中秋论月：古人对月亮的认知里存在着多少科学奥秘？

2020年的国庆节和中秋节恰连双节，万家灯火，月饼飘香。在古老悠久的传说中，月亮上住着嫦娥、玉兔，还有一棵美丽的桂树，古人在月亮之上寄托着真挚的祝福，而真正的月球究竟是什么样的？月球上到底存在些什么？人们常说的“山”和“海”原本的面貌究竟如何？未来，月球上是否会存在土豆工场？让我们借着中秋佳节来了解一下月球的小知识吧！

最新科学成果揭示月球内部物质结构

2019年1月3日，嫦娥四号探测器着陆在月球背面预选着陆区冯卡门坑内。同一天，玉兔二号巡视器与着陆器分离，其上携带的红外成像光谱仪成功获取了着陆区两个探测点高质量光谱数据。

中科院国家天文台和光谱仪研制单位中科院上海技术物理所组成的研究团队通过对光谱数据的分析发现，嫦娥四号着陆区月壤光谱的吸收特征与月球正面月海玄武岩质月壤光谱的吸收特征存在着显著差异，展现出低钙辉石的光谱特征，并暗示有大量橄榄石的存在。进一步的分析证实，嫦娥四号着陆区月壤物质中橄榄石相对含量最高，低钙辉石次之，仅含有很少量的高钙辉石。这种矿物组合很可能代表了源于月幔的深部物质。

对获得的着陆区域高分辨率遥感图像数据和高光谱数据的分析结果显示，着陆器和月球车位于玄武岩平原的撞击溅射物上，这些溅射物来自东北方向的芬森撞击坑。

玉兔二号拍摄的嫦娥四号着陆点西北方向约1.3km的撞击坑

图片来源/中国探月工程公众号

除此之外，月球上还有一些碎石坑，这些其实是环形山，现在一般认为有两种成因： 1.月球早期遭遇小天体撞击形成的； 2.月球早期的火山喷发形成的。

月亮暗面真的暗吗？

通过望远镜观察月球时，会清楚地看到月球表面的显著特征：有些区域明亮，有些区域暗黑，大大小小的亮区和暗区交错布满月球表面。早在几百年前，人们就已从望远镜中观察到了月球表面的这种特征。当时，人们以为那些大的暗区是月球上的海、洋，小的暗区则被当作是月球上的湖、湾，并以此给予命名。这些名称，直到今天还继续沿用。

月亮背面细节图

后来人们才知道，月球上的海洋和湖湾，与地球上的海洋和湖湾是完全不同的，那里根本连一滴水都没有。月球上的暗区（即所谓的海、洋、湖、湾），实际上是一些面积大小不同的平原和低地。那些地方广泛分布着熔岩流形成的比较年轻的岩石，又比较低洼，对太阳光的反射率较低，所以同周围地区相比，呈现为暗黑色。而月表那些亮区，则是月球上的高原和山脉。其组成物质主要是比较古老的岩石，对太阳光的反射能力很强，相比之下显得非常明亮。

月球已经绕着地球公转超过45亿年。 在这段时间内，地球的重力拖引迫使月球的自转速度与公转同步。 因此，月球自转一周与绕地球公转一周的时间都是28天左右。 这表示，月球总是以同一面面对地球，而我们从地球无法看到的那一面，就是月球背面。

无法看到月球背面，主要是因为月球自转一周与绕地球公转一周的时间相同

或许，你还听说过有人把月球背面说成暗面，其实这个用词有点不妥。当月球绕着地球公转时，有一半总是在太阳光的照射之下。 在新月时，月亮的正面沉入一片黑暗中，但背面其实是完全被太阳照亮的。 事实上，月球背面的颜色甚至还比正面要浅一些，因为没有正面那些暗沉的盆地。 而月球正面的这些深色盆地，常被我们想象成人脸、玉兔或是蟾蜍的形象。

潮汐与月亮

我国古代地理著作《山海经》就已经提到过潮汐与月亮的关系，东汉时期王充所著的《论衡》也明确指出：“涛之起也，随月盛衰。”经过仔细观察，人们发现，海水每天都有两起两落，两次涨潮所经过的时间平均是12小时25分，第二天涨潮的时间会比前一天平均推迟约50分钟，这正是月球的中天（中天是天文学上当行星、恒星或星座等天体，在周日运动的过程中所经过的一个点，在观察上是该天体正经过当地子午圈的时刻）每天推迟的时间。

根据万有引力定律，两个物体之间的引力和它们之间距离的平方成反比。地面上各点与月球的距离不同，所受月球引力的大小也会不同，朝向月球的半个地球上，所受到的引力大于地心和背向月球一面所受到的引力。离月球最近的点所受到的引力最大，在此点的海水相对于地心而言被月球“拉”了起来，朝向月球的半个地球上的海水都会趋向最近点，该点的海水就会上涨，这就是我们常说的涨潮。离月球最远的点受到月球的引力也就最小，相对地心而言，该点的海水有后退的倾向，所以人们称之为退潮。由于地球自转，在月球连续两次经过某地的子午线的时间间隔为24小时50分内，地面上每一地点都会经历从最近到最远的变化，因此会产生一次涨潮、一次落潮和一次涨潮的现象。

去月亮上种土豆

“嫦娥四号”着落器在月面进行了一系列科学实验——搭载了由重庆大学牵头研制的科普载荷——“月面微型生态圈”，主要搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物。为了实现植物的生长，还携带了一些培养基（土壤）、水、空气等；其中，棉花种子和土豆都发芽了，我们不妨大胆设想，月球土豆工厂有朝一日也会像电影《火星救援》里的场景那样那样建立起来。

电影《火星救援》剧照：达蒙在火星上种植土豆

“海上生明月，天涯共此时。”月球有很多古老浪漫的传说，而借助科学的力量，我们正在逐渐揭开这颗古老星球的神秘面纱，相信在未来，人类会在沧海桑田的变化中，通过月球，更加了解我们的家园，了解地球早期的历史……

作者丨钱航 中国航天科技集团

审稿丨丁溯泉 北京天问空间科技有限公司总经理

文章由腾讯“全民爱科学”团队推出

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