷一是。對月球的起源,歷史上大致有三大派。而后期則在各種說法的基礎(chǔ)上,結(jié)合新的研究結(jié)果而新形成了“大碰撞說”。
這是最早解釋月球起源的一種假設(shè)。早在1898年,著名生物學(xué)家達(dá)爾文的兒子喬治·達(dá)爾文就在《太陽系中的潮汐和類似效應(yīng)》一文中指出,月球本來是地球的一部分,后來由于地球轉(zhuǎn)速太快,把地球上一部分物質(zhì)拋了出去,這些物質(zhì)脫離地球后形成了月球,而遺留在地球上的大坑,就是太平洋。
這一假設(shè)認(rèn)為,月球本來只是太陽系中的一顆月球大小的小行星,有一次,因為運行到地球附近,被地球的引力所俘獲,從此再也沒有離開過地球。還有一種接近俘獲說的觀點認(rèn)為,地球不斷把進(jìn)入自己軌道的物質(zhì)吸積到一起,久而久之,吸積的東西越來越多,最終形成了月球。但也有人指出,像月球這樣大的星球,地球恐怕沒有那么大的力量能將它俘獲。
這一假設(shè)認(rèn)為,地球和月球都是太陽系中彌漫的星云物質(zhì),幾乎在同一個太陽星云的區(qū)域經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和吸積,同時形成大小不同的天體。在吸積過程中,地球比月球相應(yīng)要快一點,成為“哥哥”。這一假設(shè)也受到了客觀事實的挑戰(zhàn)。通過對“阿波羅”飛船從月球上帶回來的巖石樣本進(jìn)行化驗分析,地球和月球的平均化學(xué)成分差別很大,人們發(fā)現(xiàn)月球的巖石也要比地球的巖石古老得多。
這一假設(shè)認(rèn)為,太陽系演化早期,在太陽系空間曾形成大量的“星子”,先形成了一個相當(dāng)于地球質(zhì)量0.14倍的天體星子,星子通過互相碰撞、吸積而長合并形成一個原始地球。這兩個天體在各自演化過程中,分別形成了以鐵為主的金屬核和由硅酸鹽構(gòu)成的幔和殼。由于這兩個天體相距不遠(yuǎn),因此相遇的機(jī)會就很大。
月球本身并不發(fā)光,只反射太陽光。月球亮度隨日月間角距離和地月間距離的改變而變化,滿月時的亮度比上下弦要大十多倍。
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由于月球上沒有大氣,再加上月面物質(zhì)的熱容量和導(dǎo)熱率又很低,因而月球表面晝夜的溫差很大。白天,月球表面在陽光垂直照射的地方溫度高達(dá)127℃;夜晚,其表面溫度可降低到-183℃。用射電觀測可以測定月面土壤中的溫度,這種測量表明,月面土壤中較深處的溫度很少變化,這正是由于月面物質(zhì)導(dǎo)熱率低造成的。
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從月震波的傳播了解到月球也有殼、幔、核等分層結(jié)構(gòu)。最外層的月殼平均厚度約為60~64.7公里。月殼下面到1000公里深度是月幔,它占了月球的大部分體積。
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月球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的周期相等(稱為潮汐鎖定),因此月球始終以同一面朝向著地球。地球海洋潮汐的產(chǎn)生主要是由于月球引力的作用。
月球以圓形軌道繞地球運轉(zhuǎn)。這個軌道平面在天球上截得的大圓稱“白道”。白道平面不重合于天赤道,也不平行于黃道面,而且空間位置不斷變化。周期27.32日。月球軌道(白道)對地球軌道(黃道)的平均傾角為5°09′。但是已知月球平均每年以3.8cm的速度逐漸與地球離去。
月球在繞地球公轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行自轉(zhuǎn),周期27.32166日,正好是一個恒星月,所以我們看不見月球背面。這種現(xiàn)象我們稱“同步自轉(zhuǎn)”,或“潮汐鎖定”,幾乎是太陽系衛(wèi)星世界的普遍規(guī)律。一般認(rèn)為是衛(wèi)星對行星長期潮汐作用的結(jié)果。
月球的軌道平面(白道面)與黃道面(地球的公轉(zhuǎn)軌道平面)保持著5.145396°的夾角,而月球自轉(zhuǎn)軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球并非完全球形,而是在赤道較為隆起,因此白道面在不斷進(jìn)動(即與黃道的交點在順時針轉(zhuǎn)動),每6793.5天(18.5966年)完成一周。期間,白道面相對于地球赤道面(地球赤道面以23.45°傾斜于黃道面)的夾角會由28.60°(即23.45°+5.15°)至18.30°(即23.45°-5.15°)之間變化。
從地球上看月亮,看到的月球表面并不是正好它的一半,這是因為月球像天平那樣擺動。地球上的觀測者會覺得:在月球繞地球運行一周的時間里,月球在南北方向來回擺動,即在維度的方向像天平般的擺動,這被稱為“緯天平動”,擺動的角度范圍約6°57′;月球在東西方向上,即經(jīng)度方向上來回擺動的現(xiàn)象,被稱為“經(jīng)天平動”,擺動角度達(dá)到7°54′。
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