趙之珩　陳若穎

【詩(shī)詞說(shuō)】

這首詞是中秋望月懷人之作，表達(dá)了蘇軾對(duì)胞弟蘇轍的無(wú)限思念。蘇軾曾經(jīng)要求調(diào)任到離蘇轍較近的地方為官，但被調(diào)到密州任職后，這一愿望仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)。公元1076年的中秋，詞人面對(duì)一輪明月，心潮起伏，于是乘酒興正酣，揮筆寫(xiě)下了這首名篇。

地球與月亮

【天文說(shuō)】

明月幾時(shí)有？

月亮是我們對(duì)月球的俗稱，它是地球的衛(wèi)星，體積約為地球的1/49，質(zhì)量約是地球的1/81，與地球的平均距離約為384400千米。作為地球的衛(wèi)星，月球終日陪伴著地球，與地球以相同的速度“共舞”著。然而，地球的這位小伙伴是從哪里來(lái)的呢？自古以來(lái)，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，各國(guó)天文學(xué)家提出了幾十種不同的學(xué)說(shuō)，時(shí)至今日仍沒(méi)有定論。今天我就向大家介紹其中的四種學(xué)說(shuō)，看看人們對(duì)月球成因的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了哪些變化。

分裂說(shuō)

大家都知道英國(guó)有一位生物學(xué)家名叫達(dá)爾文，他的兒子喬治·達(dá)爾文則是一位天文學(xué)家。喬治·達(dá)爾文在1679年提出了“分裂說(shuō)”，他認(rèn)為46億年前，地球剛剛誕生的時(shí)候，表面溫度很高，還沒(méi)有完全凝結(jié)成堅(jiān)硬的巖石。那時(shí)地球自轉(zhuǎn)速度很快，產(chǎn)生了巨大的離心力，把一部分表面物質(zhì)“甩”了出去。而甩出去的物質(zhì)就形成了月球。后來(lái)還有人認(rèn)為，當(dāng)時(shí)地球甩出物質(zhì)的地方，就是今天的太平洋?？墒亲罱目疾熳C明：太平洋底部的巖石是在不到1億年前形成的，而月球是在46億年前形成的，這顯然相差太遠(yuǎn)了！

喬治·達(dá)爾文

同源說(shuō)

“同源說(shuō)”是由18世紀(jì)法國(guó)天文學(xué)家布豐提出的。他認(rèn)為地球和月球是一對(duì)“雙胞胎”，有共同的起源。46億年以前，在離太陽(yáng)不太遠(yuǎn)的地方有一片星云。星云中心存在的巨大引力不斷吸引著周圍的物質(zhì)，漸漸形成了一大一小兩個(gè)“球體”。在引力的控制下，這兩個(gè)球體的密度越來(lái)越大，大的形成了地球，小的形成了月球?？墒墙?jīng)科學(xué)家考證發(fā)現(xiàn)，地球上有碳、氫、氧、氮、硫、磷、鉀等100多種元素，按說(shuō)，月球上也應(yīng)當(dāng)有同樣的元素，可是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球上有6種元素是地球上所沒(méi)有的。這就是說(shuō)，地球跟月球的“血型”并不相同，兩者并不是“雙胞胎”。

俘獲說(shuō)

“俘獲說(shuō)”是由瑞典天文學(xué)家阿爾文于20世紀(jì)提出的。他認(rèn)為46億年前剛剛形成的地球是孤獨(dú)的，并沒(méi)有衛(wèi)星。忽然有一天，從遠(yuǎn)方飛來(lái)一個(gè)星球，漸漸接近地球，最終進(jìn)入地球的引力場(chǎng)，被地球俘虜，從此成為地球的衛(wèi)星。這樣就解釋了兩者成分不同的原因。但是對(duì)于這種說(shuō)法有人表示質(zhì)疑：如果月球是從遠(yuǎn)方而來(lái)，被地球俘獲，那么它圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道應(yīng)當(dāng)是扁長(zhǎng)的，可是現(xiàn)在這個(gè)軌道是接近圓形的。

碰撞說(shuō)

1986年3月，美國(guó)的天文學(xué)家們舉行了一次研討會(huì)，他們?cè)谇叭齻€(gè)假說(shuō)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出：46億年前，在太陽(yáng)系中有一個(gè)孤立的星球，它在運(yùn)行中遇到了地球，發(fā)生了猛烈的碰撞，引起爆炸。巨大的地球雖然受了一點(diǎn)兒傷，但仍然保持完整，而那個(gè)從遠(yuǎn)方而來(lái)的星球被撞碎了，形成了碎裂的石塊、塵土、氣體和水分。這些物質(zhì)大部分飛向了宇宙空間，剩下的一部分在引力的作用下漸漸聚合成一個(gè)圓球，就是我們所見(jiàn)的月球。

現(xiàn)在，大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為“碰撞說(shuō)”是目前最接近事實(shí)的假說(shuō)。但這也只是假說(shuō)而已，目前對(duì)于月球的成因問(wèn)題，還沒(méi)有人能給出最終的答案。

江畔何人初見(jiàn)月？江月何年初照人？

人生代代無(wú)窮已，江月年年只相似。

——節(jié)選自[ 唐] 張若虛《春江花月夜》

【詩(shī)詞說(shuō)】

《全唐詩(shī)》中存詩(shī)僅有兩首的張若虛，在唐代燦如繁星的詩(shī)人群里實(shí)在毫不起眼兒，但他憑借被聞一多先生譽(yù)為“詩(shī)中的詩(shī)，頂峰上的頂峰”的《春江花月夜》，“孤詩(shī)橫絕全唐”。詩(shī)人用“江畔何人初見(jiàn)月？江月何年初照人？人生代代無(wú)窮已，江月年年只相似”的詩(shī)句表達(dá)了個(gè)人的生命雖然短暫即逝，但人類的存在卻是綿延長(zhǎng)久的，因此“代代無(wú)窮已”的人生就和“年年只相似”的明月得以共存。這是詩(shī)人從大自然的美景中感受到的一種欣慰之情。詩(shī)人雖有對(duì)人生短暫的感傷，但并不是頹廢與絕望，這感傷恰是緣于對(duì)人生的追求與熱愛(ài)。

【天文說(shuō)】

月亮為什么么“年年只相似”？

月亮能夠“年年只相似”不只因?yàn)閹资畠|年來(lái)都是同一個(gè)月亮與地球“共舞”，還因?yàn)殚L(zhǎng)久以來(lái)月亮總是以一面示人，所以人們看到的月亮總是同一副模樣。月亮是一個(gè)球體，它也在自轉(zhuǎn)，為什么地球上的人只能看到它的一面呢？說(shuō)到這個(gè)問(wèn)題就要講講“潮汐鎖定”了。

牛頓提出的萬(wàn)有引力定律告訴我們，萬(wàn)物之間存在一種相互作用的“引力”，比如月球就在地球的引力作用下繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)。不僅如此，引力還會(huì)隨著物與物之間的距離、二者大小的變化而變化，兩個(gè)物體之間的距離越近、質(zhì)量越大，它們之間的引力就越大。但是，我們平時(shí)說(shuō)到引力的時(shí)候，一般都是把物體當(dāng)成一個(gè)整體，并沒(méi)有考慮到物體內(nèi)部和外部受到的引力差異。比如月球它并不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)巨大的球體，它的各個(gè)部分因?yàn)榫嚯x地球遠(yuǎn)近不同，受到地球的引力也不一樣。我們可以想象一鍋放在火上加熱的水，雖說(shuō)一鍋水都在被加熱，但底部的水因?yàn)楦拷鹪矗瑫?huì)比上面的水更熱一點(diǎn)兒。月球也一樣，它面對(duì)地球的一面因?yàn)楦拷厍?，受到的引力?huì)比背對(duì)地球的一面更大。

潮汐鎖定示意圖

由于正面和背面的引力差，月球整體上受到了一股被“拽”向地球的力量，這股力量也使月球產(chǎn)生了形狀上的變化，變得更像一個(gè)橢球而不是圓球。但因?yàn)樵虑蚴枪腆w，它的形狀變化比較滯后，所以在月球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)過(guò)程中，最長(zhǎng)的那一端并不會(huì)總是垂直面對(duì)地球。又因?yàn)樽铋L(zhǎng)的那一端受到的引力會(huì)比垂直面對(duì)地球的那一端受到的引力更大，這種類似鐘擺的狀況會(huì)讓月球受到一個(gè)阻礙它自轉(zhuǎn)的力量。久而久之，原本自轉(zhuǎn)速度比公轉(zhuǎn)速度快的月球，在這股力量的阻礙下，自轉(zhuǎn)速度逐漸減慢，最終使月球以一面朝向地球，就不會(huì)再產(chǎn)生形狀變化和阻力，這時(shí)月球的自轉(zhuǎn)速度與公轉(zhuǎn)速度剛好相等。同理，如果有天體是自轉(zhuǎn)速度比公轉(zhuǎn)速度慢的，公轉(zhuǎn)速度也會(huì)逐漸減慢，直至與自轉(zhuǎn)速度相等。我們把這種兩個(gè)天體之間因?yàn)橐Σ?，使得其中一個(gè)天體的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度相等，并總是以一面對(duì)著另一個(gè)天體的情況就叫作“潮汐鎖定”。

那么，什么樣的情況下能夠發(fā)生潮汐鎖定呢？其實(shí)，只要兩個(gè)天體長(zhǎng)期相互繞轉(zhuǎn)，如恒星與它的行星，或行星與它的衛(wèi)星之間，就能發(fā)生潮汐鎖定。但是潮汐鎖定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，相互之間距離較近的天體因?yàn)橐Σ罡?，更容易完成“鎖定”。比如太陽(yáng)和地球就因?yàn)樘^(guò)遙遠(yuǎn)，還需要幾百億年太陽(yáng)才能“鎖定”地球。所以我們說(shuō)的潮汐鎖定一般都是指已經(jīng)完成這個(gè)“鎖定”過(guò)程的天體。在太陽(yáng)系里，潮汐鎖定是很普遍的現(xiàn)象，比如火星與火衛(wèi)一、火衛(wèi)二，木星與木衛(wèi)一、木衛(wèi)二、木衛(wèi)三、木衛(wèi)四等，土星與土衛(wèi)一、土衛(wèi)二、土衛(wèi)三等一些衛(wèi)星之間都存在潮汐鎖定的現(xiàn)象。

我們?cè)谇懊嬲f(shuō)的都是較大天體對(duì)較小天體的“鎖定”，那么有沒(méi)有可能月球反過(guò)來(lái)也“鎖定”地球呢？答案是肯定的，只是還未完成。我們知道，因?yàn)樵虑蚬D(zhuǎn)，它對(duì)地球的引力會(huì)讓地球表面的海水也發(fā)生形狀變化，形成地球上的漲潮和退潮。海水的潮汐變化也會(huì)因?yàn)槟Σ炼a(chǎn)生熱量，對(duì)地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，只不過(guò)這種影響太過(guò)微小，月球還需要很久才能完成對(duì)地球的“鎖定”。兩個(gè)質(zhì)量差別沒(méi)那么大的天體則更容易相互潮汐鎖定，比如冥王星和有它一半大的冥衛(wèi)一“卡戎”，就已經(jīng)完成了相互的潮汐鎖定。

因?yàn)槌毕i定，月球有一面總是面對(duì)著地球，這樣就產(chǎn)生了總是面對(duì)著地球的月球正面，和總是背對(duì)著地球的月球背面。但也因?yàn)樵虑虮怀毕i定，它的質(zhì)量更多聚集在靠近地球的一面，所以月球正面內(nèi)部的月幔更容易因?yàn)樽矒舳鞒?，流出的玄武巖巖漿會(huì)漫延到月面上。因?yàn)檫@些巖漿的反射率更低，所以肉眼看上去更暗，這就形成了月球正面的一塊塊暗斑。古時(shí)候人們以為那些暗斑如同地球上的海洋一般，所以給這些黑暗區(qū)域取名為“月?！?。但實(shí)際上，那里并沒(méi)有水，只是一片片充滿月海玄武巖的廣闊平原。月球上共有22個(gè)月海，絕大部分都分布在月球正面，其中最大的一塊月海因?yàn)樘^(guò)龐大，而被取名為“風(fēng)暴洋”。

除了風(fēng)暴洋，月球正面還有幾個(gè)清晰可見(jiàn)的月海：雨海、澄海、靜海、危海、豐富海、酒海。古人對(duì)著月面上的這些暗斑，生出了無(wú)數(shù)聯(lián)想。把它們想象成了“仙人”“桂樹(shù)”“白兔”“蟾蜍”“后羿”等。

既然月球一直以同一面朝向地球，那從理論上來(lái)說(shuō)，如果不飛出地球，我們是不是就只能看到月球的正面（50%的月球表面）呢？答案是否定的。事實(shí)上，我們站在地球上可以看到大約59%的月球表面。

為什么我們能看到比一半還要多一點(diǎn)兒的月球表面呢？這就要說(shuō)到一種現(xiàn)象——月球天平動(dòng)。所謂月球天平動(dòng)，是指就像天平左右兩端以中間的杠桿為中心擺動(dòng)一樣，月球也因?yàn)槟承┰?，使地球上的人感覺(jué)月球在以月心為中心，上下或左右擺動(dòng)。而我們多看到的一小部分月球表面就緣于這種“擺動(dòng)”。

月球天平動(dòng)按照成因不同，可以分成經(jīng)度天平動(dòng)、緯度天平動(dòng)、周日天平動(dòng)和物理天平動(dòng)。由于周日天平動(dòng)和物理天平動(dòng)影響微小，我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)影響較大的經(jīng)度天平動(dòng)和緯度天平動(dòng)。我們說(shuō)月球自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度相同，其實(shí)只是平均速度相同。因?yàn)樵虑蚶@地球旋轉(zhuǎn)的軌道是橢圓形的，天體在橢圓形軌道上運(yùn)行到不同位置時(shí)，速度會(huì)有微小的差別。因此，月球的自轉(zhuǎn)速度有時(shí)會(huì)比公轉(zhuǎn)速度快，有時(shí)會(huì)比公轉(zhuǎn)速度慢。這點(diǎn)兒差別就像天平擺動(dòng)一樣，讓我們能在東西兩個(gè)方向上分別多看到一點(diǎn)兒月表。這種擺動(dòng)就叫作“經(jīng)度天平動(dòng)”。而緯度天平動(dòng)顧名思義，就是在南北緯度方向上的擺動(dòng)。就像地球的自轉(zhuǎn)軸并不垂直于地球公轉(zhuǎn)軌道一樣，月球的自轉(zhuǎn)軸也和它的公轉(zhuǎn)軌道存在一個(gè)傾角。這個(gè)傾角就使得月球在圍繞地球公轉(zhuǎn)時(shí)，有時(shí)是北極更靠近地球，有時(shí)則是南極。所以，我們站在地球上又能在南北兩個(gè)方向上分別多看到一點(diǎn)兒月表。正是因?yàn)樵虑虻奶炱絼?dòng)現(xiàn)象，我們站在地球上也能窺見(jiàn)月球背面的一點(diǎn)點(diǎn)風(fēng)光。

了解了這些知識(shí)，下次再看到這些詩(shī)詞時(shí)，你是不是就能給大家講講背后的天文知識(shí)了？這可是語(yǔ)文老師都未必知曉的呢！