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玉兔二号行走打破300米月球究竟为啥值得探究

放大字体  缩小字体 2019-11-08 13:40:16 作者:责任编辑NO。魏云龙0298

作者:SHAO科学传播团队(中国科学院上海天文台)

11月4日凌晨,嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”巡视器完成第十一月昼既定工作后,顺利进入第十一个月夜休眠期。截止目前,巡视器在着陆器西北方向218.11米,累计行走里程成功突破300米,达到318.621米。

嫦娥四号着陆器地形地貌相机环拍全景图(图片来自:国家航天局、中国探月工程)

从最开始流传千年“嫦娥奔月”传说,到如今探月工程一步步取得成就,我们正在加深着对月球的了解。你对月球的了解有多少?来听天文学家怎么说吧。

如果地球是一个篮球,那月球就是个网球

月球离我们的平均距离约38 万千米,有时略近有时略远,这个距离能塞得下30个地球。月球的直径约为 3476 千米,大约比地球的四分之一稍多一点。如果把地球比喻成一个篮球,那月球就只有一个网球那么大了。月球的表面积为 3800 万平方千米,差不多是中国陆地面积的4倍。

月球的质量可比地球小多了,81个月球才抵得上一个地球。如果你到了月球表面,虽然你还是你,但称出来的重量将是地球表面称出重量的六分之一。这是因为你在月球上感受到的重力来自于月球对你的引力,而在星球表面,引力的大小与天体的质量成正比,与天体半径的平方成反比。

月球 (图片来自:上海天文台)

为什么说“月有阴晴圆缺”

月相已经被观测了上千年,古诗中写的“月有阴晴圆缺”就是描述了这一现象。月相甚至是早期历法的基础。那月球真的每天都会改变形状吗?当然不是,这只是太阳、地球和月球之间的光影魔术而已。

月球本身不发光,我们之所以会看到月光皎洁,其实是月球表面反射太阳光的结果。被太阳照亮的、或者反射太阳光的,几乎是月球表面的一半。月相的变化其实是由于月球相对太阳、地球的位置不同而造成的。

月球绕着地球转,地球绕着太阳转,太阳、地球和月球三者之间的相对位置会发生规律的变化。于是,太阳光照射月球的方向和地球上看月球的方向,两者之间的角度是不断在变化的,因此,我们就相当于从不同的角度去看那半个被照亮的月球,形状自然也就不同了。

月相 (图片来自:wiki)

月相与月食之间有啥不一样的区别?

月相和月食都是观察到月球反射太阳光的表面、即亮面变化的过程。它们之间的不同点包括:

※原因不同。

月相是由于月球、地球和太阳处在不同位置时,我们从地面上观察到月球亮面的形状发生明显的变化。而月食则不然。地球在背着太阳的方向会出现阴影,称作地影。地影分为本影和半影:本影指绝对没受到太阳光直射的地方。在月球轨道附近,本影大小约2.5倍月球直径。而半影是指只受到部分太阳直射的光线的区域。月球在环绕地球运行过程中有时会进入地影,于是就发生了月食现象,此时太阳、地球和月球几乎在同一条直线上。

※时间长短不同。

月相的变化在一夜之间几乎是肉眼无法察觉的,但月食的时间通常很短,容易看出变化过程。

※形状不同。

一个弧度不断变化,一个几乎不变。在月相改变的过程中,找到月牙两端形成的圆弧顶点A和B点,如果连一条线,你会发现这条线总是经过月球圆面的中心O,而这两个点相对于中心所形成的角度总是约180度。但月食过程中,这一角度一直在变化,有时大于180度,有时小于180度,只有在某个瞬间是180度。

※边缘不同。

一个界限清晰,一个界限模糊。由于月球没有大气,所以月相的阴暗交界线比较清晰,而月食过程中地球阴影的边缘是模糊的。

月偏食

永远看不到的月球背面

月球和地球是相互吸引的。地球靠近月球的一侧,受到的引力要比远离月球的一侧更强,我们把这种作用称为潮汐作用。

假设地球表面均匀地分布着海洋,由于月球的引力,地球上的海水在地球、月球连线方向上,被拉扯得稍微有点隆起,隆起的海洋体现的是涨潮。反过来就是退潮,这就是地球上的潮汐现象。

潮汐其实是我们地球和月球拴在一起的又一种表现形式,月球的引力尽力拉扯着地球。与此同时,地球也以相同的引力拉扯着月球。夸张一点来说,地球和月球在它们的连线方向,互相把对方拉成了一点“橄榄球”的形状。

地球对月球表面的潮汐力的效果示意图 ( 图片来自:上海天文台)

很久以前,人们就发现月球好像对着我们的总是同一面,看到的满月几乎一样。为什么呢?这实际上的意思就是潮汐作用的后果,我们称之为潮汐锁定。

地球把月球轻微地拉扯成了一个长椭球形,其中被拉长的方向(长轴)与地月连线方向相近。如果月球自己转得比较快,那么椭球的长轴会偏离朝着地球的方向。但是地球的引力又不断地将其拉回来。

渐渐地,地球的这种引力作用将影响月球的自转速度。如果月球自己转得快,那么地球会把它向反方向拉扯减慢它的自转速度。

久而久之,月球会老老实实地将一个面朝向地球。你会发现这时月球的自转周期和它绕地球的公转周期变成一样了,就像被锁住了一样,所以叫做潮汐锁定。

月球几乎总是同一面对着我们 (图片来自:上海天文台)

要想看到月球的另一面,我们只能依靠卫星或者探测器了。月球探测是人类走出地球摇篮,迈向浩瀚宇宙的第一步,也是人类探测太阳系的开端。当前,探索月球,开发月球资源,建立月球基地已然成为世界航天活动的必然趋势和竞争热点。

“探索天文”系列课是什么?

它是由中国科学院上海天文台佘山科普教育基地出品的一套公益性天文课程。以天文学中大众关注度最高、最有趣的话题为主题,让专业的一线天文科研人员和科普专家从复杂的知识点中选取最有代表性的内容,分别从天文望远镜、月球、太阳系、星系动物园、黑洞、星座这六个方面,多角度地、趣味性和知识性兼有地介绍天文学中的知识和研究方法等。

拓展阅读

王绶琯,方成.十万个为什么[M].上海:少年儿童出版社,2013

邹永廖.嫦娥奔月[M].上海:上海科技教育出版社,2007

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https://moon.nasa.gov/

讲师介绍

左文文,天体物理博士,上海天文台副研究员,从事科研和科学传播工作。研究方向最重要的包含类星体的光变、高红移类星体的黑洞质量测量、黑洞与寄主星系的共动演化、科学传播。

邵正义,天体物理博士,上海天文台研究员,从事的研究方向包括星系的形态、结构和动力学演化,以及银河系的结构和演化。

(未完待续)

下期预告:太阳系

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