高中地球科學/地球的月球

1969 年 7 月 20 日，全世界數億人興奮地坐在電視機前，見證了世界歷史上從未發生過的事情。在那一天，兩名美國宇航員尼爾·阿姆斯特朗和埃德溫·“巴茲”·奧爾德林駕駛著“鷹號”登上了月球表面（圖 24.12）。尼爾·阿姆斯特朗是此次任務的指揮官，也是第一個踏上月球的人類。除了地球之外，太空中沒有其他地方被人類觸碰過。即使在今天，月球仍然是人類訪問過的唯一一顆其他天體。

圖 24.12: 宇航員巴茲·奧爾德林在 1969 年 7 月 20 日在月球上行走。

在 1969 年到 1972 年之間，六艘載人飛船被送往月球著陸。它們通常被稱為月球探險，月球這個詞的意思是“與月球有關”。在一些任務中，宇航員帶回了月球的土壤和岩石樣本。回到地球后，這些樣本被研究，幫助科學家瞭解月球表面的特徵。自 1972 年以來，沒有宇航員再訪問過月球，但在 2004 年，美國總統喬治·W·布什呼籲在 2020 年之前重返月球探索。也許你也可以成為回到月球的宇航員之一！

本課程重點介紹了月球的形成方式，並描述了月球的特徵和特性——其中許多特徵是在 20 世紀 60 年代和 70 年代月球探索的黃金時代被調查和發現的。

月球是如何形成的

天文學家已經進行了計算機模擬，顯示一個火星大小的天體與地球的碰撞可能導致了月球的形成。其他資料表明，月球的表面可以追溯到大約 45 億年前，這表明碰撞發生在重轟炸時期，大約在地球形成後 7000 萬年。月球還擁有一個相對較小的核心，並且似乎主要由與地球地幔中發現的相同的玄武岩物質組成。這樣的碰撞將是極其強大的，會在地球表面的大部分地區產生液態岩漿海洋。

可能導致月球形成的爆炸性撞擊會產生大量的能量，使月球表面最初處於熔融狀態。這意味著它的表面會很熱，像今天地球內部的岩漿一樣流動。岩漿最終冷卻並硬化，因此月球現在擁有了一個固體表面。

月球特徵

月球是地球唯一的天然衛星。衛星是指圍繞太空中一個更大天體執行的天體。月球圍繞地球執行，就像地球圍繞太陽執行一樣，月球因為地球引力的作用而保持靠近地球。月球的直徑為 3476 公里，大約是地球大小的四分之一。由於月球的密度不如地球，月球上的重力只有地球上的六分之一。在月球上，你可以跳躍到地球上跳躍高度的六倍。

如果你從太空中觀察地球和月球，你會發現月球每 27.3 天繞地球執行一圈。月球也每 27.3 天自轉一圈。因此，月球的同一面總是面向地球。這意味著從地球上，我們總是看到月球的同一面。面向地球的月球一面被稱為正面（圖 24.13）。背對地球的月球一面被稱為背面（圖 24.14）。月球本身不發光，只反射太陽的光。

圖 24.13: 月球的正面，即我們所看到的那一面，擁有更薄的地殼，並且擁有更多的月海。

圖 24.14: 月球的背面擁有更厚的地殼，並且擁有更少的月海。

月球表面

月球沒有大氣層。白天的平均表面溫度約為 225°F，最高可達 253°F。夜晚的平均溫度降至 -243°F，最低可達 -397°F。這些極低的溫度發生在永久陰影的南極盆地中的隕石坑中，是我們整個太陽系中記錄到的最低溫度之一。

在月球表面找不到任何湖泊、河流，甚至沒有一小塊水坑。（但是，應該注意的是，在 2009 年，美國宇航局的科學家認為他們發現了在月球表面最上面的幾毫米處，有大量的混合在泥土和岩石中的水分子——你可以從他們的最新發現中瞭解最新情況：http://www.nasa.gov）。然而，儘管可能存在水，但由於缺乏大氣層和極端的溫度，科學家們毫不意外地發現，在月球上沒有自然發生的生命的證據。

雖然月球上沒有“自然發生的”生命跡象，但有跡象表明生命曾經遇到過月球——也就是說，在月球表面有宇航員的足跡。這些足跡很可能在數千年內保持不變，因為那裡沒有風、雨或生物來干擾它們。只有墜落的隕石或來自太空的其他物質才能破壞它們。隕石是指從太空中落到月球上的岩石碎片。隕石有時也會擊中地球。

圖 24.15: 月球表面的一個隕石坑。

地球有山脈、山谷、平原和丘陵。一塊土地的所有表面特徵的組合被稱為地貌。月球的地貌與地球的地貌大不相同。月球地貌被隕石坑覆蓋，這些隕石坑是由從太空中撞擊月球的小行星和隕石造成的（圖 24.15）。隕石坑是月球表面碗狀的盆地。由於月球沒有水、風或天氣，隕石坑保持不變。如果地球沒有板塊構造，它會不斷地改變地球表面，或者沒有大氣層，這使得侵蝕成為可能，那麼我們星球的表面將至少與月球表面一樣被隕石坑覆蓋。許多其他圍繞其他行星執行的衛星的表面也因小行星撞擊而變形。

當你從地球上看月球時，你會注意到深色區域和淺色區域。深色區域被稱為月海。它們是固體、平坦的玄武岩熔岩區域。在大約 30 億到 35 億年前，月球不斷受到隕石的轟擊。一些隕石非常巨大，它們穿透了月球新形成的表面，然後岩漿流出，填滿了隕石坑。科學家估計月球上的火山活動在大約 12 億年前停止。

月球上較淺的區域被稱為陸地或高地（圖 24.16）。它們比月海高，包括幾個高大的山脈。它們被認為是古老撞擊坑的邊緣。

圖 24.16: 月球的特寫鏡頭，顯示了月海（深色區域）和陸地（淺色區域）；月海覆蓋了月球表面大約 16%，主要集中在我們所看到的月球一面。

月球內部

與地球一樣，月球也擁有明顯的地殼、地幔和核心。地殼由富含氧、矽、鎂和鋁的火成岩組成。月球的地殼在月球正面大約 60 公里厚，在背面大約 100 公里厚。地幔由橄欖石和斜方輝石礦物組成。對月球岩石的分析表明，月球地幔中可能還含有大量的鐵和鈦。月球有一個小的核心，直徑可能在 600 到 800 公里之間。月球核心的成分尚不清楚，但它可能主要由鐵組成，其中還含有少量硫和鎳。這些資訊是透過宇航員收集的岩石樣本以及發射到月球的無人駕駛航天器收集的。

課程總結

• 許多科學家認為月球是在一顆火星大小的行星與地球發生碰撞時形成的。
• 月球自轉一圈的時間與它繞地球執行一圈的時間相同。
• 月球擁有深色的區域，被稱為月海，周圍環繞著淺色的高地區域，被稱為陸地。
• 由於月球在地質上不活躍，並且沒有大氣層，因此它的表面擁有數千個隕石坑。
• 月球由許多與地球類似的物質組成，並且與地球一樣擁有地殼、地幔和核心。

複習題

1. 支援月球是由曾經是地球一部分的物質形成的觀點的一個證據是什麼？
2. 為什麼月球上沒有天氣？
3. 生鏽是在氧氣與鐵在水的存在下發生化學反應的過程。月球上會發生生鏽嗎？解釋你的答案。
4. 月海和陸地的區別是什麼？
5. 與地球上的地貌特徵相比，月球上的地貌特徵在時間上的變化有多大？解釋你的答案。
6. 為什麼月球上你身體的重力比地球上弱？

詞彙

隕石坑

月球表面由隕石撞擊形成的碗狀凹陷。

地貌

一個地區的表面特徵。

月球的

與月球有關。

月海

月球表面黑暗的部分，由古老的玄武岩噴發組成。

隕石

來自太空撞擊月球、地球或其他行星的岩石碎片。

衛星

在太空中繞更大天體執行的天體。

月陸

月球表面明亮的部分，由高高的隕石坑邊緣組成。

需要考慮的要點

• 如果地球沒有月球，地球上會有什麼不同？
• 如果月球每 14 天自轉一次，我們會看到與現在不同的東西嗎？
• 我們如何知道月球在地質上已經不活躍數十億年了？