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飛向月球——第一集

CCTV.com  2007年11月22日 14:43  來源:CCTV.com  
  [內容速覽]月球是離我們最近的一個星球,人們仰望夜空月球給我們留下了很多秘密。數千年來,人們一直都在探尋月球是怎麼來的。在歷史上曾經出現了三種關於月球形成能夠的假説。直到人類踏上了月球,從月球上帶來了土壤和岩石,對月球的認識才有了進一步的發展,相應地,關於月球的形成又提出了一個新的觀點。月球到底是怎麼形成的?本集將介紹人們關於月球形成的幾種猜測。


  主持人:大家好,歡迎收看今天的走近科學。今天咱們説什麼呢,今天咱們就來説説嫦娥一號。誰都知道,嫦娥一號可以説是我們民族的一大驕傲,10月24號那一天,我們的嫦娥一號在火箭的轟鳴聲中,被送入太空。到了11月7號那天,經過第三次變軌之後,嫦娥一號它就進入到了距月面兩百公里,週期為一百二十七分鐘的圓軌道。正式可以開始工作,向我們地球回傳信號了。那麼應該説,為了完成這個夢想,我們多少代人就期待著這一天的到來。不過説實話,歸根結底,不管是嫦娥幾,我們始終都是對月球進行一個詳細的探測和一個認知的過程。那麼月球應該説是離我們最近的一個天體了,我們誰對都對它非常地熟悉,從古至今,它就是詩人墨客們吟咏的對象。也是我們産生無數聯想的一個天體了,但有的時候我們又感覺到,月球它到底是怎麼回事,我們真的有點不明白,比如它的形成,比如它的來歷,今天這期節目我們就來説説月球。

  月球俗稱“月亮”。作為地球惟一的一個天然衛星,每天週而复始圍繞地球旋轉著。人們通過觀察月亮形狀的變化,發現月球環繞地球大約經過29天半的時間完成一次週期變化。於是,我國古人就把月球圍繞地球旋轉一週的時間稱為月,成為了根據太陽確定的年和日之間,又一個計時單位。

  國家天文臺教授李競:從甲骨文開始就有這個月字,所以連續不斷地,四五千年,咱們中間定的時間段都是看月亮。

  除了對月球旋轉週期的了解之外,古人對月球上的圖案也充滿著好奇,想象著那裏很可能也生活著和我們一樣的人類,於是人們編織出了嫦娥奔月、吳剛伐桂、玉兔搗藥等美麗神話。在古希臘,人們則想象著在月球上住著一位美麗的狩獵女神。

  畢竟地球和月球之間相距大約38萬千米,人們在地面上僅憑肉眼很難看清月球上面的真實情況。直到17世紀,歐洲人發明了望遠鏡,人類才終於能比較細緻地觀察和研究月球。透過望遠鏡人們第一次清晰地看到,月球表面佈滿了大大小小環形山。這更激起了當時人們的好奇,開始琢磨月球和地球之間到底是一種怎樣的關係呢?

  一些天文學家在研究了月球和其它星球的一些觀測資料之後,發現大約6億年前,地球上一年的時間並不是現在的365天,而是424天,表明那時地球自轉速率比現在快得多。在4億年前,一年有約400天,2.8億年前為390天。這説明每經過一百年,地球自轉週期就減慢近兩毫秒。照這樣推算,地球開始形成之後,自轉的速度非常快。再結合對古代月食、日食資料的分析之後,這些天文學家大膽提出了月球和地球之間是母女關係的分裂學説。

  李競:就是在太陽系誕生時候,地球還沒有完全成型的狀態下,受某種外力,月球從地球中分離出來的。就生出來的一個,這樣就是母女關係。

  提出這種觀點的人認為,大約在46億年前,太陽系形成時所産生的爆炸塵埃在引力作用下,漸漸形成了太陽以及圍繞在太陽身邊,包括地球在內的八大行星和眾多小型天體。由於當時地球轉速太快,把地球上一部分物質摔了出去,這些物質脫離地球後形成了月球,而遺留在地球上的大坑,就是現在的太平洋。

  可是,這個觀點一經提出很快就遭到了一些人的反對。反對的觀點認為,由於月球的直徑是3476千米,大約相當於地球直徑的1/4,以地球自轉的速度是無法將那麼大的一塊物質拋出去的。如果月球是從地球上拋出去的話,二者的物質成分應該是一致的。可是在當時,由於人們研究月球還僅僅停留在用望遠鏡觀察上,誰也拿不出確鑿的證據來批駁對方,證明自己的觀點,爭論就這樣被擱置下來。


  很快,又有人有提出了一種新的猜想。他們認為,地球和月球是同時形成的,應該姐妹關係:

  李競:什麼叫姐妹關係呢?在太陽系形成的時候,兩個同時形成的,它們靠得很近,後來互相就繞轉了,由引力約束。

  這些人認為,在太陽系形成過程中,地球和月球都是太陽系中浮動的星雲,經過旋轉和吸積,逐漸形成星體。在形成的過程中,地球比月球的體積大一些算是“姐姐”。由於月球體積小,受地球引力作用,就成了地球的一顆衛星。

  人們對月球的猜測並沒有就此結束,很快又有人提出了第三種猜測,他們認為,地球和月球之間應該是一種夫妻關係:持這種觀點的人認為,在太陽系剛開始形成的時候,月球本來只是太陽系中的一顆小行星,有一次,運行到地球附近,被地球的引力所俘獲,從此再也沒有離開過地球。

  李競:它們在太陽系形成過程中,都在各自不同的位置形成,在混沌狀態下,偶然走到一起了,由引力的約束互相吸引,結果就離不開了,彼此變成了一家人。

  然而,這三種觀點到底哪一種更接近於真實?月球到底是怎樣形成的呢?要證明自己的觀點,必需要有確鑿的證據。他們除了通過望遠鏡不斷地觀察月球外,還希望通過分析月光來獲得月球更多的信息。

  李競:天文學家對宇宙的了解,是分析光線,就光線帶來的那個天體的信息,我們解析它,分析它,然後就知道那個天體怎麼樣運動。

  光是一種電磁波,根據波長不同可以分為紅外線、紫外線、可見光,以及x射線、伽嗎射線等等。科學家通過研究宇宙天體發出的不同波長的射線,即使不到那個星球上也可以了解那個星球的相關信息。


  李競:有什麼化學成分,溫度多高,有沒有磁場,都是來自於分析它的光線。

  但是,令這些天文學家感到失望的是,地球和月球之間相距大約38萬千米,光線從月球照射到地球上也只需要一秒多的時間,可是,由於月球並不發光,我們看到的月光實質上只是太陽照在月球上的反光。從這種反光中,他們很難得到月球更多的信息。找不到證據,關於月球起源的種種猜想,也只能是一種假説。

  主持人:其實大家想必也都知道,很多科學上的理論最早都是緣于現象,由現象前輩們總結出來了一定的規律和假説,在逐漸地去驗證它,比如説我們都知道,古人看到了日升月落,看到了日月星辰的變化之後,就認為這些東西它都是圍繞著地球運行的,就有了地心説。後來我們看到蘋果從天空落下,我們就會認為萬有引力的假説等等,這一些可以説都是先由現象引發的。那麼在很長一段時間裏,由於我們手頭的資料有限,由於我們所掌握的技術有限,因此講,我們對於月球的形成,對於月球本身還都是處於假説的階段。直到人類真正地發明了大推力的火箭,我們進入到了航天時代之後,我們才有了這個技術和物質條件,讓我們允許對月球進行深一步的探測。

  1959年,前蘇聯向月球發射了第一顆月球探測器,開始了月球研究的航天時代。當年10月,前蘇聯發射的月球三號探測器成功地飛臨月球,獲取了月球磁場和輻射帶的重要信息並拍攝到月球背面照片。這是人類第一次如此近距離地觀測月球。

  國際院士 朱毅麟:俄羅斯這幾個月球探測,也是局部的,它有幾個無人月球探測月球車吧,有局部的地方探測了一些。

  前蘇聯探月成功極大地刺激了美國,此後,美國也加快了探月計劃的實施,並向月球發送了多種系列的月球探測器,以獲取月球相關信息。美蘇兩國的航天競賽使人類探月活動進入了一個高潮時期。

  朱毅麟:早期這個探月,主要的目的還不是説研究科學,或者是研究月球怎麼樣能夠為地球上的人服務,當時還沒有這樣的概念,剛開始的目還不是説研究月球概念,就是為兩個超級大國之間的競賽,政治上的競賽。

  可是這場競賽並不是一帆風順的,在最初的十年裏,美蘇兩國向月球發射了幾十幾次的探測器,而成功率還不足百分之五十。1967年1月27日,美國阿波羅1號載人飛船在地面進行載人飛行試驗時,突然燃起大火,三名宇航員瞬間被大火吞沒,失去了寶貴的生命。

  朱毅麟:有的火箭就失敗了,有的探測器本身不見,控制不好,早期美國的運載火箭的水平也比較差一點兒,另外它整個航天技術,相對蘇聯來説,它還是落後一點兒。但是後來美國人很快就趕上去了。

  1969年7月,美國阿波羅11號載人飛船整裝待發,宇航員阿姆斯特朗 ,奧爾德林 ,科林斯進入太空艙,做好了發射前的一切準備。……隨著一聲指令,攜帶阿波羅11號載人飛船的土星火箭,噴著烈焰騰空而起,奔向了遠在38萬千米之外的月球。……飛船經過四天的飛行,7月20日登月艙脫離飛船徐徐向月球表面降落。下午4時18分,宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛著登陸艙成功降落在月球表面。這次登月實現了人類歷史性的跨越,把人類的足跡踏上了遙望數千年的月球上。

  月球是一個荒漠和死寂的世界,沒有空氣,沒有生命,沒有風雨變化,甚至聽不到聲音,整個月球處在一個真空狀態。白天表面溫度達到127攝氏度,到了夜晚又驟降至零下183度,溫差達到310度。由於月球引力太小,月面上的重力只相當於地球重力的1/6,這樣一個60千克的人,在月球上只有10千克。宇航員穿著笨重的宇航服在月球上行走,仍然顯得非常輕鬆。

  阿波羅11號兩名宇航員在月球上工作了2小時10分鐘,採集約28千克的月球表面岩石標本,並帶回了地球。從這次登月開始到1972年,美國共進行了六次載人登月,對月球表面進行了一系列的考察,並從月球上帶回了寶貴的月球土壤和岩石樣本。


  李競:人登月,十二人次,取回來將近300多公斤的月球土壤,那麼人類變成,原來純粹觀察,就變成了實驗,就把這些帶回來的月球土壤,進行地質分析,化學分析,地球物理分析。

  主持人:雖説當年是冷戰時代,但不管怎麼説,那個時候,美蘇兩個超級大國,他們畢竟擁有其他國家沒有的財力和實力,所以呢,他們能夠發射探測器,甚至把人送到月球上去,這就給我們提供了一個研究月球的千載難逢的好機會,當他們把這些月球的樣品月壤帶回到地面之後,經過研究分析我們發現,原來月壤和土壤的成分有很多是非常相近的,只不過在它們那裏有不少地球上很稀有的物質,比如説像氦3,這種我們地球上,很少能夠見到的東西。另外,經過對月球岩石以月壤的分析之後我們發現,原來月球它大概誕生於四十五點二七億年前,也就是説,它只比我們太陽系的形成晚了三千到五千萬年,所以説這樣讓我們近距離地接近月球之後,我們就可以更深一步地研究月球去重新思考月球起源的問題了。

  隨著人們對月球環境、月壤成分、月球內部結構等各方面情況了解的不斷深入,科學家們掌握了大量月球信息。他們發現月球上並沒有明顯的磁場,這與地球環境存在著明顯的差異。另外,由於月球的年齡比太陽系形成的時間要晚三千至五千萬年的時間,這也與月球形成的三種猜測在時間上存在一定的矛盾。隨著研究不斷深入,人們逐一否定了先前關於月球形成的那三種假説。

  李競:這個月球如果是母女,如果是姐妹,為什麼這個地球有這麼強大的地磁,而月球呢,幾乎沒有月磁,也就是説地球內部有一個鐵的核心,月球呢,如果説有鐵的核心,那核心有非常之小,以前那個學説就解釋不了了。

  漸漸地,關於月球成因的一種新的觀點出現了。

  李競:這個學説,可以稱為大碰撞或者是大轟擊學説。

  這個觀點認為,在太陽系演化早期,地球和月球都是太陽系中浮動的星雲,經過旋轉聚積,逐漸形成一個原始地球,和一個相當於地球質量0.14倍的天體。一次偶然的機會,這兩個天體發生了碰撞。

  李競:那個時候太陽系還處在比較混沌狀態,會發生更多的天體碰撞,那時候地球就跟一個火星大小的天體相撞。

  劇烈的碰撞不僅改變了地球的運動狀態,使地軸傾斜,而且還使那個小的天體被撞擊破裂,受熱蒸發,膨脹的氣體以極大的速度攜帶大量塵埃飛離地球。這些飛離地球的氣體和塵埃,並沒有完全脫離地球的引力控制,它們通過相互吸引結合起來,形成全部熔融的月球。這樣,月球形成的時間就比太陽系晚了大約3000到5000萬年。

  主持人:月球起源於天地大衝撞的這個假説,確確實實讓我們展開了無限的遐想,大家可以試想一下,在當年,那個災難即將降臨的夜晚,那個月球即將從地球上被分裂出去的夜晚,我們地球上會是一個什麼樣的場面呢?如果是現在的我們有沒有力量把月球留下來呢。當然這一切都是基於我們現在對於月球有了進一步的了解之後,我們才能夠想出來的一幅場景,也許等到有那麼一天,當我們再度光臨月球的時候就會發現,這個理論也有它不完善的地方,或者乾脆我們就發現,這個理論壓根它就是錯誤的,也未可知。而所有的一切都基於我們人類科學技術的發展,以及我們對於月球的了解,我們相信那一天遲早都會到來。好感謝大家收看走近科學,下期再見。

責編:走近科學

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