□ 問 天

不可或缺的月球

□ 問 天

圖1　一個(gè)火星大小的天體，撞擊早期地球，形成月球。示意圖。

大約45億年前，在太陽系形成的早期，一顆火星大小的天體與剛剛形成不久的原始地球相撞，使得地球向外濺射出大量物質(zhì)，這些物質(zhì)慢慢聚合形成了月球。這是20世紀(jì)80年代天文學(xué)家提出的月球形成的“撞擊說”理論，目前這一學(xué)說最為盛行。月球圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，成了地球的一顆衛(wèi)星，它是地球的唯一一顆衛(wèi)星，兩個(gè)天體組成了太陽系獨(dú)具特色的地月系統(tǒng)。

月球直徑為3474千米，現(xiàn)在它與地球的平均距離為384400千米，因此，月球的視直徑大約為半度。而明亮的太陽直徑約140萬千米，距離地球平均為1.5億千米，它的視直徑同樣大約為半度。這樣，在地球上仰望天空，有兩個(gè)差不多大小的明亮球狀天體。耀眼的太陽在白天從天空自東向西劃過，銀色的月亮則在夜間給人類帶來柔和的光明。我們知道，萬物生長靠太陽，因此，太陽的重要性不必多說。然而，月亮又是如何呢？

月球與地球生命

圖2　火山遍布，酷熱難耐的金星地表。

就目前所知，地球是唯一擁有生命且擁有高級生命的星球。盡管科學(xué)家們努力尋找，但是不論在太陽系內(nèi)還是在其他遙遠(yuǎn)的恒星附近，都還沒有發(fā)現(xiàn)別的天體上有生命現(xiàn)象存在，這一現(xiàn)狀讓科學(xué)家們難以接受和理解。那么，是哪些因素導(dǎo)致地球上出現(xiàn)了初級生命，并不斷進(jìn)化成種類繁多的高等級生命甚至是智慧生命呢？當(dāng)然，需要有一個(gè)溫暖平靜的太陽、適合生存的固體地表、適宜的溫度、恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)成分和液態(tài)水，等等。還有沒有其他必需的因素?月球是否也是地球生命產(chǎn)生和進(jìn)化的必要因素？

在月球形成的早期，月球和地球之間的距離只有約2萬～3萬千米，距離越小，引力越大，因此，當(dāng)時(shí)月球?qū)Φ厍虻囊Ψ浅４蟆Ｔ谶@種引力的作用下，地球的不同地殼板塊不斷運(yùn)動(dòng)，這樣，在地球表面形成了適宜的環(huán)境。金星沒有衛(wèi)星，它沒有形成可以運(yùn)動(dòng)的地殼板塊，結(jié)果它成了一個(gè)火山遍布、酷熱難耐從而不容生命產(chǎn)生和生存的星球。

同樣由于月球的引力作用，地球可以穩(wěn)定地圍繞地軸自轉(zhuǎn)，因而地球表面的海洋可以穩(wěn)定地存在于特定的區(qū)域。經(jīng)過長期相互作用，地球上的海洋主要向赤道分布。海洋是地球生命的發(fā)源地?；鹦怯捎跊]有較大的衛(wèi)星，它早期的自轉(zhuǎn)可能并不穩(wěn)定，導(dǎo)致它表面的海洋不斷變化位置，最終大片的海洋消失了，因此，火星也就變得干燥，不再擁有產(chǎn)生和繁衍多樣生命的環(huán)境。

月球與地球相互作用，還導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)不斷變慢，早期地球曾經(jīng)每6小時(shí)自轉(zhuǎn)一周，現(xiàn)在自轉(zhuǎn)周期為24小時(shí)。如果地球自轉(zhuǎn)一直非?？斓脑挘厍虻奶鞖饩蜁浅毫?，這也不利于生命的起源與進(jìn)化。

大約38億年前，處于熔融狀態(tài)的原始地球逐漸冷卻下來，此時(shí)在地球的海洋中首先出現(xiàn)了生命現(xiàn)象。在月球引力的作用下，沿著海洋的海岸線，海水不停地漲潮落潮，非常有規(guī)律，被漲潮海水淹沒的海岸，幾個(gè)小時(shí)后隨著潮水退落會重新裸露。可能正是海洋的潮汐現(xiàn)象，使得海洋生命逐漸適應(yīng)了陸地環(huán)境，從而將生存地遷移到陸地，并不斷進(jìn)化為高等級的陸地生命?？梢姷厍蛏鼜暮Ｑ筮w移到陸地，也離不開月球的存在。

地球生命出現(xiàn)后，在漫長的進(jìn)化歷程中，它們?nèi)匀皇艿皆虑虻奈⒚钣绊?。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一個(gè)朔望月中不同月相的日子，夜間活動(dòng)的動(dòng)物的行為有所不同。在滿月的時(shí)候，月亮又大又圓且非常明亮，此時(shí)，海洋中夜間活動(dòng)的魚類則只是停留在暗礁附近，并不四處游動(dòng)，不然的話，它們很容易被漁民發(fā)現(xiàn)而喪生。在月圓的日子里，那些兇猛的獅子幾乎從不出去捕食獵物，更為奇怪的是，獅子攻擊人類一般發(fā)生在望月出現(xiàn)十天之后的日子里。而夜游動(dòng)物蝙蝠在滿月的日子會變得不再那么活躍。另外，包括人類在內(nèi)的許多動(dòng)物的生理現(xiàn)象與月球運(yùn)動(dòng)有關(guān)，只是科學(xué)家們還沒有明白其中的道理。

圖3　構(gòu)成地球地殼的板塊，包括亞歐板塊（綠色大塊）、北美板塊（褐色）、太平洋板塊（黃色）、南美板塊（紫色）、非洲板塊（橙色）、澳洲板塊（淺橙色）和南極洲板塊（大塊藍(lán)色）等。

圖4　如今干旱少水的火星地表。

圖5　在月球的引力作用下，海水出現(xiàn)潮汐現(xiàn)象。

圖6　太陽、地球和月球的位置關(guān)系與不同月相。

月球與歷法

太陽東升西落，形成了白天和黑夜，日升日落一次構(gòu)成完整的一天。自古以來，人類就按照“日出而作，日落而息”的規(guī)律安排生活。但是，天空中月亮的升起和降落卻不像太陽那樣規(guī)律，而且，月亮的形狀隨著時(shí)間流逝也在不斷變化。某一天，太陽落山后，我們會在西邊的天空看見細(xì)細(xì)的彎彎的月牙，之后的第二天、第三天傍晚，月牙漸漸變大，位置也不斷東移。初次見到月牙之后大約7天，太陽落山后的月亮就呈現(xiàn)為半圓，它懸掛在正南方的天空。之后的每一天，月亮繼續(xù)變大，日落時(shí)分的位置繼續(xù)東移。等到初次見到月牙后的13天左右，當(dāng)太陽從西方降落到地平線以下時(shí)，圓圓的月亮則從東方地平線升起。再往后，月亮每天升起得越來越晚，形狀也由圓月變得不再完整。古代先賢經(jīng)過細(xì)致的觀察，發(fā)現(xiàn)月亮經(jīng)過一次完整的形狀變化（月相變化）需要29.5天。

隨著人類社會的進(jìn)展，大約在一萬年前人類進(jìn)入了新石器時(shí)代。人們逐漸從原始的狩獵野獸和采集植物果實(shí)過渡到從事原始的農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)。這樣先民們需要確定季節(jié)的變化，游牧民族掌握時(shí)令是為了在茫茫的草原中追逐草場和水源，農(nóng)業(yè)民族則是為了掌握各種農(nóng)作物播種、生長和成熟的季節(jié)，只有這樣他們才能更好地生存。要確定季節(jié)，單靠太陽東升西落而產(chǎn)生的“日（天）”十分不便，此時(shí)，聰明的先民們則利用月亮的圓缺變化計(jì)時(shí)，因?yàn)樵铝潦浅栔庾钊菀子^測的天體。經(jīng)過長期的經(jīng)驗(yàn)積累，人們根據(jù)月相的變化，制定了月亮歷法，至今在許多伊斯蘭教國家仍然使用這種歷法。我國古代流傳下來的農(nóng)歷，也采用了月相變化的周期作為一個(gè)月，再采用閏月的辦法彌補(bǔ)它的不足，使得它的一年與太陽回歸年同步，我國的農(nóng)歷實(shí)際上是一種陰陽合歷。

圖7　天空中的滿月。

月球的開發(fā)與利用

如今，能源危機(jī)問題是人類面臨的一個(gè)重大問題，因?yàn)?，在地球上，石油、天然氣和煤炭等化石能源的儲藏量固定不變，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和生活需求的增加，可開采的部分越來越少，這嚴(yán)重威脅著人類的生存。科學(xué)家們正在努力尋求新的能源，核能和太陽能是兩種清潔高效的能源途徑。根據(jù)科學(xué)家探測，月球上擁有豐富的氦-3元素，它是核能的重要原料，月球上的太陽能資源也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于地球，因此，開發(fā)月球有望獲得大量能源。此外，月球上還儲藏著豐富的硅、鋁、鈦和鐵等礦物，可供人類未來開發(fā)利用。

地球擁有濃密的大氣層，對天文觀測來說非常不利。隨著社會的發(fā)展，光污染日益嚴(yán)重，這對天文觀測構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。然而，月球上沒有大氣、沒有光污染，那里是理想的天文觀測場所。當(dāng)今，各國天文學(xué)家都將目標(biāo)轉(zhuǎn)向月球，我國天文學(xué)家利用嫦娥三號已將小型天文望遠(yuǎn)鏡放置到月球上，進(jìn)行了觀測，獲得了初步成果。同時(shí)，我國天文學(xué)家正在規(guī)劃更大規(guī)模的月球觀測項(xiàng)目。如果在月球上放置望遠(yuǎn)鏡，可以方便地監(jiān)視近地小天體，更好地保護(hù)地球免受小天體撞擊。在月球上放置觀測地球氣象、環(huán)境和資源的設(shè)備也是不錯(cuò)的選擇。

圖8　美國國家航空航天局發(fā)射的“軌道月球勘測器”（Lunar-Reconnaissance-orbiter），美術(shù)圖。

圖9　未來的月球基地，美術(shù)圖。

月球還是一個(gè)絕好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)場所。那里沒有大氣，沒有電磁波的輻射與吸收，重力場也比較弱。因此，那些無法在地球上開展的研究、實(shí)驗(yàn)、制造和加工，可在月球上完成。例如，可持續(xù)研究鈣元素在弱重力場環(huán)境下在人體中的循環(huán)情況，從而改進(jìn)關(guān)節(jié)炎的治療方法，也可改進(jìn)心臟和動(dòng)脈疾病的治療等。研究在低重力環(huán)境下進(jìn)行晶體的生長，可以研制生物制品和特種材料等。

人類觀測宇宙、探索太空的最終目的是走出地球、走向太空。月球是距離地球最近的天體，它可以成為人類進(jìn)入深空的跳板和中轉(zhuǎn)站。由于月球沒有大氣和磁場，重力加速度也只有地球的1/6，因此，從月球上發(fā)射大型航天器相較于地球要容易得多，未來，人類可以在月球上實(shí)現(xiàn)航天器的建造、組裝、維護(hù)和補(bǔ)給，并從月球上直接奔向更遙遠(yuǎn)的太空。

（責(zé)任編輯 張長喜）