月球是由甚麽物質製造和它結構???

月球俗稱月亮，古稱太陰，是指環繞地球運行的一顆天然衛星。它是地球唯一的一顆天然衛星和離地球最近的天體，與地球之間的平均距離是384,400千米。天文學上用
圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2a/Moon_symbol_crescent.svg/25px-Moon_symbol_crescent.svg.png
來代表月球。
1969年尼爾·杭斯朗和巴茲·奧爾德林成為最先登陸月球的人類。

圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4d/Moon-Mdf-2005.jpg/320px-Moon-Mdf-2005.jpg

從地球觀測到的月球

[編輯] 特徵

[編輯] 成分
45億年前,月球表面仍然是液體岩漿海洋。科學家認為組成月球的礦物克裡普礦物(KREEP)展現了岩漿海洋留下的化學線索。KREEP實際上是科學家稱為「不相容元素」的合成物－－那些無法進入晶體結構的物質被留下，並浮到岩漿的表面。對研究人員來說，KREEP是個方便的線索，來明暸月殼的火山運動歷史，並可推測彗星或其他天體撞擊的頻率和時間。
月殼由多種主要元素組成，包括：鈾、釷、鉀、氧、矽、鎂、鐵、鈦、鈣、鋁 及氫。當受到宇宙射線轟擊時，每種元素會發射特定的伽瑪輻射。有些元素，例如：鈾、釷和鉀，本身已具放射性，因此能自行發射伽瑪射線。但無論成因為何，每種元素發出的伽瑪射線均不相同，每種均有獨特的譜線特徵，而且可用光譜儀測量。
直至現在，人類仍未對月球元素的豐度作出面性的測量。現時太空船的測量只限於月面一部分。例如：1992年伽利略號曾於飛掠月球時測量過元素豐度。[1]

[編輯] 表面地理
月球形狀是南北極稍扁﹑赤道稍許隆起的扁球。它的平均極半徑比赤道半徑短500米。南北極區也不對稱﹐北極區隆起﹐南極區窪陷約400米。但在一般計算中仍可把月球當作三軸橢圓體看待。物理天平動的研究有助於解決月球形狀問題。通過天平動研究還表明﹐月球重心和幾何中心並不重合﹐重心偏向地球2公里。這一結論已為阿波羅登月獲得的資料所證實。
月球表面有上萬個直徑超過1千米的環形山。月球環形山大部分都有上億年的歷史，缺少大氣層和氣象活動以及缺乏近期地質活動保證了它們大部分永久性的保持原樣。
南極-艾托肯盆地為月球上也是太陽系內已知最大的環形山。這環形山位於月球的背面，接近南極的地方，直徑約2 240公里，深13公里。
那些暗色和較少特徵的月球平原叫「月海」，這是由於古代的天文學家認為上面是海洋的緣故。事實上，月海由巨大隕石撞擊後從月幔流出並覆蓋表面的玄武岩岩漿形成。較淺色的高地叫「月陸」。幾乎只有面向地球的月面才有月海，月球背面的月海寥寥可數。天文學家相信這是因為月球的質心比形心更靠近地球所導致的。
在月殼上是一層表面呈塵埃狀的岩石層，稱為月壤，月壤並不是土壤。月殼和月壤在月面的分佈並不均勻。月殼的厚度由60公里（月球正面）至100公里（月球背面）不等，月壤則由約5米（月海）至十多米（月陸）。
在2004年，約翰·霍普金斯大學的Ben Bussey博士率領的小組從克萊門汀任務拍攝得來的照片中，發現月球北極Peary crater邊沿的4個區域經常受到日照（南極卻沒有發現類似區域）。這些終年日照區的產生是由於月球的自轉軸傾角很小，同樣道理，有很多位於兩極的隕石坑底經常沒有光照。

[編輯] 水的存在
自古以來，彗星和隕星不斷地撞擊月球。這些物體中的大部分都含有水分。來自陽光的能量將這些大部分的水分分解回組成它的元素，氫和氧。兩者通常都會立即飛離月球。但是，有科學家提出假說，認為還有相當含量的水在月球之上，例如在表面或深藏在月殼裏。美國克萊門汀任務顯示，一些細小的水冰冰塊（含水彗星撞擊後的碎片）可能藏在永久無日照區域的月殼裏未被融化。雖然這些冰塊很小，但總水量卻可能相當可觀（約有１立方公里）
而有些水分子，亦可能在月面彈跳其間掉進隕石坑而藏於其中。由於月球自轉軸相對於黃道面法線有1.5度的輕微傾斜，部分極區的隕石坑底部從來沒有受陽光照射，處於永久的影子中。克萊門汀任務曾測量月球南極這些隕石坑[1]並繪製成地圖[2]。科學家期望可在此類隕石坑中找到水冰，並開採及利用太陽能電力或核能來電解成氫和氧。月球上可用的水量大大影響了人類在月球上居住的成本，因為從地球運送水（或氫和氧）昂貴得不切實際。
由阿波羅號上的太空人在月球赤道附近收集的岩石並不含任何水分。月球勘探者號或其他近期研究（例如：史密森學會）均沒有找到液態水、冰或水蒸氣的直接証據。然而，月球勘探者號的結果指出在永久無日照區有氫，並可能以水冰的形式存在。

[編輯] 磁場
與地球相比，月球的磁場非常弱. 部分地區上的磁場相信是來自月球本身的（例如在Sirsalis月溪上的月殼），但與其他天體碰撞亦可能令它的磁場改變。而無大氣層的天體是否能透過彗星和小行星撞擊而獲得磁場，是行星科學裏一個歷久常新的問題。測量月球磁場更可提供月核大小及導電率等資料，對科學家暸解月球起源有很大幫助。若月核比地球含有較多磁性物質（例如：鐵），則月球的撞擊起源說便較不可信（不過科學家已從另外一些角度來解釋為甚麼月核含較小的鐵）

[編輯] 大氣
月球有極稀薄的大氣。這些大氣的來源之一是除氣作用—氣體的釋放，例如月球表面的氡氣原先就是深藏於月球內部的。有時，太陽風也會被月球的引力擄獲，成為氣體的另一重要來源。

月球是 地球 唯一天然的衛星:

軌道: 384，400 km 距離地球
直徑: 3476 km
質量: 7.35e22 kg




月球被羅馬人稱之為 露娜Luna ，希臘人稱之為 瑟麗妮Selene和
阿爾特密思Artemis ，而在其他許許多多的神話中，月球還有各種不同的稱呼。


當然早在史前時代月球就已經廣為人知，月球是天空中僅次於 太陽Sun排名第二最明亮的星體。它每個月繞行地球一週，由於月球，地球與太陽三者之間的角度變化，使我們可以觀察到月相變化的週期。連續兩次新月之間的時間差是29.5天(709小時)，和月球的軌道週期(針對恆星測量結果)有些微地不同，這是由於地球也同時在繞日軌道上運行了一小段的距離。


由於大小及組成成份的類似，月球常常和 水星Mercury， 金星Venus， 地球Earth和 火星Mars一起被歸類為類地"行星"。


第一次造訪月球的任務是在1959年由蘇聯的太空船 月神2號(Luna 2)達成，月球是目前 人類唯一造訪地球之外的星體。 首次的登陸是在1969年的7月20日(還記得你當時在那兒嗎？)；最後一次登陸則是在1972年12月，而月球同時也是我們唯一能採樣回到地球的星體。 在1994年夏天，由小型太空船 克萊門堤號Clementine針對月球做了大規模的地圖繪製工作，並在1999年由 月球探測者號Lunar Prospector再次進行。


介於地球與月球之間的重力作用引起了一些有趣的效應，其中最明顯地就是潮汐作用。 月球的重力吸引會對地球靠近月球的一面較強，另一面則較弱，由於地球並不是一個完美的剛體(特別是海洋的部份)，它會延著月球的方向直線延伸。根據我們的觀察發現，地球表面可以看到兩個小小的凸起，其中一個面對著月球的方向，另一個則正好在相反方向的對面。因為這個效應對海水的影響遠大於對固態地殼的影響，所以海水的突起就會更為明顯，再加上地球自轉的速度要比月球繞行地球的速度快上許多，於是這些突起每天會環繞地球一次，造成每天的兩次高潮。(這是一個非常簡化的模型，實際上的潮汐，特別是在海洋邊緣的地區，要更加複雜的多。)


但 是地球也不是完全的流體，地球的自轉帶著這些凸起稍微領先於月球所在方向的位置。這表示地球與月球之間的力並非準確地沿著月地兩者中心的連線，因而形成了地球上一個轉動力矩以及月球上一個加速度力的產生，於是導致地球的轉動能量向月球發生了淨轉移的結果，使地球自轉的速度以大約每100年千分之一秒的幅度減慢當中，而月球的繞地軌道則是以大約每年3.8公分的速度升高。(相對地效應則發生在具有不尋常軌道的衛星 火衛一Phobos 和 崔坦Triton身上)



這 種重力交互作用的對稱性同時也造成月球同步synchronously自轉的現象，例如月球繞地軌道的鎖定狀態，就使得月球總是用同一面在面對地球。而正如同目前地球自轉速度因為受到月球影響而減緩的情況，在很久以前月球自轉的速度同樣地因為地球的活動而變慢，只不過在當時發生的效應比今天強上許多，直到月球自轉的速度降低到符合它的軌道週期時(就是凸起的位置可以正好面對地球)，就不會再有離心力矩產生，月球於是達到一個穩定的狀態。同樣的情況也發生在太陽系中大部份的衛星身上，最後地球的自轉也將會慢到符合月球的週期，如同冥王星Pluto和它的衛星 開隆Charon一樣。


事實上月球看起來有一點在晃動wobble(這肇因於它的軌道有一點點不圓)，所以有時候可以在幾度的範圍內看到另一面的月球，不過這一面大部份的區域(左圖)一直都完全不為人所知，直到1959年的蘇聯太空船月神3號Luna 3才拍下了完整的照片。(注意：月球並沒有所謂"黑暗的一面"，月球表面的每一部份都有一半的時間可以照到陽光，(除了極區附近幾個比較深的撞擊坑之外)過去一些"黑暗的一面"的用詞，其實是指月球背對地球的那一面，用"黑暗"這個詞來代表"未知"的含意(例如"黑暗大陸"是代表非洲)，雖然這個詞今天已經不合時宜了！)。


月球並沒有大氣層的存在，但是從克萊門堤號Clementine傳回的證據顯示，在月球南極附近一些永遠陰暗的火山口深處可能會有結成冰的水，這個現象目前已被月球探測者號所 證實了。 不過北極則沒有明顯的冰存在，但這已經使得我們未來在探索月球的經費上可以大幅縮減了！


月球的地殼平均有68km厚，不過它的差異可以從危難海(Mare Crisium)底部的0km厚地殼，一直到月球背面克羅拉(Korolev)火山口北方地殼的107km厚，地殼之下是地函以及可能有一個小小的核心(半徑約340km，佔月球質量的2%)，然而不同於地球的是，月球的地函只有部份融溶。不可思議的是，月球的質量中心偏離了月球的幾何中心，位在偏向地球方向2km的位置。同時月球在靠近地球這一面的地殼也比較薄。


月球表面陸地有兩種主要的型式：被大量且劇烈撞擊而佈滿隕石坑的老 高地， 以及相對較平坦與較年輕的海(maria)。月海(構成月球表面大約16%的面積)是巨大的隕石坑，在隕石撞擊後由溶融的岩漿溢流而成，其表面滿佈風化層(由隕石'撞擊所產生的細塵與岩石碎屑混合物)。由於某些我們仍不明的原因，月海幾乎都集中在靠近地球的這一面了。


在科學發展的歷史上，靠近地球這一邊月球表面上的大部份隕石坑，都根據一些著名的人物加以命名，例如： 第各(Tycho)， 哥白尼(Copernicus)，和 托勒密(Ptolemaeus)。遠離地球一面的月表特徵命名則有比較新的對象，例如：阿波羅 (Apollo，太陽神)，蓋加林( Gagarin，蘇聯第一位太空人)和科列洛夫(Korolev)。(由於月球背面的第一張影像是來自於蘇聯的太空船 月神3號Luna 3，所以這些名字有點偏向蘇聯的人名) 除了這些另人熟悉的特徵外，月球背面同時還有一個太陽最大的撞擊盆地， 南極-埃肯隕石坑(South Pole-Aitken)，直徑2250km，深度則達到12km，在其西緣(左圖影像中央的位置)有一 東方盆地，這是屬於多環(multi-ring)隕石坑中一個壯麗的例子。


回到地球總共382公斤的月球岩石標本，多是來自於 阿波羅及 月神計畫，這些標本提供了我們關於月球知識中大部份的詳情，其中又以它們的定年結果最為重要，即使到了今天，距離最後一次人類登陸月球已經20年之久，科學家們卻仍然在研究先前這些標本。

月表大部份岩石的年齡似乎都介於46億和30億年之間，這樣的結果與地表最老的岩石年齡同樣是30 億年意外吻合。因此月球提供了一些地球無法提供關於太陽系歷史初期的一些證據。

最早關於阿波羅計畫中月岩標本的研究結果，對於月球形成的說法並不一致，當時有三個主要的理論：共同增積co-accretion理論主張月球與地球是同時自 太陽星雲Solar Nebula中形成； 分裂說fission理論主張月球是從地球分離出去的一部份；還有 捕獲說capture認為月球是形成於其他的地方，後來才被地球所捕獲。只不過以上這幾種說法都不能完全獲得證實，直到來自月球岩石更新、更詳盡的資訊被獲得之後，才推衍出了新的碰撞說impact理論：認為地球由於受到巨大星體(和火星一樣大)的撞擊，向外噴出的物質於是聚合而成了月球。目前仍然有許多細節部份尚未有確切的結果，但是碰撞說已經是現今最 廣為接受的理論了。

月球並沒有全球性的磁場，但是月球表面部份的岩石則存在有殘磁，這顯示在月球歷史早期可能是具有全球性磁場的。

由於沒有大氣和磁場，月球表面是直接暴露在太陽風solar wind之下，在超過40億年的歲月中，許多來自太陽風的氫離子被深埋在月球表面的風化層中。因此在阿波羅計劃中所帶回來的風化層標本，對於研究太陽風提供了重要的資訊。這些月球上的氫有一天也許甚至會被用來當作火箭燃料呢！

月球約一個農曆月繞地球運行一周，而每小時相對背景星空移動半度，即與月面的視直徑相若。與其他衛星不同，月球的軌道平面較接近黃道面，而不是在地球的赤道面附近。

相對於背景星空，月球圍繞地球運行(月球公轉)一周所需時間稱為一個恆星月；而新月與下一個新月（或兩個相同月相之間）所需的時間稱為一個朔望月。朔望月較恆星月長是因為地球在月球運行期間，本身也在繞日的軌道上前進了一段距離。

因為月球的自轉週期和它的公轉週期是完全一樣的，我們只能看見月球永遠用同一面向著地球。自月球形成早期，月球便一直受到一個力矩的影響引致自轉速度減慢，這個過程稱為潮汐鎖定。亦因此，部分地球自轉的角動量轉變為月球繞地公轉的角動量，其結果是月球以每年約38毫米的速度遠離地球。同時地球的自轉越來越慢，一天的長度每年變長15微秒。

月球對地球所施的引力是潮汐現象的起因之一。

公轉軌道
月球和地球是一對伴侶，組成地月系，共同圍繞著公共質心運轉不息，地月系質心離地心約4 671公里，因此，環繞質心與環繞地心的橢圓軌道相差不大。月球在環繞地球作橢圓運動的同時，也伴隨地球圍繞太陽公轉，每年一周。月球不但處於地球引力作用下﹐同時也受到來自太陽引力的影響，所以具有十分複雜的軌道運動。其中主要的軌道變化有：偏心率變化、軌道傾角變化、拱線運動、交點西退、中心差。

偏心率變化
月球軌道偏心率變化在1/15到1/23的範圍內﹐偏心率的平均值為0.0549﹐接近1/18。
嚴格來說，地球與月球圍繞共同質心運轉，共同質心距地心4700千米（即地球半徑的2/3處）。由於共同質心在地球表面以下，地球圍繞共同質心的運動好像是在「晃動」一般。從地球北極上空觀看，地球和月球均以迎時針方向自轉；而且月球也是以迎時針繞地運行；甚至地球也是以迎時針繞日公轉的。

很多人不明白為甚麼月球軌道傾角和月球自轉軸傾角的數值會有這麼大的變化。其實，軌道傾角是相對於中心天體（即地球）而言的，而自轉軸傾角則相對於衛星（即月球）本身的軌道面。在這個定義習慣很適合一般情況（例如人造衛星的軌道）而且是數值相當固定的，但月球卻非如此。

拱線運動
月球圍繞地球的橢圓軌道﹐在它自己的平面上也不是固定的﹐其橢圓的拱線(近地點和遠地點的連線)沿月球公轉方向向前移動﹐每8.85年移動一周。中國早在漢代﹐賈逵就提出月球視運動的最疾點每九年運動一周﹐這實際上正是拱線運動的結果。

軌道傾角變化
月球軌道(白道)對地球軌道(黃道)的傾角變化在4°57～5°19之間﹐平均值為5°09。
月球的軌道平面（白道面）與黃道面（地球的公轉軌道平面）保持著5.145 396°的夾角，而月球自轉軸則與黃道面的法線成1.5424°的夾角。因為地球並非完美球形，而是在赤道較為隆起，因此白道面在不斷進動（即與黃道的交點在順時針轉動），每6793.5天（18.5966年）完成一周。期間，白道面相對於地球赤道面（地球赤道面以23.45°傾斜於黃道面）的夾角會由28.60°（即23.45°+ 5.15°） 至18.30°（即23.45°- 5.15°）之間變化。同樣地，月球自轉軸與白道面的夾角亦會介乎6.69°（即5.15° + 1.54°）及3.60°（即5.15° - 1.54°）。月球軌道這些變化又會反過來影響地球自轉軸的傾角，使它出現±0.002 56°的擺動，稱為章動。

交點西退
白道與黃道的交線﹐其空間位置並不固定﹐而是不斷地向西運動﹐每18.6年運行一周。這一現象早在東漢末年就為劉洪發現﹐並用於月食預報計算中。
白道面與黃道面的兩個交點稱為月交點－－其中升交點（北點）指月球通過該點往黃道面以北；降交點（南點）則指月球通過該點往黃道以南。當新月剛好在月交點上時，便會發生日食；而當滿月剛好在月交點上時，便會發生月食。

中心差
由於月球軌道是橢圓而不是圓形﹐月球公轉速度並不均勻。月球運動同均勻的圓周運動比較﹐時而超前﹐時而落後﹐其半振幅為6°.29﹐週期為27.55455日。

天秤動
詳見天秤動

由於月球軌道為橢圓形，當月球處於近日點時，它的自轉速度便追不上公轉速度，因此我們可見月面東部達東經98度的地區，相反，當月處於遠日點時，自轉速度比公轉速度快，因此我們可見月面西部達西經98度的地區。這種現象稱為經天秤動。又由於月球的自轉軸傾斜於公轉軌道平面(白道面)，而白道與黃道又有約5度的交角，因此月球繞地球公轉一周時，極區會作約7度的晃動，這種現象稱為緯天秤動。再者，由於月球距離地球只有60地球半徑之遙，若觀測者從月出觀測至月落，觀測點便有了一個地球直徑的位移，可多見月面經度1度的地區。這種現象稱為周日天秤動。


物理天秤動
月球由於三條主慣性軸長度不等﹐在地球引力作用下﹐發生對平均位置的偏移。與幾何天平動不同﹐它是真實的擺動。物理天平動比幾何天平動小得多(見物理天秤動)。由於這兩種天平動﹐從地面觀測﹐不止看到月球的半面﹐而且能看到月球的59％﹐其餘41％則不能直接看到。

月球的周期 名稱 數值 (d) 定義
恆星月 27.321 661 相對於背景恆星
朔望月 29.530 588 相對於太陽（月相）
分點月 27.321 582 相對於春分點
近點月 27.554 550 相對於近地點
交點月 27.212 220 相對於升交點
月球軌道的其它特徵 名稱 數值 (d) 定義
默冬章 (repeat phase/day) 19 年
平均月地距離 ~384 400 千米
近地點距離 ~364 397 千米
遠地點距離 ~406 731 千米
軌道平均偏心率 0.0549003
交點退行周期 18.61 年
近地點運動周期 8.85 年
食年 346.6 天
沙羅周期 (repeat eclipses) 18 年 10/11 天
軌道與黃道的平均傾角 5°9'
月球赤道與黃道的平均傾角 1°32'

月球的起源
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月球的起源問題非常古老，也是科學界爭論不休的題目。月球的形成有以下幾個觀點：

分裂說
這是最早解釋月球起源的一種假設。早在1898年，著名生物學家達爾文的兒子喬治·達爾文就在《太陽系中的潮汐和類似效應》一文中指出，月球本來是地球的一部分，後來由於地球轉速太快，把地球上一部分物質拋了出去，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。這一觀點很快就收到了一些人的反對。他們認為，以地球的自轉速度是無法將那樣大的一塊東西拋出去的。再說，如果月球是地球拋出去的，那麼二者的物質成分就應該是一致的。可是通過對阿波羅12號飛船從月球上帶回來的岩石樣本進行化驗分析，發現二者相差非常遠。

俘獲說
這種假設認為，月球本來只是太陽系中的一顆小行星，有一次，因為運行到地球附近，被地球的引力所俘獲，從此再也沒有離開過地球。還有一種接近俘獲說的觀點認為，地球不斷把進入自己軌道的物質吸積到一起，久而久之，吸積的東西越來越多，最終形成了月球。但也有人指出，向月球這樣大的星球，地球恐怕沒有那麼大的力量能將它俘獲。

同源說
這一假設認為，地球和月球都是太陽系中浮動的星雲，經過旋轉和吸積，同時形成星體。在吸積過程中，地球比月球相應要快一點，成為「哥哥」。這一假設也受到了客觀存在的挑戰。通過對「阿波羅12號」飛船從月球上帶回來的岩石樣本進行化驗分析，人們發現月球要比地球古老得多。有人認為，月球年齡至少應在70億年左右。

大踫撞說
主條目：大踫撞說
這是近年來關於月球成因的新假設。1986年3月20日，在休士頓約翰遜空間中心召開的月亮和行星討論會上，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的本玆、斯萊特裏和哈佛大學史密斯天體物理中心的卡梅倫共同提出了大踫撞假設。這一假設認為，太陽系演化早期，在星際空間曾形成大量的「星子」，星子通過互相踫撞、吸積而長大。星子合併形成一個原始地球，同時也形成了一個相當於地球質量0.14倍的天體。這兩個天體在各自演化過程中，分別形成了以鐵為主的金屬核和由矽酸鹽構成的幔和殼。由於這兩個天體相距不遠，因此相遇的機會就很大。一次偶然的機會，那個小的天體以每秒5千米左右的速度撞向地球。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，矽酸鹽殼和幔受熱蒸發，膨脹的氣體以及大的速度攜帶大量粉碎了的塵埃飛離地球。這些飛離地球的物質，主要有踫撞體的幔組成，也有少部分地球上的物質，比例大致為0.85:0.15。在撞擊體破裂時與幔分離的金屬核，因受膨脹飛離的氣體所阻而減速，大約在4小時內被吸積到地球上。飛離地球的氣體和塵埃，並沒有完全脫離地球的引力控制，他們通過相互吸積而結合起來，形成全部熔融的月球，或者是先形成幾個分離的小月球，在逐漸吸積形成一個部分熔融的大月球。