月球(Moon)

月神Luna

月球是地球唯一天然的衛星:

        軌道:    384，400 km 距離地球
        直徑:    3476 km
        質量:    7.35e22 kg

月球被羅馬人稱之為露娜Luna ，希臘人稱之為瑟麗妮Selene和阿爾特密思Artemis ，而在其他許許多多的神話中，月球還有各種不同的稱呼。

當然早在史前時代月球就已經廣為人知，月球是天空中僅次於太陽Sun排名第二最明亮的星體。它每個月繞行地球一週，由於月球，地球與太陽三者之間的角度變化，使我們可以觀察到月相變化的週期。連續兩次新月之間的時間差是29.5天(709小時)，和月球的軌道週期(針對恆星測量結果)有些微地不同，這是由於地球也同時在繞日軌道上運行了一小段的距離。

由於大小及組成成份的類似，月球常常和水星Mercury，金星Venus，地球Earth和火星Mars一起被歸類為類地"行星"。

第一次造訪月球的任務是在1959年由蘇聯的太空船月神2號(Luna 2)達成，月球是目前人類唯一造訪地球之外的星體。首次的登陸是在1969年的7月20日(還記得你當時在那兒嗎？)；最後一次登陸則是在1972年12月，而月球同時也是我們唯一能採樣回到地球的星體。在1994年夏天，由小型太空船克萊門堤號Clementine針對月球做了大規模的地圖繪製工作，並在1999年由月球探測者號Lunar Prospector再次進行。

   介於地球與月球之間的重力作用引起了一些有趣的效應，其中最明顯地就是潮汐作用。月球的重力吸引會對地球靠近月球的一面較強，另一面則較弱，由於地球並不是一個完美的剛體(特別是海洋的部份)，它會延著月球的方向直線延伸。根據我們的觀察發現，地球表面可以看到兩個小小的凸起，其中一個面對著月球的方向，另一個則正好在相反方向的對面。因為這個效應對海水的影響遠大於對固態地殼的影響，所以海水的突起就會更為明顯，再加上地球自轉的速度要比月球繞行地球的速度快上許多，於是這些突起每天會環繞地球一次，造成每天的兩次高潮。(這是一個非常簡化的模型，實際上的潮汐，特別是在海洋邊緣的地區，要更加複雜的多。)
   但是地球也不是完全的流體，地球的自轉帶著這些凸起稍微領先於月球所在方向的位置。這表示地球與月球之間的力並非準確地沿著月地兩者中心的連線，因而形成了地球上一個轉動力矩以及月球上一個加速度力的產生，於是導致地球的轉動能量向月球發生了淨轉移的結果，使地球自轉的速度以大約每100年千分之一秒的幅度減慢當中，而月球的繞地軌道則是以大約每年3.8公分的速度升高。(相對地效應則發生在具有不尋常軌道的衛星火衛一Phobos 和崔坦Triton身上)
   這種重力交互作用的對稱性同時也造成月球同步synchronously自轉的現象，例如月球繞地軌道的鎖定狀態，就使得月球總是用同一面在面對地球。而正如同目前地球自轉速度因為受到月球影響而減緩的情況，在很久以前月球自轉的速度同樣地因為地球的活動而變慢，只不過在當時發生的效應比今天強上許多，直到月球自轉的速度降低到符合它的軌道週期時(就是凸起的位置可以正好面對地球)，就不會再有離心力矩產生，月球於是達到一個穩定的狀態。同樣的情況也發生在太陽系中大部份的衛星身上，最後地球的自轉也將會慢到符合月球的週期，如同冥王星Pluto和它的衛星開隆Charon一樣。

事實上月球看起來有一點在晃動wobble(這肇因於它的軌道有一點點不圓)，所以有時候可以在幾度的範圍內看到另一面的月球，不過這一面大部份的區域(左圖)一直都完全不為人所知，直到1959年的蘇聯太空船月神3號Luna 3才拍下了完整的照片。(注意：月球並沒有所謂"黑暗的一面"，月球表面的每一部份都有一半的時間可以照到陽光，(除了極區附近幾個比較深的撞擊坑之外)過去一些"黑暗的一面"的用詞，其實是指月球背對地球的那一面，用"黑暗"這個詞來代表"未知"的含意(例如"黑暗大陸"是代表非洲)，雖然這個詞今天已經不合時宜了！)。

月球並沒有大氣層的存在，但是從克萊門堤號Clementine傳回的證據顯示，在月球南極附近一些永遠陰暗的火山口深處可能會有結成冰的水，這個現象目前已被月球探測者號所證實了。不過北極則沒有明顯的冰存在，但這已經使得我們未來在探索月球的經費上可以大幅縮減了！

月球的地殼平均有68km厚，不過它的差異可以從危難海(Mare Crisium)底部的0km厚地殼，一直到月球背面克羅拉(Korolev)火山口北方地殼的107km厚，地殼之下是地函以及可能有一個小小的核心(半徑約340km，佔月球質量的2%)，然而不同於地球的是，月球的地函只有部份融溶。不可思議的是，月球的質量中心偏離了月球的幾何中心，位在偏向地球方向2km的位置。同時月球在靠近地球這一面的地殼也比較薄。

月球表面陸地有兩種主要的型式：被大量且劇烈撞擊而佈滿隕石坑的老高地，以及相對較平坦與較年輕的海(maria)。月海(構成月球表面大約16%的面積)是巨大的隕石坑，在隕石撞擊後由溶融的岩漿溢流而成，其表面滿佈風化層(由隕石'撞擊所產生的細塵與岩石碎屑混合物)。由於某些我們仍不明的原因，月海幾乎都集中在靠近地球的這一面了。

在科學發展的歷史上，靠近地球這一邊月球表面上的大部份隕石坑，都根據一些著名的人物加以命名，例如：第各(Tycho)，哥白尼(Copernicus)，和托勒密(Ptolemaeus)。遠離地球一面的月表特徵命名則有比較新的對象，例如：阿波羅 (Apollo，太陽神)，蓋加林( Gagarin，蘇聯第一位太空人)和科列洛夫(Korolev)。(由於月球背面的第一張影像是來自於蘇聯的太空船月神3號Luna 3，所以這些名字有點偏向蘇聯的人名) 除了這些另人熟悉的特徵外，月球背面同時還有一個太陽最大的撞擊盆地， 南極-埃肯隕石坑(South Pole-Aitken)，直徑2250km，深度則達到12km，在其西緣(左圖影像中央的位置)有一 東方盆地，這是屬於多環(multi-ring)隕石坑中一個壯麗的例子。

回到地球總共382公斤的月球岩石標本，多是來自於阿波羅及月神計畫，這些標本提供了我們關於月球知識中大部份的詳情，其中又以它們的定年結果最為重要，即使到了今天，距離最後一次人類登陸月球已經20年之久，科學家們卻仍然在研究先前這些標本。

月表大部份岩石的年齡似乎都介於46億和30億年之間，這樣的結果與地表最老的岩石年齡同樣是30 億年意外吻合。因此月球提供了一些地球無法提供關於太陽系歷史初期的一些證據。

最早關於阿波羅計畫中月岩標本的研究結果，對於月球形成的說法並不一致，當時有三個主要的理論：共同增積co-accretion理論主張月球與地球是同時自太陽星雲Solar Nebula中形成； 分裂說fission理論主張月球是從地球分離出去的一部份；還有 捕獲說capture認為月球是形成於其他的地方，後來才被地球所捕獲。只不過以上這幾種說法都不能完全獲得證實，直到來自月球岩石更新、更詳盡的資訊被獲得之後，才推衍出了新的碰撞說impact理論：認為地球由於受到巨大星體(和火星一樣大)的撞擊，向外噴出的物質於是聚合而成了月球。目前仍然有許多細節部份尚未有確切的結果，但是碰撞說已經是現今最廣為接受的理論了。