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月球背面的夜晚可能观察到

教育综合
2023-05-22 17:44:12

月球背面有昼夜现象吗？

月球背面只是相对地球而言的，月球上有昼夜之分，月球自转周期是27.32天，但是月球上的一个昼夜为29.53天，大约就是农历中的一个月。

月球绕着地球转，由于月球被地球潮汐锁定，所以月球的公转周期和自转周期完全相等，对于地球参考系来说，月球公转一周的时间为27.32天。

但是月球公转一周后，地球在太阳系中的位置已经发生了变化，此时月相的周期要比月球公转周期滞后θ天：

根据地球公转周期365.2422天，可以计算出：

θ=2.21天；

于是月球上一个昼夜的周期为：

27.32+2.21=29.53天：

月球上没有空气，白天阳光会直接照射到月球表面，夜晚时会暴露在-270℃的宇宙环境中，使得月球白天温度高达120摄氏度，夜晚降至零下170摄氏度。

所以，在月球上的一个昼夜周期为29.53天，并滞后于月球公转周期27.32天；在地球上观察月相，月相周期也是29.53天，这就是农历月份取29天和30天的原因，用来平摊这29.53天。

值得注意的是，农历的12个月为29.53*12=354.36天，比地球公转周期（365.2422天）少了10.8822天；于是在农历中，需要在适当的年份加入闰月，来弥补每年差的这10.8822天。

为什么说如果月亮只有公转而没自转，地球上的人将可能观察到月球的背面？

看一下下面的图，想象一下。

这是月球自转与公转同步时（也就是现在情况）的示意图。小人头部指向图片的右边。由于月球自转与公转同步，小人头部指向也随月球自转而移动，不管月球公转到轨道的什么位置，地球都在小人头顶上的位置，月球背面从地球上是看不到的。

如果月球只有公转，没有自转，我们从上图中左侧开始想象。

月球从左侧开始公转，月球上的那个小人所在的月面朝向地球。当月球公转到下方位置时，由于月球不自转，小人头顶所指的方向不变，仍指向图片的右边。当月球公转到图片右侧时，小人头部还是指向图片右边，不指向地球，指向公转轨道的外边了。此时，月球背面也就刚好朝向地球了。

随着月球继续公转，月球背面又渐渐转出，正面又渐渐朝向地球了。

所以说，如果月球只有公转，没有自转，我们从地球上就可以看到月球背面了。

月球的背面是什么，和正面是一样的吗？

从古至今，月球的背面一直是我们看不见的地方。1959年10月7日，前苏联的太空船月球3号传回第一张月球背面的照片，人类有史以来第一次见到了月亮背面的样子。随后的探测器不断更新月球背面图片，使得月球背面不再陌生。月球背面不像正面那样有许多的月海，而是有非常多的陨石坑，这可能是为了保卫地球。

月球的背面（月亮的古老黑暗面——这里的“黑暗”指的是不被地球所见，而不是未被照亮）是月球的另一个半球，它总是背离地球。月球背面的地形崎岖不平，有许多撞击坑和相对较少的月海平面。它拥有太阳系中最大的陨石坑之一 - 南极 - 艾托肯盆地。月亮的正面和背面会先后经历两周的阳光照射和两周的夜晚; 月球的背面被称为“月亮的黑暗面”，意思是从地球上看不见，而不是缺乏太阳光照射。

由于天平动，大约18％的月球背面可以从地球上看到。剩下的82％直到1959年才被观测到，当时苏联的月球3号太空探测器拍摄到了它。苏联科学院于1960年出版了第一张月球背面的地图集。1968年，阿波罗8号任务的宇航员是第一批在月球轨道上直接观察到该地区的人类。到目前为止，还没有人踏上月球背面。

天文学家建议在月球的背面安装一个大型射电望远镜，这样月球就可以屏蔽来自地球的无线电干扰。

为什么背面一直看不见？

来自地球的潮汐力减慢了月球自转的速度，使得月球的同一面总是面对着地球，这种现象叫做潮汐锁定。然而在地球上，月球另一面的大部分我们都不可以看见。由于天平动的缘故，我们看见的月球正面大约有59%。

因为背面看不见，所以有时候人们也会称背面为“月亮的黑暗面”。这里的黑暗面不是指太阳光永远照射不到，主要是由于潮汐锁定以及月球为实体，所以黑暗面看不见的意思。实际上，如果地球、月球、太阳三者几乎成一条直线时，黑暗面就完全在太阳光的照射中。

背面与正面的差异

月球的两个半球有着截然不同的外观结构，月球正面覆盖着许多个宽广的月海（拉丁语为“海洋”，因为古代天文学家错误地认为这些平原是月球的海洋）。然而月球背面有一些古老而密集的坑洼（撞击坑），几乎没有月海的特征。背面只有1%的表面被月海所覆盖，而在正面有31.2%。这种差异最贴切的解释是热量的生成集中在月球正面的半球上，如已被证实的来自月球勘探者的γ射线光谱地质化学图。

还有人提出，两个面之间的差异可能是由于与较小的伴星相撞而引起的，这个伴星也起源于忒伊亚碰撞事件。在这个模型中，撞击导致了一个增生堆而不是陨石坑，造成了半球范围的层和厚度可能与背面高地的大小一致。

月球背面有更明显的陨石坑。有人认为这是由于月球熔岩流造成的，它们覆盖和遮蔽了陨石坑，而不是来自地球的屏蔽作用。根据NASA的计算，从月球上看，地球在41000平方度的天空中只遮蔽了大约4平方度。这使得地球作为月球的“盾牌”可以忽略不计......月球的每一面都可能受到相同数量的撞击，但是熔岩的重铺使得正面可见的陨石坑数量远远少于背面，尽管两面都受到了相同数量的撞击。

最新的研究表明，月球面向地球的一面撞击坑较少的原因可能是月球形成时来自地球的热量造成的。月球地壳主要由铝和钙凝结并与地幔中的硅酸盐结合形成的斜长石组成的。较冷的背面会较快地凝结这些元素，因此会形成较厚的外壳;流星体撞击正面有时会穿透这里较薄的地壳，并释放出玄武岩熔岩，从而形成月海，但在背面这样的事件很少发生。

人类探测器拜访背面

直到20世纪50年代后期，人们对月球的背面依旧知之甚少。月球的天平动允许我们看见了月球背面的小部分景象。然而，这也只是低角度的观察而已。背面剩余的82％的表面仍然是未知的，其特征一直有很多的猜测。

通过天平动我们可以看到背面特征的一个例子是东方海，它是一个横跨近1000公里（600英里）的显著的冲击盆地，然而直到1906年，这个特征才被德国天文学家尤利乌斯·海因里希·弗朗茨给予命名。盆地的真实性质是在20世纪60年代被发现的。该盆地在1967年被月球轨道飞行器4号拍摄到。

在太空探索开始之前，天文学家并没有预料到背面居然会与地球可见的一面不同。1959年10月7日，苏联探测器月球3号拍摄了月球背面的第一张照片，其中东方海是解析出的18个地形特征之一，覆盖了三分之一从地球上看不见的表面。通过对这些图像进行分析，1960年11月6日，苏联科学院出版了月球背面的第一张地图集。它包括了500个景观特征的目录。一年之后，前苏联以月球3号探测数据为基础，制做了第一个月球仪（比例为1:13 600 000），其中也包括了地球上不可见的月球背面的特征。1965年7月20日，前苏联的另一个探测器“Zond 3”传回了 25张质量非常好的月球背面照片，分辨率比月球3号高得多。特别的是，还发现了数百公里长的陨石坑链，但是出乎意料的没有发现肉眼可见的像地球那样的平原。1967年，“月球背面地图集”的第二部分在莫斯科出版，根据Zond 3的数据，目录新增加了包括4000个新发现的月球背面景观特征。同年，苏联发布了第一幅“月球完整地图”（1:500000比例尺）和更新的完整版本月球仪（1:100000比例尺），呈现了95%的月球表面。

因为侵袭月球正面的太阳风受到地球的遮蔽，所以估计月球背面的月海会有月球表面最高的氦-3浓度。相对而言，这种同位素在地球上是非常罕见的，但是在核聚变的反应堆中是很好的燃料。这种物质的存在给了主张在月球建立基地的支持者一个很好的理由。

人类第一张月亮背面的黑白照片，由月球3号于1959年10月7日拍摄。图片来自：OKB-1

（图左：传回地球的第一张月球背面影像，左边的暗色区域分别为危海、史密斯海、界海，下方为南海，右上为莫斯科海。图右：月球勘测轨道器拍摄的月球背面。来源：https://moon.nasa.gov/resources/26/）

月球背面的彩色照片.图片来自：NASA/GSFC/Arizona State University

太阳的光线能不能照到月球的背面？

月球的正面和背面是以地球为参考来说的。月球在亿万年的绕地运行中已经被地球潮汐锁定，这样只能有一面对着地球，站在地球上的人看月球只能看到月球的一面，这一面就被人定义为月球的正面。地球上看不到的那一面就是月球的背面。

如果太阳系内的一颗行星被太阳潮汐锁定了，这颗星球就只能有一面对着太阳，太阳光不会直接照射到这颗星球的背面。地球自转的速度越来越慢，如果地球不被毁灭，照这个趋势下去，几十亿年后地球自转一圈用的时间就会和围着太阳公转一圈用的时间相同，那样地球就被太阳潮汐锁定了，到那时地球就只能有一个面接受太阳光的照射。

月球自转周期和围着地球的公转周期都是27.32天，而随着地球围绕太阳转一圈需要365天。这样随着月球的自转，阳光会普照月球的正面和背面。地球上看到的上弦月、下弦月、新月、满月等就是太阳照射到月球不同位置形成的。农历初一、三十附近，天上看不到月亮，就是因为此时太阳照射到月球的背面，月球的正面没有太阳光直接照到上面，所以地球上的人看不到。到了农历十五附近，一轮满月挂在天空，太阳光照射的是月球的正面，背面就是月球的黑夜。