除欣賞超級月亮外  月球還有更多的故事

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月球是地球唯一的天然衛星,見圖1,一般認為月亮形成於約45億年前,在地球出現的不久後。有關月球的形成有幾種假說,其中一個是,地球受到一次巨大撞擊所產生的碎片就是月球。

圖1:月球

月球的自轉與公轉時間一樣,都是27.3天。因此都是以同一面向著地球,換言之,我們從沒辦法直接看到月球正面以外的地方,見圖2;月球與太陽的大小比率與距離的比率相近,使得視野中大小與太陽幾乎相同,在日蝕時月球可以完全遮蔽太陽而形成日全食,見圖3、4。而被遮蔽的區域可參考圖5、6。

圖2

圖3:日蝕成因示意圖

圖4:日全蝕,取自WIKI,CC3.0,作者Luc Viatour

圖5:日蝕後地球被月球遮蔽的情況,取自Wiki

圖6:日蝕後地球被遮蔽的情況,取自Wiki

月球是第一個被人類登陸的外星球,由美國NASA的阿波羅計畫實現的載人登月任務。阿波羅8號在1968年曾載人環繞月球,並拍下照片,見圖7,1969年阿波羅11號首次載人登陸月球,美國阿波羅11號的指揮官尼爾·阿姆斯壯Neil Armstrong是踏足月球的第一人,見圖8、9,並說下膾炙人口的一句話:「這是一個人的一小步,卻是人類的一大步。(That's one small step for man, one giant leap for mankind.)」。1969至1972年人類共六次登月成功。

圖7:1968看見的地球。

圖8:阿姆斯壯登陸月球

圖9:阿姆斯壯

在1972年阿波羅17號之後,只剩無人太空船繼續拜訪月球。2004年後,日本、中國、印度、美國和歐洲太空總署(ESA)都發射了繞月衛星。這些太空探測器發現月球極地區域的坑洞土壤有水冰存在,及發現月球表面沒有液態水,其原因是因為太陽輻射會使水被分解並逸入太空。換句話說如果要建設及使用月球基地,水是昂貴的成本之一,因為水只能從地球運到月球。目前人類有重新登陸探測月球的計畫,如:美國、中國。同時因為國際太空站ISS將在2020退役,目前可能有製作月球太空站的計畫

【潮汐效應】

月球與太陽讓地球產生潮汐效應,地球上的潮汐主要是來自月球牽引地球兩側引力強度的漸進變化,將在地球上造成兩處海面隆起。而太陽的引力對地球海潮的影響大約是月球的一半,它們相互的引力影響造成了大潮和小潮,見圖10。

圖10:大潮(左)、小潮(右)示意圖

【盈虧】

我們會好奇月球為什麼會有盈虧的現象,其答案就是月球繞地球只有面對太陽那面可以反射陽光,見圖11,可以了解不同時間點反射的狀況。而有些人也會好奇,如果反過來由月球觀察地球呢?理論上從圖9(左起)開始看到的地球可能是被自己擋住的樣貌如甜甜圈(日蝕的概念),接著慢慢消退變成半圓,轉到地球正後方時正好完全看不見,再慢慢變成半圓,最後變成甜甜圈,如此週而復始,見圖12。同時我們可能會以為一個月球的夜晚只有一個地球形狀,但實際上地球形狀會不斷變化在一個月球的夜晚。因為月球的自轉相對地球較慢,1月球日是27.3地球日,也就是說有月球白天約有13.65個地球日,晚上約有13.65個地球日,在一個月球晚上就完成地球的盈虧變化,同時該盈虧變化的地球還在不斷自轉,24小時會自轉一圈,地球自轉速度約是月球10倍,而地球看月球看不出自轉情形,是因為月球一邊自轉一邊對地球公轉。

圖11:月相的變化,取自Wiki CC3.0,作者Orion 8

圖12:月球看地球的的盈虧變化,作者自製

【月球小百科】

1. 月球離地球距離384,000km,地球與月球通訊時的訊號延遲1.28秒。

2. 月球半徑1,737km,是地球的0.273倍(地球是6,371km) 。

3. 月球赤道10,921 km,是地球的0.273倍(地球是40,075km) 。

4. 月球表面積3.793x107 km2,是地球的0.074倍(地球是5.1 x108km 2) 。

5. 月球體積2.1958 x107 km3,是地球的0.020倍(地球是1.083 x1012km 3) 。

6. 月球質量7.3477 x107 kg,是地球的0.0123倍(約1/81倍,地球是5.972x1024 kg) 。

7. 月球重力1.622m/s2,是地球的1/6倍(地球是9.8 m/s2) 。

8. 月球自轉速度4.627 m/s,是地球的約0.1倍(地球是1674.4 km/h) 。

9. 月球一晝夜27.321地球日,太陽兩次升起的時間稱為一晝夜。

10. 月球公轉地球時間27.321地球日,公轉是繞地球轉一圈的意思。

11. 月球氣壓白天10−7 Pa(帕),夜晚10−10 Pa,幾近真空,沒有空氣。是地球的10−12倍(地球是101kPa(千帕))。

12. 月球溫度攝氏-173到117度之間,地球溫度攝氏−89.2 到56.7度之間。

13. 由11、12可看出溫度劇烈變化,以及真空狀態使得水會溢散出去。

【欣賞太空中地球與月球同時拍下來的圖片】

圖13:由伽利略號在1992年拍攝的地球與月球。

圖14:由NEAR在1998年拍攝的地球與月球。

圖15:由Voyager號在1989年拍攝的地球與月球。

【結論】

由此我們可以更了解月球,以及月球環境對人類有多惡劣,月球環境非常不適合人類居住。即使月球離地球最近,但若與火星環境相比較之下,還是火星比較適合人類生存。這也就是SpaceX為何選擇火星作為太空移民的目標,但是目前有許多國家發現月球的洞穴可以作為基地,所以歐洲太空總署及中國是先選擇月球,但作者仍然認為選擇月球不是一個好選項。