趙之珩　陳若穎

【詩詞說】

這首詞是中秋望月懷人之作，表達了蘇軾對胞弟蘇轍的無限思念。蘇軾曾經(jīng)要求調(diào)任到離蘇轍較近的地方為官，但被調(diào)到密州任職后，這一愿望仍無法實現(xiàn)。公元1076年的中秋，詞人面對一輪明月，心潮起伏，于是乘酒興正酣，揮筆寫下了這首名篇。

地球與月亮

【天文說】

明月幾時有？

月亮是我們對月球的俗稱，它是地球的衛(wèi)星，體積約為地球的1/49，質(zhì)量約是地球的1/81，與地球的平均距離約為384400千米。作為地球的衛(wèi)星，月球終日陪伴著地球，與地球以相同的速度“共舞”著。然而，地球的這位小伙伴是從哪里來的呢？自古以來，針對這個問題，各國天文學家提出了幾十種不同的學說，時至今日仍沒有定論。今天我就向大家介紹其中的四種學說，看看人們對月球成因的認識經(jīng)歷了哪些變化。

分裂說

大家都知道英國有一位生物學家名叫達爾文，他的兒子喬治·達爾文則是一位天文學家。喬治·達爾文在1679年提出了“分裂說”，他認為46億年前，地球剛剛誕生的時候，表面溫度很高，還沒有完全凝結(jié)成堅硬的巖石。那時地球自轉(zhuǎn)速度很快，產(chǎn)生了巨大的離心力，把一部分表面物質(zhì)“甩”了出去。而甩出去的物質(zhì)就形成了月球。后來還有人認為，當時地球甩出物質(zhì)的地方，就是今天的太平洋?？墒亲罱目疾熳C明：太平洋底部的巖石是在不到1億年前形成的，而月球是在46億年前形成的，這顯然相差太遠了！

喬治·達爾文

同源說

“同源說”是由18世紀法國天文學家布豐提出的。他認為地球和月球是一對“雙胞胎”，有共同的起源。46億年以前，在離太陽不太遠的地方有一片星云。星云中心存在的巨大引力不斷吸引著周圍的物質(zhì)，漸漸形成了一大一小兩個“球體”。在引力的控制下，這兩個球體的密度越來越大，大的形成了地球，小的形成了月球?？墒墙?jīng)科學家考證發(fā)現(xiàn)，地球上有碳、氫、氧、氮、硫、磷、鉀等100多種元素，按說，月球上也應當有同樣的元素，可是科學家發(fā)現(xiàn)月球上有6種元素是地球上所沒有的。這就是說，地球跟月球的“血型”并不相同，兩者并不是“雙胞胎”。

俘獲說

“俘獲說”是由瑞典天文學家阿爾文于20世紀提出的。他認為46億年前剛剛形成的地球是孤獨的，并沒有衛(wèi)星。忽然有一天，從遠方飛來一個星球，漸漸接近地球，最終進入地球的引力場，被地球俘虜，從此成為地球的衛(wèi)星。這樣就解釋了兩者成分不同的原因。但是對于這種說法有人表示質(zhì)疑：如果月球是從遠方而來，被地球俘獲，那么它圍繞地球運轉(zhuǎn)的軌道應當是扁長的，可是現(xiàn)在這個軌道是接近圓形的。

碰撞說

1986年3月，美國的天文學家們舉行了一次研討會，他們在前三個假說的基礎(chǔ)上進一步提出：46億年前，在太陽系中有一個孤立的星球，它在運行中遇到了地球，發(fā)生了猛烈的碰撞，引起爆炸。巨大的地球雖然受了一點兒傷，但仍然保持完整，而那個從遠方而來的星球被撞碎了，形成了碎裂的石塊、塵土、氣體和水分。這些物質(zhì)大部分飛向了宇宙空間，剩下的一部分在引力的作用下漸漸聚合成一個圓球，就是我們所見的月球。

現(xiàn)在，大多數(shù)天文學家認為“碰撞說”是目前最接近事實的假說。但這也只是假說而已，目前對于月球的成因問題，還沒有人能給出最終的答案。

江畔何人初見月？江月何年初照人？

人生代代無窮已，江月年年只相似。

——節(jié)選自[ 唐] 張若虛《春江花月夜》

【詩詞說】

《全唐詩》中存詩僅有兩首的張若虛，在唐代燦如繁星的詩人群里實在毫不起眼兒，但他憑借被聞一多先生譽為“詩中的詩，頂峰上的頂峰”的《春江花月夜》，“孤詩橫絕全唐”。詩人用“江畔何人初見月？江月何年初照人？人生代代無窮已，江月年年只相似”的詩句表達了個人的生命雖然短暫即逝，但人類的存在卻是綿延長久的，因此“代代無窮已”的人生就和“年年只相似”的明月得以共存。這是詩人從大自然的美景中感受到的一種欣慰之情。詩人雖有對人生短暫的感傷，但并不是頹廢與絕望，這感傷恰是緣于對人生的追求與熱愛。

【天文說】

月亮為什么么“年年只相似”？

月亮能夠“年年只相似”不只因為幾十億年來都是同一個月亮與地球“共舞”，還因為長久以來月亮總是以一面示人，所以人們看到的月亮總是同一副模樣。月亮是一個球體，它也在自轉(zhuǎn)，為什么地球上的人只能看到它的一面呢？說到這個問題就要講講“潮汐鎖定”了。

牛頓提出的萬有引力定律告訴我們，萬物之間存在一種相互作用的“引力”，比如月球就在地球的引力作用下繞著地球轉(zhuǎn)動。不僅如此，引力還會隨著物與物之間的距離、二者大小的變化而變化，兩個物體之間的距離越近、質(zhì)量越大，它們之間的引力就越大。但是，我們平時說到引力的時候，一般都是把物體當成一個整體，并沒有考慮到物體內(nèi)部和外部受到的引力差異。比如月球它并不是一個點而是一個巨大的球體，它的各個部分因為距離地球遠近不同，受到地球的引力也不一樣。我們可以想象一鍋放在火上加熱的水，雖說一鍋水都在被加熱，但底部的水因為更靠近火源，會比上面的水更熱一點兒。月球也一樣，它面對地球的一面因為更靠近地球，受到的引力會比背對地球的一面更大。

潮汐鎖定示意圖

由于正面和背面的引力差，月球整體上受到了一股被“拽”向地球的力量，這股力量也使月球產(chǎn)生了形狀上的變化，變得更像一個橢球而不是圓球。但因為月球是固體，它的形狀變化比較滯后，所以在月球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)過程中，最長的那一端并不會總是垂直面對地球。又因為最長的那一端受到的引力會比垂直面對地球的那一端受到的引力更大，這種類似鐘擺的狀況會讓月球受到一個阻礙它自轉(zhuǎn)的力量。久而久之，原本自轉(zhuǎn)速度比公轉(zhuǎn)速度快的月球，在這股力量的阻礙下，自轉(zhuǎn)速度逐漸減慢，最終使月球以一面朝向地球，就不會再產(chǎn)生形狀變化和阻力，這時月球的自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)速度剛好相等。同理，如果有天體是自轉(zhuǎn)速度比公轉(zhuǎn)速度慢的，公轉(zhuǎn)速度也會逐漸減慢，直至與自轉(zhuǎn)速度相等。我們把這種兩個天體之間因為引力差，使得其中一個天體的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度相等，并總是以一面對著另一個天體的情況就叫作“潮汐鎖定”。

那么，什么樣的情況下能夠發(fā)生潮汐鎖定呢？其實，只要兩個天體長期相互繞轉(zhuǎn)，如恒星與它的行星，或行星與它的衛(wèi)星之間，就能發(fā)生潮汐鎖定。但是潮汐鎖定是一個漫長的過程，相互之間距離較近的天體因為引力差更大，更容易完成“鎖定”。比如太陽和地球就因為太過遙遠，還需要幾百億年太陽才能“鎖定”地球。所以我們說的潮汐鎖定一般都是指已經(jīng)完成這個“鎖定”過程的天體。在太陽系里，潮汐鎖定是很普遍的現(xiàn)象，比如火星與火衛(wèi)一、火衛(wèi)二，木星與木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四等，土星與土衛(wèi)一、土衛(wèi)二、土衛(wèi)三等一些衛(wèi)星之間都存在潮汐鎖定的現(xiàn)象。

我們在前面說的都是較大天體對較小天體的“鎖定”，那么有沒有可能月球反過來也“鎖定”地球呢？答案是肯定的，只是還未完成。我們知道，因為月球公轉(zhuǎn)，它對地球的引力會讓地球表面的海水也發(fā)生形狀變化，形成地球上的漲潮和退潮。海水的潮汐變化也會因為摩擦而產(chǎn)生熱量，對地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，只不過這種影響太過微小，月球還需要很久才能完成對地球的“鎖定”。兩個質(zhì)量差別沒那么大的天體則更容易相互潮汐鎖定，比如冥王星和有它一半大的冥衛(wèi)一“卡戎”，就已經(jīng)完成了相互的潮汐鎖定。

因為潮汐鎖定，月球有一面總是面對著地球，這樣就產(chǎn)生了總是面對著地球的月球正面，和總是背對著地球的月球背面。但也因為月球被潮汐鎖定，它的質(zhì)量更多聚集在靠近地球的一面，所以月球正面內(nèi)部的月幔更容易因為撞擊而流出，流出的玄武巖巖漿會漫延到月面上。因為這些巖漿的反射率更低，所以肉眼看上去更暗，這就形成了月球正面的一塊塊暗斑。古時候人們以為那些暗斑如同地球上的海洋一般，所以給這些黑暗區(qū)域取名為“月?！薄５珜嶋H上，那里并沒有水，只是一片片充滿月海玄武巖的廣闊平原。月球上共有22個月海，絕大部分都分布在月球正面，其中最大的一塊月海因為太過龐大，而被取名為“風暴洋”。

除了風暴洋，月球正面還有幾個清晰可見的月海：雨海、澄海、靜海、危海、豐富海、酒海。古人對著月面上的這些暗斑，生出了無數(shù)聯(lián)想。把它們想象成了“仙人”“桂樹”“白兔”“蟾蜍”“后羿”等。

既然月球一直以同一面朝向地球，那從理論上來說，如果不飛出地球，我們是不是就只能看到月球的正面（50%的月球表面）呢？答案是否定的。事實上，我們站在地球上可以看到大約59%的月球表面。

為什么我們能看到比一半還要多一點兒的月球表面呢？這就要說到一種現(xiàn)象——月球天平動。所謂月球天平動，是指就像天平左右兩端以中間的杠桿為中心擺動一樣，月球也因為某些原因，使地球上的人感覺月球在以月心為中心，上下或左右擺動。而我們多看到的一小部分月球表面就緣于這種“擺動”。

月球天平動按照成因不同，可以分成經(jīng)度天平動、緯度天平動、周日天平動和物理天平動。由于周日天平動和物理天平動影響微小，我們就來說說影響較大的經(jīng)度天平動和緯度天平動。我們說月球自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度相同，其實只是平均速度相同。因為月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道是橢圓形的，天體在橢圓形軌道上運行到不同位置時，速度會有微小的差別。因此，月球的自轉(zhuǎn)速度有時會比公轉(zhuǎn)速度快，有時會比公轉(zhuǎn)速度慢。這點兒差別就像天平擺動一樣，讓我們能在東西兩個方向上分別多看到一點兒月表。這種擺動就叫作“經(jīng)度天平動”。而緯度天平動顧名思義，就是在南北緯度方向上的擺動。就像地球的自轉(zhuǎn)軸并不垂直于地球公轉(zhuǎn)軌道一樣，月球的自轉(zhuǎn)軸也和它的公轉(zhuǎn)軌道存在一個傾角。這個傾角就使得月球在圍繞地球公轉(zhuǎn)時，有時是北極更靠近地球，有時則是南極。所以，我們站在地球上又能在南北兩個方向上分別多看到一點兒月表。正是因為月球的天平動現(xiàn)象，我們站在地球上也能窺見月球背面的一點點風光。

了解了這些知識，下次再看到這些詩詞時，你是不是就能給大家講講背后的天文知識了？這可是語文老師都未必知曉的呢！