月球旅行指南

BBC夜空探索

月球旅行指南

[英]BBC《仰望夜空》杂志　编

毛永娜　译

人民邮电出版社

北京

图书在版编目（CIP）数据

月球旅行指南/英国BBC《仰望夜空》杂志编；毛永娜　译.--北京：人民邮电出版社，2019.12

（BBC夜空探索）

ISBN　978-7-115-51842-2

Ⅰ.①月…Ⅱ.①英…②毛… Ⅲ.①月球探索—普及读物 Ⅳ.①V1-49

中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第178706号

定价：55.00元

读者服务热线：(010)81055410　印装质量热线：(010)81055316

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广告经营许可证：京东工商广登字20170147号

内容提要

《仰望夜空》（Sky at Night）杂志是一本由英国广播公司（BBC）出版的关于天文学和天文观测的杂志，这本杂志是在BBC已有50多年历史的《仰望夜空》专栏电视节目的基础上诞生的。《仰望夜空》栏目曾由知名天文学家帕特里克·摩尔先生主持，现已成为BBC的经典节目之一。从宇航登月到日食观测，从夜观天象到人物访谈，从天文摄影到太空探索，这本杂志的内容包罗万象、应有尽有。

本书是BBC基于《仰望夜空》杂志出版的一系列图书之一，主要介绍了观测我们的卫星——月球的方法及技巧。本书从认识月球所需的基础知识讲起，作者将月球分为了4个象限，详细讲解了在各象限中值得重点观测的目标及观测方法，最后还给出了月球摄影指南及对未来月球基地的畅想等内容。

本书适合广大天文爱好者阅读、收藏。

序言

我无法记起我第一次看向月球的时刻，也想不起我何时意识到月球是个大石块而非奶酪球。很久很久以前，作为绕太阳旋转的地球的一个固定伴侣，它就一直在那里，就像天空是蓝色的一样显而易见。

我怀疑我不是孤独的，或者说不是唯一一个认为“它是一个奇妙世界”的人。它不只是一个“银盘”，还是一个充斥着无数的环形山、巍峨高峰和狭长山谷等复杂地貌的地方；一个从未远离过地球，但是每天看起来都不同的地方。在天文学中，我们习惯把我们的邻居当作麻烦，因为它明亮的眩光阻碍了我们使用望远镜来观测更远的地方。而在本书中，我们将会告诉你为什么月球在几个世纪里都吸引着人类。

帕特里克·摩尔爵士的文章能够帮助你了解我们这个最近的邻居。在本书中，你可以找到很多他的专栏文章，还有一些来自于皮特·劳伦斯的专栏文章。我们根据象限来安排内容，并按照纬度降序的方式编排以便于检索。同时我们还给出了一个月球观测的基础指南，告诉你如何深入地探索它那些隐藏的峡谷和不起眼的地区，甚至还将带你进入月球摄影的世界。

“在天文学中，我们习惯把我们的邻居当作麻烦，因为它明亮的眩光阻碍了我们使用望远镜来观测更远的地方。”

月球的特别之处在于任何人都能看见它，不论你生活在乡下还是在市中心，不论你利用望远镜还是仅仅使用肉眼，你仅需仰望夜空。

凯夫·洛春

BBC《仰望夜空》杂志编辑

帕特里克观点：曾是月球人，永是月球人

透过望远镜看了一眼月球，这引发了一个男孩对我们星球唯一的自然卫星终生的热爱。

在我7岁那年，我第一次透过望远镜看月球。我们家的一位朋友梅杰·AE.莱文在赛尔西拥有一个天文台（很久以前我住在那里），我在那里使用了他的152.4毫米（6英寸）折射望远镜。那天，月球是我们的第一个目标，我透过目镜看到了山脉、环形山和峡谷，显然当时的我并不理解它们真正是什么，但我入迷了。我记得当时我说：“等我长大了，我要研究月球”，后来我也做到了。

当然，在1930年时，一切都与现在不同，关于月球，我们知道的比现在要少得多。它被认为有足够多的大气能够形成薄云，并且有一定数量的火山活动在持续，我们对它总是背向地球的一面完全一无所知。至于旅行到那里——好吧，直到第二次世界大战结束之后，一位非常资深的天文学家，理查德·范·德·里特伍莱对此做出了明确的说明，即太空旅行的整个想法都是“彻底胡扯”。

虽然对于我，作为一个小男孩，月球似乎是那么遥远难以到达，但我仍然想找到自己的探月之路。因此，当我在1933年得到了属于我自己的76.2毫米（3英寸）折射望远镜时，我架设好了它。这台望远镜花费了7.10英镑，我一直保存着它，它是我最珍贵的财产之一。

我使用我自己的观测方法和记录方法，并且我相信这也适用于其他的新手，因此，它似乎值得被传播。

月球的形态似乎会随着太阳照射角度的变化而改变，这可能会让人感到迷惑。大环壁平原马基努斯是一个很好的例子，当在晨昏圈附近看它时，它非常壮观，环壁上的高峰在它的底部投下长长的阴影，但在明亮的环境下它却难以辨认。曾有人说过“满月不识马基努斯”。我们能够在阳光照射下找到一些拥有非常暗的底部（如柏拉图、比利、格里马尔迪）或者拥有非常明亮的峭壁（如阿里斯塔克、普罗科洛斯）的环形山，但这只是例外而不是规律。

我所做的是采用轮廓图的方法来解决这个难题，即在不同的照射条件下对每个命名对象绘制3幅图。这个工作花费了我超过1年的时间，我现在仍然保留着这些素描。当然，从科学上讲，它们是没有价值的，但是当我完成这个工作时，比起在我的家乡东格林斯特德，我更容易在月球上找到方向。

我从这个工作中学到的一点是：不要试图描绘一块太大的区域，专注于将其缩小。例如，大暗底环形山柏拉图的直径有109千米，当我描绘它的时候，把它调整为大约25.4毫米（1英寸）那么大，先做主要的轮廓，然后用更高的分辨率填充细节。

一个新的月海？

今天，类似于我口径为381毫米（15英寸）反射式望远镜的设备都能够用来拍摄月球的照片，远好于任何专业天文台在几十年前的拍摄结果。CCD图像传感器及类似的设备革新了一切。仅依赖于我们的眼睛，业余天文爱好者也可能获得有趣的发现。

1945年，当我最终脱下英国皇家空军制服时，我的精力回到了观测月球上。我非常幸运地获得了使用真正大型折射望远镜的机会，尤其是巴黎838.2毫米（33英寸）、约翰内斯堡685.8毫米（27英寸）和亚利桑那弗拉格斯塔夫的罗威尔天文台的609.6毫米（24英寸）望远镜，同时我也仍然在自己位于东格林斯特德的天文台使用现代的反射望远镜（我于1967年才在塞尔西定居）。我专注于观测月球边缘的构成，它们是非常狭窄的，同时依赖于天平动进出视场。

在20世纪40年代晚期，我描绘了一个月球表面结构的边缘图，其中大部分是在背向地球的一侧以至于我在极端的天平动时只能看到很小的一部分。它并不在我的月球地图上。我称之为东方的月海——东海，同时我将结果发送给英国天文学会的月球分部，我确信我是第一个看到它的人。但是……我并不是，1906年由德国天文学家朱利叶斯·弗兰兹绘制的月球图清楚地表明了这一点——他也称之为东海（因为它位于东部，很久以后，国际天文学联合会将东西方向颠倒了过来）。当然，我们现在有非常详细的月球背侧地图，并且东海是一个巨大的环状结构，不同于月球上的其他任何东西。与此同时，我还描绘了一个巨大的现在被命名为“爱因斯坦”的环形山，我想我是第一个看到它的，但这并不重要。

持久的魅力

至少我关于天平动区域的地图被使用了。我是一个非常大的团队中一个微不足道的成员，随着人类登陆月球，那时成为一个令人兴奋的时代。阿波罗任务期间我担任电视评论员，当阿波罗8号载人绕月时我正在电视中解说；当尼尔·阿姆斯特朗在静海的贫瘠岩石上“迈出一小步”时，我也正在电视中解说。我无法回忆出当时准确的话语，而且不幸的是电视台丢失了所有的录像带，但是这是一个永远无法遗忘的时刻。

阿波罗任务之后，我将月球观测集中于月球瞬变现象（一个我发明的术语）。这里还有很多的工作要做，并且毫无疑问，月球瞬变现象是真实的，尽管大动荡属于遥远的过去，但月球并不是完全宁静的。而人类下一步将会建立月球基地，月球终将会成为一个生机勃勃的世界。

作为一位86岁的老人，我无法期待看到这些，或者获得更多的观测结果，但我的兴趣和热情仍同以往一样高涨。以往我一直是月球人，而我仍将是月球人，直到我生命结束。

我们一直以来的伴侣

从远古时候起，作为我们天空中一道熟悉的景象，月球贯穿着人类的历史。

月球是我们海洋潮汐力的来源，是影响奇妙的生物钟周期的原因，是人类迄今为止唯一踏足的地球之外的另一个世界，它看起来似乎是一个熟悉而且看得见摸得着的地方。它的直径是地球直径的1/4大小，距离地球约40万千米，是金星到地球距离的1/100。鉴于它的接近程度、亮度和巨大的表观尺寸，就很容易理解为什么几百年来月球一直让人类陶醉。

我们的月球是由什么组成的？

我们的自然卫星有一个小的主要是铁的核，一个独特的地幔，以及由斜长岩和玄武岩组成的不同厚度的地壳。

在广泛的街道照明出现之前，月球是夜间活动的主要光源。月相的绝对规模和规律周期，使得它成为我们祖先显而易见的计时工具，构成了早期历法的基础。

在望远镜发明之前，观测者注意到月球上有一种不变的黑斑图案，后来被称作月海或者“海洋”，因为它们被认为是大量的水。

直到中世纪，月球仍被认为是一个光滑的球体，整齐地插入亚里士多德的“完美天堂”中。直到1609年，伽利略将望远镜对准月球，这种看法才被摒弃。

伽利略不是第一个通过望远镜观测月球的人，这一荣誉属于英国人托马斯·哈利奥特，他的草图早于伽利略几个月，但伽利略是第一个发表观测草图的人。在他的《星际使者》著作中，伽利略揭示了一个充满陨石坑和山脉的世界。他看到了晨昏圈，即分开昼夜的界线，经常是锯齿状的，并正确地推断了这种不规则必然是地形特征投射的阴影造成的。

敏锐的目视能够区分大约十几个月球地形。而一个典型的双筒望远镜，如果足够稳定，将会使你看到的月球是一个伤痕累累、没有空气的世界，并且极有可能比伽利略在17世纪看到的更清晰。即使是通过最小的现代设备的观测视野你也能发现无数的撞击坑，它们常常被很长的喷射物所环绕，旁边是凝固的熔岩、高耸的山峰、古怪的裂缝和悬崖——这是一个值得被探索的全新世界。

锁定在地球上

你不需要一台望远镜就能够发现，每晚我们都能看到相同的月球特征在回望着我们。这是因为月亮与地球同步旋转，也就是意味着月球绕它的自转轴旋转一周的时间与它环绕我们的行星公转一周所需的时间是同样的27.3天（恒星月）。

这不是巧合。地球施加在月球上的引力引起了月球自身的隆起，类似于地球上海洋的潮汐。这些隆起打乱了月球引力的平衡，使之自转减慢直到与公转周期相同。尽管圆圆的月球出现在天空中，但它远不是球形的，它更接近柠檬的形状。

这种“潮汐锁定”的后果是，在人类历史的绝大部分时间里，月球都有一个绝对的秘密：没有人知道月球背面是什么。这个秘密直到1959年才被揭晓，当时苏联的月球3号探测器成为迄今为止第一个传回月球那不可见一面图像的探测器。

1959年10月26日，在令人难忘的电视节目插叙中，帕特里克·摩尔宣布苏联任务成功，揭示了第一张在空中拍摄的月球背面的模糊照片。按照今天的标准，月球3号探测器拍摄的图像是粗糙的，但它仍揭示了暗面在很多方面与亮面有着惊人的不同。

月球朝向地球的半球面的35%被月海岩浆覆盖，而背面则很少有这种熔融物质，月海仅占1%。据科学家认为，这是因为月球背面地壳较厚，其厚度可能是朝向地球一面的2倍，原因可能是由于一颗伴星撞击后而缓慢增加的。而南极-艾特肯盆地的发现支持了这一理论，盆地位于月球背面，形成于39亿年前，宽2400千米，深约13千米。

月球特征的主要分类

太阳总是照耀着

同样明显的是，月球朝向地球的半球在一个月内亮度一直在变化——顺带说一句，我们从“月球”得到了“月”这个词。虽然太阳总是能照亮整个月球的一半，但我们能看到的月球光亮面的面积取决于它在绕地轨道上的位置，从而产生我们看到的月相。

想象你正在从上面看地球、月亮和太阳。当三者对齐月亮在中间时，月亮的光亮面背离地球，产生了新月。从新的月相慢慢出现在傍晚的天空中，新月一天天变得更厚，术语“盈”用来表示这种增厚阶段。新月后大约一周，蛾眉月主导着月球最终以明亮的半圆形式出现在天空。

这有些让人迷惑不解地被称为“上弦月”，指的是月球在它29.5天的月相周期上的位置，而不是指从地球上有利位置所看到的月球光亮面的比例。在上弦月之后的鼓起阶段被称为盈凸月。月球光亮面的增加大约持续到新月两周后，成为明亮的满月，此时月球和太阳位于它绕地轨道的两侧。当我们的星球、我们的卫星和我们的恒星相互对准时，也就是新月和满月的这两点，被称为“朔望”。

满月之后相位反转，月球的光亮部分开始缩小。经过亏凸月之后，月球运行到它轨道的3/4的位置，出现了下弦月月相。月亮再次呈现出半圆形状，尽管这是上弦月时被照亮的另一半。此后，大约经过一个星期的时间，月亮才能够从出现在清晨的残月再次变为新月。月球需要29.5天才能完成月相周期或者阴历月，这比它完成绕地公转周期稍长。这被称为朔望月。

椭圆轨道和月食

月球的椭圆轨道与地球轨道夹角平均为5度。这意味着在大多数满月情况下，它在太空中地球阴影的上方或者下方通过。但是当满月进入地球阴影时，我们就会看到一个不同的现象：月食。

因为太阳比地球大得多，它将我们星球的阴影分为两个部分：最黑暗的部分，称为本影；以及一个亮一些的外环，称为半影。月食的强度取决于月球通过地球阴影的多少，以及它穿过阴影的哪一部分。

在整个月食中，整个月亮穿过半影进入本影，逐渐变暗直至被完全遮盖，这被称为全食。全食时，没有阳光直接照射到月球，但有部分通过地球大气折射而照射到月球上。当我们的大气过滤掉蓝光后，月球会呈现非常奇怪的橙褐色。

当月球进入月食变暗淡时，天空也会变暗。你可能并没有意识到满月有多么灿烂。它以蓝雾点亮了它周围的天空，只有明亮的恒星可见。在月全食期间，较暗的月球意味着暗弱的恒星能够出现，我们最终会看到闪烁的恒星包围着深红色月球的怪异景象。

还有两种其他类型的月食：月偏食，只有一部分月球穿过地球黑暗的本影；半影月食，月球的一部分穿过较亮的外环阴影。月偏食可能会非常明显，而半影月食常常只会导致月球轻微变暗。

大神话

月球的暗面

“月球的暗面”在天文中，它经常被用来（不正确地）代指月球的背面。这个短语有些用词不当，因为月球的背面同样具有明暗周期，与我们所看到的朝向地球的半球一样。从技术上讲，在满月的瞬间，月球背面是“黑暗的一面”。月球表面上一直沉浸在阴影中的地方仅有北极和南极的几个深环形山。

当同样的事情发生在新月时，情况会恰恰相反，我们可能会看到日偏食或日全食。惊人的巧合是，现在月球的尺寸是太阳的1/400，但太阳到地球的距离是月球到地球的距离的400倍，这就意味着它们在天空中看起来大小相同。在日全食期间，月球覆盖太阳圆面的事实，使得我们能够瞥见我们恒星幽灵般的外层大气——日冕。

变化的关系

地球上的生命很大程度上要归功于我们这个岩石同伴，如果没有它，我们行星的自转轴会在0度和85度之间大幅度倾斜，尽管这仅会在100万年的时期内，使我们的半球在混沌的冰河时代和灼热的地狱之间游走，但对不断演化的生命而言，这将是一个死刑。

我们和月球的关系在变得越来越遥远。当它刚刚诞生的时候，月亮距离我们的行星仅有22500千米。现在，它距离我们远了差不多10倍，而且还在以每年3.8厘米的速度远去——与指甲的生长速度相同。这带来的结果就是，地球的自转速度在变慢，我们的一天在变长。

最终，当一天的长度和现在一个月的长度相同时，月亮将不再穿过我们的天空，也将不再会有新月和满月，我们仅仅只能在地球一侧的夜空中看到一个小的、静止的圆盘，就像我们在冥王星-卡戎系统中看到的情形一样。当这一切发生时，人类将有望在遥远行星的其他卫星上向外观测。

月球来自哪里？

现在大多数的科学家认为，月球是在大约45亿年前形成的，当时一个火星大小的物体（后来命名为忒伊亚）与早期的地球相撞，撞击将碎片散落到地球轨道上，它们在合适的距离上聚集起来形成了月球这个独立的物体。而任何靠近地球的物质都会被地球的引力拉回来。

这一理论诞生于阿波罗任务带回的月球采样的化学分析，结果表明它和地球的构成具有明显的相似性。但是有一个问题：这些成分看起来太相似了，如果发生过这种碰撞，月球应该会带有更多的忒伊亚的物质，因此应该与地球有更大的不同。

阿波罗样本是从一个非常小的区域获取的——这能解释这种相似之处吗？这似乎不能，因为我们还有其他的月球物质。俄罗斯的月球探测计划带回了0.33千克月球样本，我们也有一些月球陨石，而所有这些材料的分析带来了一个相似的问题，它与地球的构成太相似了。

那么，我们是否该告别碰撞理论呢？日前该理论仍然有很多的支持者，而最能证实该理论的论据将是从已知但更加多样的地点获得更多的月球样本。

太阳系的卫星们