中秋节,又称月夕、秋节、仲秋节、八月节、八月会、追月节、玩月节、拜月节、女儿节或团圆节,是流行于中国众多民族与汉字文化圈诸国的传统文化节日。
去年的中秋有“超级月亮”,今年江浙部分地区恰逢阴雨连绵,一些小伙伴们也许不能赏月,但是别丧气,只要亲人在侧,美好自然长相伴!今年的中秋,科学爸爸为大家讲述《关于月亮,你不可不知的那些事儿》,大小伙伴们,一起来边吃月饼边听科学爸爸话婵娟吧!
关于月亮,你不可不知的那些事儿【所有图片均来自于网络】
① 月亮对地球来说,很大的一个影响就是在地球上造成的潮汐,潮汐有涨潮退潮,而在海岸边上涨潮与退潮中间的地带叫做「潮间带」,也就是因为潮间带的存在,所以最早在海洋里出现的生命,到后来能够一点一滴的往陆上迁移,靠的就是潮间带,这是生物从海洋迈向陆地的过渡区。
② 月亮对地球造成的潮汐,并不是单纯的月亮引力把陆地上的海水吸起来的,月亮对地球之所以能造成潮汐,是月亮对地球近端与远程的「引力差」。
③ 月球表面分布着明暗地区,除了海以外,其他地方称做「月陆」、「月湖」、「月湾」、「月沼」等;一般认为,月海是月球表面以下的玄武岩岩浆涌出,填充了陨石撞击坑,形成了颜色较深但是较平的低地,被过去的人误认为「海」。
④ 已经有整整20艘登陆艇降落在月球表面上,美国早期有5艘无人的「调查者号」(Surveyor),后来阿波罗(Apollo)任务有6艘,都是载人的,前苏联的「月球」(Luna)系列有9艘,都是无人的;再加上嫦娥三号,总共20艘。
⑤ 地球和月球通过「潮汐」长期互相拉扯,已经发展出了「潮汐锁定」(tidal lock),因为地球比较大,所以地球透过潮汐力把月球调整到一个锁定的状态,就是月球的公转和自转的时间是一样的,一直用同一面面对地球。⑥ 当地球刚形成不久,还是一个通红炽热的天体时,有一个跟火星差不多大小的天体撞上了地球,大量物质喷发出去,但是并没有走远,就在地球四周环绕,慢慢结合在一起形成了月球。
⑦ 超级月亮发生的时候,就是满月位在近地点35万公里的地方,和远地点40万公里比起来,近了5万公里;每个月月球会经过一次近地点,一次远地点,都相差5万公里,超级月亮只是说在近地点的时候,比平常近地点要再进来几百公里而已,对地球不会有影响。⑧ 因为地球有自转,所以潮汐的海水隆起会超前于地月联机,也就是这多出来的海水,对月球有额外的吸引力,让月球向前加速,每转一圈就会进入更高的轨道,也就离地球越来越远。
那么,问题来了—— Q&A【Q】:月球看不见的另外一面长什么样子?
【A】:如下图所示,左边有兔子的就是正面月,右边比较平淡无奇的就是背面月。大家可以看得出来,正面深色的区域,也就是海,比较多,而背面几乎没有什么深色区域,这一点科学家有各种不同的解释,但是目前为止还没有一种说法是令人信服的。在过去人们还没有发展出空间科技的时候,我们只看得到正面月,而背面月是什么时候才为人所知的呢?也就是宇宙飞船绕到了月球背面,拍了照以后传回来,我们才终于知道月球的背面长什么样子。
【Q】:地球绕太阳轨道是椭圆形的,因为月亮的存在,也受到月亮引力的拉扯,地球的运行轨道也不是一个平滑的椭圆,放大之后看还会有类似正弦波的样子。如果月球离我们而去以后,对于地球运行的轨道和自转周期会有什么影响?
【A】:月球绕地球的椭圆造成了近地点跟远地点距离差了12%,而地球绕太阳的近日点与远日点只差了3%,还好如此,若是日地距要差到了3%以上,太阳的热量改变的太明显的时候,地球上的生物是受不了的。但是说到轨道的形状,这就是比较艰深的理论力学的问题了,会上下运动像是正弦波的这种现象叫做「章动(Nutation)」,比较明显会发生在地球自转轴漂移的「岁差」(又称为「进动」(Precession)上,不是发生在地球运行的轨道上。我们说过地球的岁差造成了今天我们的出生星座跟三千年前已经不符合,就是因为地球的自转轴会缓慢漂移,但是在进动的过程中,自转轴扫出来的圆不是一个平滑的圆,而是一个上下摆动的曲线,这个上下摆动就叫做「章动」,这是地球跟月亮彼此细微的拉扯造成的结果。另外一点,因为月球也会对地球造成影响,因此当地球把月亮逐渐推远的时候,月亮也会造成地球越转越慢,因为牛顿第三力学定律告诉我们,作用力等于反作用力,地球隆起的海水会拉着月亮往前加速,当然月亮也会把这块海水往后拉,相反的运动方向造成海床摩擦,就会让地球越转越慢。10亿年以前当月球离地球1万8千公里的时候,地球转一圈只要五个半小时,就是因为月亮在被推远的同时,让地球变慢,让地球转动的速度从当时的五个半小时到现在的24小时。
【Q】:月球核心的温度是多少度?是不是跟地球一样? 【A】:不是的,地球核心的温度大约为10,000度摄氏度,月球核心约为1,800摄氏度,大约在铁的熔点。月球本身是蛮小的一个天体,所以冷却的比较快,我们看不到月球表面还有任何活跃的火山与岩浆的喷发,所以知道月球内部的温度比地球要低的多。而地球核心的温度很高,因为地球核心有很多同位素,当初被包裹在地球内部的时候会发出能量,把地球的核心给融化了,所以地球核心有一个融熔的铁镍核在自转,因为液态的金属流动的时候会产生电流,电流产生磁场,这个磁场在地球周遭保护了我们不受带电粒子的侵扰,让生物有一个安全的长期生存环境。
【Q】:在宇宙中这么多的陨石撞击地球,这样我们登陆月球的科学家会存在危险吗?
【A】:正面月上大于一公里直径的陨石坑超过了30万个,都是过去40几亿年以来所造成的,但是30万个虽然多,除上了40亿年以后,其实就会发现很长的时间才会来一个,从过去到现在这么多的登月任务,都没有受到陨石的干扰,并不需要担心。
【Q】:在月球上怎样定北和位置?
【A】:跟地球是一样的,因为月球也会自转,就可以定出月北极跟月南极以及月球的赤道,现在科学家已经把月面的地图画的一清二楚了。
【Q】:登月为什么停止了?而且这么多年都没有再上去?人类一直在探索月球,如果想在月球上生活,还需要创造哪些生存条件?
【A】:60年代的时候,美国跟前苏联进行的是国力的冷战,在空间科学的进展上面,彼此是在宣扬国威同时进行冷战竞争的,到后来美国人走前一步把人放到月球表面上去了。我还记得1969年美国阿波罗11号阿姆斯特朗登陆月球的那一天,全球做电视实况转播,当时我才12岁,美国人兴奋的不得了,接下来12号登月了,大家也兴奋的不得了,但是阿波罗13号发生了一些问题,后来拍成好莱坞的电影,虽然出状况,但是人员安全回到地球上,是一个充满奋斗和努力的故事;14号以后再登月,大家已经失去兴趣了,所以到17号之后NASA就把这个计划停掉了,而后来发现到月球上去还是有必要的,于是又在说Return to the moon,再一次回到月球。而现在中国也在往月球上发展,有个目标在前面,整个国力与科技都会随着提升,所以我觉得中国有这样的理想与向往是值得鼓励的,这也是年轻一代未来可以参与的重大计划。而为什么这么多年都没有再上去月球了?是因为每一次送人上去都要花很多经费,人上得去也要回得来,生命的保护需要付出相当昂贵的代价。现在冷战结束以后,各国开始更多合作,一起拿钱出来创建一个长时间能够驻守的空间基地,这一直是科学家与工程师的理想。但是要创造什么样的环境?当然需要有一个完整封闭的生态圈,但是大家如果听过Biospherer 1与Biosphere 2,也就是在美国进行的生态圈一号和二号的实验,把一堆人关在一个与世隔绝的环境,自己种菜自己养东西自己生活,不能与外界有任何联系,这一方面为了月球,一方面也为了火星移民而准备的,但这两个计划最后都以失败告终,也就是说人类目前还没有办法创造一个完美的自己能够生存的生态圈。这对我们也是一个当头棒喝,人类在大自然这种巧妙的平衡中,在地球上如此愉快舒服的生活,我们目前这方面是创造不来的。这两个例子也告诉我们,地球上这种巧妙的生态平衡,是地球发展了40几亿年以后才能达到的,我们就更需要珍惜环境,热爱自然,不要因为人类的愚蠢无知,贪图舒适的工业发展,把这个环境给破坏了。一旦这个平衡被破坏了,短时间之内不可能复原,到时候人类后悔都来不及了。当我们看到大家要奔向月球与火星,但更需要在往外走的同时,回头思考自己安身立命的地球,问问我们自己,是否可以把自己的家园照顾好。