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月球地图

探月的目标非常明确,就是用高精度探测仪器详细考察月球表面的构成,调查尚不为人类熟悉的月球极点,绘制比以往更加完整、清晰的三维月球“地图”。探月计划还包括考察月球表面的年龄、矿物质组成、磁场和月球内部结构等。德国专家还对一个课题很感兴趣:月球内核是否同地球一样是液态金属。这有助于了解月球的“身世”。

面积体积

月球俗称月亮,也称太阴,是地球的唯一的天然卫星,也是离地球最近的天体。 月球距离地球平均为384,401公里。这段距离约为地球赤道周长的10倍。月球轨道呈椭圆形,近地点平均距离为363300公里,远地点平均距离为405500公里。月球直径为3476公里,约为地球直径的3/11。月球表面面积大约是地球表面面积的1/14,比亚洲面积稍小。月球的体积只相当于地球体积的1/49。月球质量约等于地球质量的1/81.3。月球物质的平均密度为每立方厘米3.34克,只相当于地球密度的3/5。月面上自由落体的重力加速度地球上表面重力加速度的1/6。月球上的逃逸速度约为每秒2.4公里,为地球上的逃逸速度的1/5左右。

地形 月面上的最明显的特征是环形山,通常指碗状凹坑结构。其中大的直径可超过100公里,小的不过是些凹坑。直径大于1公里的环形山总数3万多个,占

月球表面积的7~10%。环形山大多以著名天文学家或其他学者的名字命名,月球背面有4座环形山,分别以中国古代天文学家石申、张衡、祖冲之、郭守敬命名。月面最大的几个环形山是:南极附近的贝利环形山,直径295公里;克拉维环形山,直径233公里;牛顿环形山,直径230公里。许多环形山的中心区有中央峰或中央峰群,高达2.5公里。

肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑叫“月海”,它们是广阔的平原。在月球正面,月海面积约占整个半球表面的一半。已知月海共22个(包括背面),其中最大的叫风暴洋,面积约500万平

方公里。雨海面积约90万平方公里。月面中央的静海面积约26万平方公里。此外,较大的还有澄海、丰富海、危海、云海等。月海大多具有圆形封闭的特点,四周是山脉。有些月海伸向陆地称为湾,小的月海则称为湖。

月陆是月面上高出月海的地区,一般高出2~3公里。月陆主要由浅色的斜长岩组成,其反照率较高。月球正面的月陆与月海面积大致相等,而背面则月陆面积大些。月陆形成的年代经同位素年龄测定为46亿年,比月海要早。月球上也存在一些山脉,大多以地球上的山名命名,如亚平宁山脉、高加索山脉、阿尔卑斯山脉等。最长的山脉长达1000公里,往往高出月海3~4公里。最高的山峰在月球南极附近,高达9000米,比地球上最高的珠穆朗玛峰还高。除山脉外,还有长达数百公里的峭壁,最长的是阿尔泰峭壁。

月面上有一些辐射纹,典型的有第谷环形山和哥白尼环形山周围

的辐射纹。第谷环形山有辐射纹12条,从环形山周围呈放射状向外延伸,最长的达1800公里,满月时看得最清楚。其成

因尚无定论:有人说是火山爆发形成的;也有人认为是陨石轰击月面造成的。

内部结构 从月震波的传播了解到月球也有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳厚60~65公里。月壳下面到1000公里深度是月幔,它占了月球大部分体积。月幔下面是月核。月核的温度约1000摄氏度,很可能是熔融的。

月球背面的结构和正面差异较大。月海所占面积较少,而环形山则较多。地形凹凸不平,起伏悬殊。最长和最短的月球半径都位于背面,有的地方比月球平均半径长4公里,有的地方则短5公里(如范德格拉夫洼地)。背面未发现"质量瘤"。背面的月壳比正面厚,最厚处达150公里,而正面月壳厚度只有60公里左右。

空间及表面状况

长期天文观测与登月的直接考察证实,月球周围没有明显的磁场。月球磁场强度不及地球磁场的1/1000。月球上更没有像地球和木星那样的辐射带。月球上不存在任何形态的水,完全没有大气,几乎接近真空状态。通过月球火箭探测查明:月球正面有称为"重力瘤"或"质量瘤"的重力异常区,达12处之多;月球表面大部分地区为一层厚度不等的月尘和岩屑所覆盖。

月球没有像地球大气那样的保护层,月面直接受到流星体的猛烈冲击,因此在一定程度上会影响到月岩的化学成分、岩屑大小、玻璃含量以及再结晶的程度。月球早期广泛发生火山爆发,喷出大量熔浆,从而形成月面上广阔的熔岩平原。

月球本身并不发光,只反射太阳光。它的亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。它的平均亮度为太阳亮度的1/465000,亮度变化幅度从1/630000至1/375000。满月时亮度平均为-12.7等。它给大地的照度平均相当于100瓦电灯在距离21米处的照度。月面不是一个良好的反光体,它的平均反照率只有7%,其余93%均被月球吸收。月海的反照率更低,约为6%。月面高地和环形山的反照率为17%,看上去山地比月海明亮。

由于月球上没有大气,再加上月面物质的热容量和导热率又很低,因而月球表面昼夜的温差很大。白天,在阳光垂直照射的地方温度高达127摄氏度;夜晚,温度可降低到零下183摄氏度。这些数值,只表示月球表面的温度。用射电观测可以测定月面土壤中的温度,而且所用的射电波的波长愈长,愈能探测到月面土壤中较深处的温度。这种测量表明,月面土壤中较深处的温度很少变化,这正是由于月面物质导热率低造成的。

月球俗称月亮,也称太阴。在太阳系中是地球中唯一的天然卫星。月球是最明显的天然卫星的例子。在太阳系里,除水星和金星外,其他行星里面都有天然卫星。月球的年龄大约有46亿年。月球有壳、幔、核等分层结构。最外层的月壳平均厚度约为60-65公里。月壳下面到1000公里深度是月幔,它占了月球的大部分体积。月幔下面是月核,月核的温度约为1000度,很可能是熔融状态的。月球直径约3476公里,是地球的1/4。体积只有地球的1/49,质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81,月球表面的重力差不多是地球重力的1/6。

月球的自转周期和它的公转周期是完全一样的,地球上只能看见月球永远用同一面向着地球。自月球形成早期,地球便一直受到一个力矩的影响引致自转速度减慢,这个过程称为潮汐锁定。亦因此,部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量,其结果是月球以每年约38毫米的速度远离地球。同时地球的自转越来越慢,一天的长度每年变长15微秒。

平均轨道半径384,400千米

轨道偏心率0.0549

近地点距离363,300千米 远地点距离405,500千米

平均公转周期27天7小时43分11.559秒

平均公转速度1.023千米/秒

月球背面与正面的面貌有较大不同,主要区别在于,月球背面月陆(也称高地)分布面积广,缺乏大型的月海盆地,只有三个较小的月海(东海、莫斯科海和智海);而月球正面分布着19个月海,其中包括大型月海。实际上,月球上90%的月海分布在月球正面。由于月陆比月海的年龄要老,月陆表面撞击形成的月坑的密度比月海要大,所以在月球背面月坑较多。月球正面月海带周围围绕着许多山脉,如阿尔卑斯山、亚平宁山等,而月球背面几乎没有明显的山脉。

月球在环绕地球作椭圆运动的同时,也伴随地球围绕太阳公转,每年一周。月球不但处于地球引力作用下,同时也受到来自太阳引力的影响,所以具有十分复杂的轨道运动。月球本身不发光也不透明,但能反射太阳光。由于日、地、月三者的相对位置不断变化,因此,地球上的观测者所见到的月球被照这部分也在不断变化,从而产生不同的视形状。这叫月

相。月相的变化是有规律的。月相变化的周期性,给人们提供了一种计量时间的尺度。阴历或农历月就是以月相为基础,星期也是由此演化而来。

自古以来人们就知道,月球总以相同的一面向着地球。这是由于月球自转的周期和它绕地球公转的周期相等(都是27天7小时43分11.47秒)、方向相同(都是反时针方向),因此,在任何时间,我们在地球上永远只能看到月球的正面,而这两个周期相同则是潮汐长期作用的结果。

月球赤道面同它的轨道面有6度41分的倾角。因为这一倾角的存在和月球绕转速度的不均匀等原因,在月球运动过程中,地面上某一点的观测者多少还能看出月面边沿有前后的摆动。从地面观测,不止看到月球的半面,而且能看到月球的59%,其余41%则不能直接看到。因此,月球背面的面貌

成为一个千古之谜。

1959年10月4日,苏联成功发射了月球3号探测器,这颗月球探测器飞到了月球背面,在距离月球60千米~70千米的高空,成功地拍摄了月球背面首幅传真照片,然后飞向地球,在接近地球时又用电波将月背传真照片发送回地面接收站,至此,人类第一次目睹了月球背面的真实面目。1959年10月18日,苏联政府宣布了月球3号探测活动的最新结果月球3号从月球背面上空飞过,随后公布了拍摄的月球背面照片。

从月球3号飞船发回的照片看,月球背面多为月陆高地,而月海平原和环形山较少。在北半球发现的月海,被苏联命名为莫斯科海,这是一个直径大约为300千米的圆形月海;而在北半球发现的一些环形山被取名为乔尔德环形山、布鲁诺环形山、罗蒙诺索夫环形山和纳里奥居里环形山等,南半球的环

形山,就取名为焦耳环形山、维尔努环形山和齐奥尔科夫斯基环形山等。

1965年7月,苏联发射的月球8号探测器拍摄了月球背面更详细的照片,又对许多环形山给予了新的名称,其中包括以美国天文学家洛韦耳和日本天文学家平山清次的名子命名的环形山。

美国从1966年8月开始,先后发射了5颗月球轨道器。这种月球探测器是环绕月球飞行的人造月球卫星。它长期绕月球运行,不断地发回月球正面和背面的传真照片,美国据此于1967年8月编制和出版了详细的月球背面地图。在这期间,又增加了许多新的地名。

1959年10月,苏联的月球3号获得的第一张月球背面的照片,使我们对月球背面的情况有了一个初步的了解。其后的月球探测活动,使人类对月球背面的情况进行了大量的研究,揭开了这个亘古之谜。

国家国防科技工业局16日发布的报告显示,我国对“嫦娥一号”卫星探测数据的处理、分析与研究,目前已取得阶段性成果,填补了我国在月球探测领域的空白,其中,根据“嫦娥一号”数据制作的“全月球影像图”为国际先进水平。

据中科院院士、我国绕月探测工程月球应用科学首席科学家欧阳自远介绍,“嫦娥一号”搭载的8台有效载荷共获得原始数据约1.37TB;截至2010年2月,获得经过各种校正后生成的数据产品约2.76TB。通过对“嫦娥一号”探测数据的分析研究,主要取得了五方面的科研成果。

第一,获得了具有国际先进水平的全月球影像图。“嫦娥一号”CCD立体相机第一次实现了月球表面的100%覆盖,制作的“全月球影像图”在几何配准精度、数据的完整性与一致性、图像色调等方面均在国际上处于先进水平。

第二,获得了精度和分辨率最高的全月球数字高程模型(DEM)和三维月球地形图。

第三,获得了重要元素的全月球和局部区域的含量分布数据。不过,由于信号积累时间的限制,只有铀、钍、钾等3类元素能够解译出全月球分布和含量,镁、铝、硅、铁、钛等元素只能解译出区域含量与分布数据。

第四,获得了月表微波辐射亮温数据的全月球分布数据,得到全球亮温图,这对月壤特性、月壤厚度以及月壤稀有气体的研究有重要的科学价值。

第五,获得了独特的近月空间高能粒子和太阳风离子数据。

欧阳自远说,根据“嫦娥一号”的科研成果,催生了一批标准和规范,初步建立起了我国月球探测和科学数据处理的标准体系。欧阳自远表示,中国将会毫无保留地向全世界发布这些数据,使它成为全球的共享资源。

科学家指出,嫦娥一号卫星预计在11月底首次“绘”出月球某个区域的图像。

地面应用系统副总设计师吕昌介绍,嫦娥一号卫星描绘月球图像的工作流程大致如下:当月球探测器进入正常的运行阶段后,地面应用系统根据月球探测器轨道和它的运行状态,制定出探测器的立体相机开关机时间,调动立体相机进行拍摄工作。立体相机工作后,把拍摄的图像数据通过发射天线送回地球,在地面上由位于北京密云和云南昆明的地面接收站负责接收。接收站接收相关数据后,将通过光纤传到国家天文台,进入数据处理阶段,科研人员进行数据的进一步研究和处理,最终生产出社会公众期待的月球图像。我国的探月工程举世瞩目,很多人想知道“嫦娥一号”的月球照片是如何拍摄的,月球地图又是如何绘制的。2007年10月24日18时05分04秒,“嫦娥一号”准时在西昌发射。升空以后一切都很正常,“嫦娥一号”共走了13天14个小时19分,行程206万公里,才到达月球。为什么要走这么久呢?因为我们头一次探测月球,为了保险就要小心谨慎多转几圈,随时调整卫星的姿态,直到姿态非常准确了,才可以让它奔向月球。

在“嫦娥一号”飞向月球的过程中原本设计要进行三次修正,但因为它走得太好了,所以就只做了一次修正。在“嫦娥一号”飞向月球的过程中,最危险的阶段就是进入月球轨道那一时刻,如果控制不好,“嫦娥一号”有可能飞走或撞上月球。

进入月球轨道后,首先打开的是照相机,照相机拍的每一张照片都是从三个角度拍摄的立体图。当控制人员命令卫星打开照相机的时候,大概经过3秒钟照片才传到数据中心。为什么需要3秒钟呢?因为地球到月球的距离是38万公里,光速是30万公里/秒,从地球给“嫦娥一号”发射信号需要1秒多,“嫦娥一号”把照片信号发回地球又需要1秒多,所以加起来大约需要3秒钟时间。尽管只有3秒钟,但大家都等得十分心急,因为这是我们中国人,第一次亲自拍到的月球照片。“嫦娥一号”绕月一周拍摄的照片宽度是60公里,长度是10900公里。刚开始“嫦娥一号”并没有拍摄月球的南极、北极,因为那里光线太暗,于是我们就多次实验,经过276圈,终于把月球的南北极拍了下来。

但由于“嫦娥一号”绕月球转时,太阳并不总在一个位置,所以光照角不一样,拍出的照片,就有明有暗。这就需要技术人员统一对照片进行校正,今天我们看到的月球照片就是技术人员把“嫦娥一号”三天三夜,绕月598圈拍摄的照片拼接校正以后的图像。

我们在“嫦娥一号”上还安装了一台名叫激光高度计的仪器,它能在月球上每一秒钟打一个测高度的点,把所有点高度的数据综合起来,就可以模拟绘制出月球的立体图。“嫦娥一号”绕月一年飞下来,我们得到了几百万、上千万个数据。后来我们在916万个点的数据基础上,制作了一幅精确的月球高程模型图,并在这个图的基础上绘制了月球等高线图和真实影像图。

之后,我们又在这些月球模拟图的基础上,把整个月球分成188个区块,然后就像分省地图一样,把月球每一个区块都绘制成图,构成一个全世界最好、最全的月球地图集。


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