遥望月球 | 长达1亿年的时空陪伴

绣绣仙女酌

波折的2022继续传来深空的回响
事件视界望远镜发现银河系中心超大质量
黑洞人马座A*

韦布天文望远镜从日地系统第二拉格朗日点
传来宇宙中最壮观的焰火

我国青海冷湖世界级天文观测基地加速开建

旨在“月球南极着陆”和“建立可持续月球基地”目标的
美国探月阿尔忒弥斯1号多次发射延期后将再度启程
.......

此时
在371044千米以外的轨道上
月球依旧以1.022公里/秒左右的速度绕行地球
并将在9月10日抵达和太阳黄经相差180°的位置
这天恰逢中国的传统节日
中秋节
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“海上生明月，天涯共此时”

“月光生于日之所照”，月球环绕地球公转时，地球、月球、太阳之相对位置不断规律地变化，造成月相盈亏圆缺之变化。

月相盈亏周期平均是29.53日，历法中之朔望月源于此。当月球和太阳黄经相差180°，是日称为望，在地球上可以看到满月。2022年中秋的满月时间是9月10日17：59分，这一年的中秋，月亮最圆的时刻“重归十五”。



2022中秋节晚8点月照示意图

月球在中国古时又称太阴、玄兔、婵娟、望舒，是地球唯一的天然卫星，是太阳系中第五大的卫星。月球的直径略大于地球的四分之一，质量约为地球的1/81，相对于所环绕行星的体积和质量，它算个头最大的卫星，也是太阳系内密度第二高的卫星。

“月”是象形文字，在甲骨文中似半月之形。在西方国家，月亮的名称（moon）却有着不同的来源。



NASA宇航员从地球空间站看到的月亮

在英语中，“moon”这个单词可以被溯源到一个来自中世纪的古英语单词——“ mōna”。与此同时“ mōna”又与拉丁文中，意味着测量的“metri”、意味着月份的“mensis”有着同样的起源。

当月亮（moon）被命名时，人们还不知道其它的行星也有卫星。17世纪，欧洲天文学家发现了土星周围的五大卫星，后来太阳系中的更多卫星被发现：The Galilean moons、Shepherd moons等，它们的名称都带有moon标志。



地球、月亮和太阳大小关系示意图

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“小时不识月，呼作白玉盘”

作为离地球最近的天体，人们对太空的认知，往往始于月亮。

公元前428年，古希腊哲学家阿那克萨哥拉（Anaxagoras）推断太阳和月亮都是巨大的球形岩体，而后者反射了前者的光。普鲁塔克（Plutarch）在他的《论月球天体表面》（On the Face in the Moon's Orb）一书中提出，月球有很深的凹处，太阳光无法到达这些凹处，这些斑点不过是河流或深渊的阴影。

1609年，伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）发明了人类历史上第一台天文望远镜。他随后在著作《星际信使》（Sidereus Nuncius）中公布了使用望远镜观测月球的结果，指出月球表面并不光滑，有众多的山脉和陨石坑。

17世纪后期，乔瓦尼·巴蒂斯塔·里乔利 （Giovanni Battista Riccioli） 和弗朗切斯科·玛丽亚·格里马尔迪（Francesco Maria Grimaldi)绘制了一张月球地图，为许多陨石坑赋予的名称沿用至今。在地图上，月球表面的黑暗部分被称为玛丽亚（maria）或海洋，明亮的部分被称为陆地。



月面结构示意图

20世纪中期，受冷战的影响，以月球为中心的“太空竞赛”开始加速，苏联和美国竞相开展造访月球的探测计划。1959年1月，苏联月球1号探测器飞掠月球。1969年7月，美国探测器阿波罗11号承载宇航员实现人类首次登月。在此期间，人类执行过的月球探测任务多达68次。

探月的历程充满坎坷，登月的光芒令世界瞩目。肯尼迪总统曾发表演说：

...Now it is time to take longer strides - time for a great new American enterprise - time for this nation to take a clearly leading role in space achievement, which in many ways may hold the key to our future on Earth.
...For while we cannot guarantee that we shall one day be first, we can guarantee that any failure to make this effort will make us last.
...I believe that this nation should commit itself to achieving the goal, before this decade is out, of landing a man on the Moon and returning him safely to the Earth. No single space project in this period will be more impressive to mankind, or more important in the long-range exploration of space; and none will be so difficult or expensive to accomplish.

1950-2020人类探月任务示意图

时隔45年，人类登月计划再一次被提出。2017年，美国国家航空航天局宣布实施阿尔忒弥斯计划，在2024年前将美国航天员再次送上月球（后宣布推迟载人登月计划至2025年），并在2028年前在月球表面建立永久基地，为登陆火星和更深层次的深空探测任务奠定基础。

该计划中的阿尔忒弥斯1号计划将于今年的9月20日发射。

这将是一次无人飞行测试，“这项任务将真正完成那些尚未完成的目标、学习尚不可知的信息，”NASA华盛顿总部的阿尔忒弥斯1号任务负责人迈克·萨拉芬（Mike Sarafin）表示。在此次飞行中，猎户座飞船将携带小羊肖恩飞往月球，行驶总距离超过210万公里，将于3周后返回地球。



美国阿尔忒弥斯1号

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“今人不见古时月，今月曾经照古人”

逢秋思亲，望月怀远。一轮明月，承载的是一个民族的文化记忆。在遥远的上古时期，我们的祖先就曾无数次地与这个泛着清辉的大圆盘，进行着美妙而难忘的邂逅。

丙辰中秋，欢饮达旦的苏轼醉酒于月下，咏诵出“不知天上宫阙，今昔是何年”的诗篇。

为复中原，多次奏议却无回声，南归十二年后的辛弃疾再逢中秋，挥笔写下：
“一轮秋影转金波，飞镜又重磨。把酒问姮娥：被白发、欺人奈何？乘风好去，长空万里，直下看山河。”

窗外的满月映得满屋月华，游子的心久久不能平静，桂甫起身走向窗前：
“满月飞明镜，归心折大刀。转蓬行地远，攀桂仰天高。”
（《八月十五夜月二首（其一）》[唐] 杜甫）

当皎洁的明月又一次从地平线升起，从水边望去，如同从浪潮中涌出，诗人不禁感慨：
“人生代代无穷已，江月年年望相似。不知江月待何人，但见长江送流水。”
（《春江花月夜》[唐] 张若虚）

日升夜落，月盈月缺，不变的规律中，融入的是诗人的遐想和浪漫：
“目穷淮海满如银，万道虹光育蚌珍。天上若无修月户，桂枝撑损向西轮。”
（《中秋登楼望月》[宋] 米芾）



雪后故宫的日晷

中国古代对月的探索可追溯到先秦时期。《周髀算经》是我国最为古老的数学专著之一，成书于大约公元前1世纪，其中对月光的描述，彰显了当时对月亮的真知灼见：

日者，阳之精，譬犹火光。月者，阴之精，譬犹水光。月含景，故月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则明尽，月禀日光而成形兆，故云日兆月也，月光乃出，故成明月。



中国古代对于月亮的认识

东汉时期的张衡在浑天说的基础上，正确地解释了月食。其在著作《灵宪》中说："月光生于日之所照；魄生于日之所蔽。当日则光盈，就日则光尽也。” ”当日之冲，光常不合者，蔽于地也，是谓虚。在星星微，月过则食” 。月亮对着太阳的方向，如果被地球挡住太阳光，月亮进入了地影，叫作暗虚，就是月食。同样的道理也适用于观星。

早在1000多年前，李梵、苏统等人就已经推算出，月亮的运动速度有快慢变化：率一月移故所疾处三度，九岁九道一复。现代天文学中，关于近地点、近点月等概念的描述与此类似。中国古代的天文学家根据月亮的运转周期，制定历法，包括朔望月、恒星月等，指导人们日常生活中的出海时节、耕种劳作。



猎户座在太平洋进行返回测试

随着现代天文学的不断发展和积累，有关月球的观测数据进一步增加。人们逐渐发现，月亮这颗环绕地球的固态卫星，其不同寻常之处，超出我们的想象。

月球有智慧生命设计建造的可能。地球和月亮的亮度不同，月亮靠反射太阳光才让人类看到它，古人把月亮和太阳比作一阴一阳。月亮和太阳却有奇特的性质对应。

（1）月球地球和太阳的直径分别是：3476km，12756km ，139.2万千米；地月之间的距离和地日之间的距离分别是38.4万千米和 1.5亿千米 。月球的直径与地月距离之比，与太阳的直径与地日距离之比几乎相同，从地球上看到的太阳和月亮几乎一样大。

（2）月亮的公转和自转角速度相同，其转动周期都是一个月。这使得月亮只有一面对着地球，人类在地球上看不到月亮的背面。科学界的解释是潮汐锁定，但是仍有争论。

（3）天文学主流的观点认为月亮是从地球上抛出去的一部分，月量和地球的化学元素成分接近。但这一说法也有质疑。月球的体积是地球的2%，其质量却只有地球的1.23%，于是有观点认为月亮内部是空的，阿波罗系列飞船的月震试验似乎表明月球内部有可能是空的。如果是这样的话，构成月球的物质的密度则可能与地球接近。

水是生命之源，找水是月球和行星探索至关重要的兴趣点。 月球没有大气，目前也没有发现水。由于冰在极低温度下从固态升华为气态的速率非常缓慢，在月球常年不见阳光的极地陨石坑内是可能存在固态冰的，这些冰经历几十亿年仍不会有明显的质量损失。这对未来人类在月球建立基地至关重要，也成为未来探月的热点问题之一。



2021年12月NASA宇航员环行至西南太平洋上空时看到的大气层和新月

旅行者号探测器已飞到太阳系的边缘，人类已经发现需要引入暗物质和暗能量这些崭新的概念才能解释观测到的星体绕银河系的额外转动速度和宇宙加速膨胀的事实，物理学、天文学和航天科技还会带来一个接一个颠覆传统观念的认知。如果月球确是从地球上离家的游子，也许她带着人类起源和人类史前文明的秘密呢。

遥远的深空令人神往，月球无疑还是最迷人的那一颗。


撰文/钟笙
编辑制图/周真
部分图片来源/NASA
参考资料
O'Connor, J.J.; Robertson, E.F. (February 1999). "Anaxagoras of Clazomenae". University of St Andrews. Retrieved April 12, 2007.
"The Galileo Project". Archived from the original on September 5, 2007. Retrieved September 14, 2007.
Kennedy, John F. (May 25, 1961). Special Message to Congress on Urgent National Needs (Motion picture (excerpt)). Boston, MA: John F. Kennedy Presidential Library and Museum. Accession Number: TNC:200; Digital Identifier: TNC-200-2. Retrieved August 1, 2013.
《中华文化通志》编委会：《中华文化通志-天学志》
中国天文学史整理研究小组：《中国天文学史》
https://en.wikipedia.org/wiki/Exploration_of_the_Moon
https://www.space.com/curious-kids-why-is-the-moon-called-the-moon.html