月球俗稱月亮,也稱太陰,是地球的唯一的天然衛(wèi)星,也是離地球最近的天體.
月球距離地球平均為384,401公里.這段距離約為地球赤道周長的10倍.月球軌道呈橢圓形,近地點(diǎn)平均距離為363300公里,遠(yuǎn)地點(diǎn)平均距離為405500公里.月球直徑為3476公里,約為地球直徑的3/11.月球表面面積大約是地球表面面積的1/14,比亞洲面積稍小.月球的體積只相當(dāng)于地球體積的¼9.月球質(zhì)量約等于地球質(zhì)量的1／81.3.月球物質(zhì)的平均密度為每立方厘米3.34克,只相當(dāng)于地球密度的3/5.月面上自由落體的重力加速度地球上表面重力加速度的1/6.月球上的逃逸速度約為每秒2.4公里,為地球上的逃逸速度的1/5左右.
月球在環(huán)繞地球作橢圓運(yùn)動的同時,也伴隨地球圍繞太陽公轉(zhuǎn),每年一周.月球不但處于地球引力作用下,同時也受到來自太陽引力的影響,所以具有十分復(fù)雜的軌道運(yùn)動.月球本身不發(fā)光也不透明,但能反射太陽光.由于日、地、月三者的相對位置不斷變化,因此,地球上的觀測者所見到的月球被照這部分也在不斷變化,從而產(chǎn)生不同的視形狀.這叫月相.月相的變化是有規(guī)律的.月相變化的周期性,給人們提供了一種計(jì)量時間的尺度.陰歷或農(nóng)歷月就是以月相為基礎(chǔ),星期也是由此演化而來.
自古以來人們就知道,月球總以相同的一面向著地球.這是由于月球自轉(zhuǎn)周期恰好和月球繞地球轉(zhuǎn)動的周期相等造成的,而這兩個周期相同則是潮汐長期作用的結(jié)果.
月球赤道面同它的軌道面有6度41分的傾角.因?yàn)檫@一傾角的存在和月球繞轉(zhuǎn)速度的不均勻等原因,在月球運(yùn)動過程中,地面上某一點(diǎn)的觀測者多少還能看出月面邊沿有前后的擺動.從地面觀測,不止看到月球的半面,而且能看到月球的59％,其余41％則不能直接看到.
月球形狀也是南北極稍扁、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(qū)也不對稱,北極區(qū)隆起,南極區(qū)洼陷約400米.月球重心和幾何中心并不重合,重心偏向地球2公里.這一結(jié)論已為"阿波羅號"登月獲得的資料所證實(shí).
月面上山嶺起伏,峰巒密布.此外,還有洋、海、灣、湖等各種特征名稱.其實(shí),月面上并沒有水.只是早年觀測者憑借想象,借用地球上的名稱而已,最多不過有某些形態(tài)上的相似罷了.
月面上的最明顯的特征是環(huán)形山,通常指碗狀凹坑結(jié)構(gòu).其中大的直徑可超過100公里,小的不過是些凹坑.直徑大于1公里的環(huán)形山總數(shù)3萬多個,占月球表面積的 7～10％.環(huán)形山大多以著名天文學(xué)家或其他學(xué)者的名字命名,月球背面有4座環(huán)形山,分別以中國古代天文學(xué)家石申、張衡、祖沖之、郭守敬命名.月面最大的幾個環(huán)形山是：南極附近的貝利環(huán)形山,直徑295公里；克拉維環(huán)形山,直徑233公里；牛頓環(huán)形山,直徑230公里.許多環(huán)形山的中心區(qū)有中央峰或中央峰群,高達(dá)2.5公里.
肉眼所看到的月面上的暗淡黑斑叫“月?！?它們是廣闊的平原.在月球正面,月海面積約占整個半球表面的一半.已知月海共22個（包括背面）,其中最大的叫風(fēng)暴洋,面積約500萬平方公里.雨海面積約90萬平方公里.月面中央的靜海面積約26萬平方公里.此外,較大的還有澄海、豐富海、危海、云海等.月海大多具有圓形封閉的特點(diǎn),四周是山脈.有些月海伸向陸地稱為灣,小的月海則稱為湖.
月陸是月面上高出月海的地區(qū),一般高出2～3公里.月陸主要由淺色的斜長巖組成,其反照率較高.月球正面的月陸與月海面積大致相等,而背面則月陸面積大些.月陸形成的年代經(jīng)同位素年齡測定為46億年,比月海要早.月球上也存在一些山脈,大多以地球上的山名命名,如亞平寧山脈、高加索山脈、阿爾卑斯山脈等.最長的山脈長達(dá)1000公里,往往高出月海3～4公里.最高的山峰在月球南極附近,高達(dá)9000米,比地球上最高的珠穆朗瑪峰還高.除山脈外,還有長達(dá)數(shù)百公里的峭壁,最長的是阿爾泰峭壁.
月面上有一些輻射紋, 典型的有第谷環(huán)形山和哥白尼環(huán)形山周圍的輻射紋.第谷環(huán)形山有輻射紋12條,從環(huán)形山周圍呈放射狀向外延伸,最長的達(dá)1800公里,滿月時看得最清楚.其成因尚無定論:有人說是火山爆發(fā)形成的；也有人認(rèn)為是隕石轟擊月面造成的.
長期天文觀測與登月的直接考察證實(shí),月球周圍沒有明顯的磁場.月球磁場強(qiáng)度不及地球磁場的1/1000.月球上更沒有像地球和木星那樣的輻射帶.月球上不存在任何形態(tài)的水,完全沒有大氣,幾乎接近真空狀態(tài).通過月球火箭探測查明：月球正面有稱為"重力瘤"或"質(zhì)量瘤"的重力異常區(qū),達(dá)12處之多；月球表面大部分地區(qū)為一層厚度不等的月塵和巖屑所覆蓋.
月球沒有像地球大氣那樣的保護(hù)層,月面直接受到流星體的猛烈沖擊,因此在一定程度上會影響到月巖的化學(xué)成分、巖屑大小、玻璃含量以及再結(jié)晶的程度.月球早期廣泛發(fā)生火山爆發(fā),噴出大量熔漿,從而形成月面上廣闊的熔巖平原.
月球本身并不發(fā)光,只反射太陽光.它的亮度隨日、月間角距離和地、月間距離的改變而變化.它的平均亮度為太陽亮度的¼65000,亮度變化幅度從1/630000至1/375000.滿月時亮度平均為 -12.7等.它給大地的照度平均相當(dāng)于100瓦電燈在距離21米處的照度.月面不是一個良好的反光體,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,約為 6％.月面高地和環(huán)形山的反照率為17％,看上去山地比月海明亮.
由于月球上沒有大氣,再加上月面物質(zhì)的熱容量和導(dǎo)熱率又很低,因而月球表面晝夜的溫差很大.白天,在陽光垂直照射的地方溫度高達(dá)127攝氏度；夜晚,溫度可降低到零下183攝氏度.這些數(shù)值,只表示月球表面的溫度.用射電觀測可以測定月面土壤中的溫度,而且所用的射電波的波長愈長,愈能探測到月面土壤中較深處的溫度.這種測量表明,月面土壤中較深處的溫度很少變化,這正是由于月面物質(zhì)導(dǎo)熱率低造成的.
從月震波的傳播了解到月球也有殼、幔、核等分層結(jié)構(gòu).最外層的月殼厚60～65公里.月殼下面到 1000公里深度是月幔,它占了月球大部分體積.月幔下面是月核.月核的溫度約1000攝氏度,很可能是熔融的.
月球背面的結(jié)構(gòu)和正面差異較大.月海所占面積較少,而環(huán)形山則較多.地形凹凸不平,起伏懸殊.最長和最短的月球半徑都位于背面,有的地方比月球平均半徑長4公里,有的地方則短5公里（如范德格拉夫洼地）.背面未發(fā)現(xiàn)"質(zhì)量瘤".背面的月殼比正面厚,最厚處達(dá)150公里,而正面月殼厚度只有60公里左右.
關(guān)于月球的成因,眾說紛紜,主要有三種假說,即俘獲說、分裂說和同源說.
俘獲說： 月球可能是在地球軌道附近運(yùn)行的一個小行星,后來被地球所俘獲而成為地球的衛(wèi)星.因?yàn)樵虑蚝偷厍虻钠骄芏认嗖詈艽?而化學(xué)組成又十分不同,所以,它們可能是由太陽原始星云中不同部位的不同物質(zhì)形成的.另一方面,月球的平均密度卻與隕石、小行星十分接近.因此,很可能是小行星在圍繞太陽運(yùn)行中,由于接近地球,地球的引力使它脫離原來的軌道而被地球所俘獲.有人認(rèn)為,這個事件發(fā)生在35億年前,整個過程經(jīng)歷5億年.在月球被地球俘獲后,月球由于受到地球的起潮力,噴發(fā)出大量巖漿,形成月海玄武巖.
分裂說：在太陽系形成的初期,地球和月球原是一個整體,那時地球還處于熔融狀態(tài),自轉(zhuǎn)非?？?自轉(zhuǎn)周期只有4小時左右.因此,這時太陽對地球的潮汐作用的周期為 2小時.這個周期恰與地球自由擺動周期相等,從而產(chǎn)生共振,于是在赤道面上形成一串細(xì)長的膨脹體,終于分裂而形成月球.太平洋就是月球分裂出去時留下的遺跡.根據(jù)計(jì)算,地月系統(tǒng)現(xiàn)有的角動量總和,即使再加上幾十億年的角動量損耗,也不足使地球和月球分裂.而且月球的位置又不在地球赤道面上.這些事實(shí)是分裂說很難加以解釋的.
同源說：地球和月球是由同一塊行星塵埃云所形成.它們的平均密度和化學(xué)成分不同,是由于原始星云中的金屬粒子在形成行星之前早已凝聚.地球在形成行星時,一開始便以鐵為主要成分,并以鐵作為核心.而月球則是在地球形成后,由殘余在地球周圍的非金屬物質(zhì)聚集而成.月球形成的這三種假說,都能或多或少地解釋月球的成分、密度、結(jié)構(gòu)、軌道及其他基本事實(shí).除分裂說一般認(rèn)為難以成立外,俘獲說和同源說這兩種假說究竟哪一種更加合理,目前尚無定論.
根據(jù)對月球各種熱歷史模型的研究,整個月球曾發(fā)生過多次局部熔融.在月球形成的初期,月球的大部分溫度曾達(dá)到1000攝氏度.距今41億年前,月球發(fā)生過一次規(guī)模較大的巖漿運(yùn)動,在巖漿的分離過程中,形成了斜長巖成分的月殼,殘留部分成為月表的高地.月球表層固結(jié)后又在較深的部位發(fā)生局部熔融,產(chǎn)生蘇長巖成分的熔體.大約距今40億年前,形成了富含放射性元素、難熔元素的非月海玄武巖.斜長巖高地長期裸露在月表,不斷受到隕星物質(zhì)的撞擊,因而被削低了1.5～2公里,在高地上發(fā)育著大量古老的沖擊月坑.后期,高地為一系列的斷裂所切割和破壞.距今41～39億年前,月球比較集中地遭受到各種大型隕星的撞擊,使月表出現(xiàn)許多月海盆地,即大型的環(huán)形構(gòu)造,最典型的是雨海事件.月球上的月海大致都是在相近的時期內(nèi)形成的.月海生成的大致次序是：酒海、澄海、濕海、危海、雨?！?雨海紀(jì)形成的各個月海大約在距今39～31億年間,被后期噴發(fā)的玄武巖所充填和覆蓋.根據(jù)同位素年齡的測定,大致充填的時間次序是雨海西、雨海東、濕海、危海、雨海、靜海、豐富海、澄海和風(fēng)暴洋.此后月表的輪廓基本形成,31億年以來,月球內(nèi)部的演化已處于"停滯"狀態(tài),外力作用在月球的演化史中占有主導(dǎo)地位.隕星沖擊月表,使月坑繼續(xù)形成和增多.愛拉托遜紀(jì)形成的輻射月坑,其輻射紋受月表的各種作用,或者變得不明顯,或者消失；而哥白尼紀(jì)形成的月坑,則具有明顯的輻射紋. (轉(zhuǎn)）