萬戶撞擊坑

　　文/國家天文台月球與深空探測科學應用中心

　　月球為何總以一面示人？

　　月球是地球惟一的天然衛星，它圍繞地球回旋不息。自從它誕生四十多億年以來，從未離開過地球，是地球最忠實的伴侶。

　　仔細觀察，我們很自然地會注意到，月球總以一面示人。這是為什麼呢？

　　月球俗稱月亮。月亮每天東升西落的運動是地球自轉的反映。月亮圍繞著地球轉動表現為它在星空間自西向東移動，其軌跡稱為“白道”。白道和黃道(地球繞太陽運動的軌跡)之間有5°多的夾角。月球繞地球轉一周歷時27天7時43分11.47秒，這一周期叫做“恆星月”。除了繞地球公轉外，月球本身還在自轉。月球自轉的周期是27天7小時43分11.5秒，幾乎等于它繞地球公轉的周期。因此，無論在任何時間，我們從地球上永遠只能看到月球的一面，另外一面總是背向地球，“猶抱琵琶半遮面”。由于月球的軌道是一個傾斜的橢圓形軌道，它在不同的軌道位置面向地球的一面稍有不同，所以人們從地球上可以觀測到月球整個表面的59%。

　　月球永遠以一面面向地球，如果不假思索，可能會以為月球沒有自轉。其實不然。我們可以想象，在月面上某點假設有一個垂直于月面的標志物，如果月球沒有自轉，在月球繞地球運行的過程中，由于該標志物始終指向空間同一方向，這樣我們觀察到的該標志物的指向會發生變化，月面的各部分會依次朝向地球，我們應該能看到月球的背面。所以，只有在月球的自轉和繞地球轉動的周期相等、方向相同(都是反時針方向)的情況下，月球才能永遠以同一面朝向地球。

　　月球的自轉周期和繞地球轉動的周期相同，不是偶然巧合，而是因為地月之間相互潮汐引力的作用。月球可以產生對地球的潮汐引力，它能夠造成地球兩側海水的升漲，對地球大氣也會產生大氣潮。類似地，地球也可以產生對月球的潮汐引力。月球過去的自轉速度比現在要快得多，那時它的表面存在著如熔岩流之類的流體。地球強大的起潮力引發了月球上的潮汐，而潮汐摩擦會使月球自轉減慢，直至自轉周期等于公轉周期。此時，地球不再引起月球上明顯的潮汐作用，月球便只能以同一面朝向我們了。

　　潮汐摩擦不僅正在使地球自轉減慢，還會影響到地月系統的演變。現在，地球自轉的周期比月球公轉的周期短得多，潮汐作用會引起地球的變形、質量分布的變化，從而使月球運動加速。一旦加速，它便逐漸螺旋式地遠離地球，進入愈來愈大的軌道，因而月球繞地球公轉的周期會更長。

　　月球目前正以每年3.8厘米的速度離開地球。同樣的道理，潮汐摩擦也會使地球的自轉速度減慢，自轉周期逐漸變長。每一百年地球自轉周期約增加0.00164秒，這個數字雖然很小，但不能小看，因為長期的累積將相當可觀。也許大約50億年至100億年後，地球上的一天將和一個月相等，大致都等于現在的43天，屆時地球也將會以同一面朝向月球。真到了那個時候，背向月球的半個地球上的居民為了賞月，必須長途跋涉才行。至于哪個半球有幸對著月亮，現在還是個未知數。

　　人類第一張月球背面照片

　　在地球上，人們只能用肉眼依稀辨別出月球上陰暗的月海和明亮的月陸。借助地面望遠鏡，我們永遠只能看到月球的正面，對背面的形貌依然一無所知。上世紀五十年代開始，人類進入太空時代。人們多次發射航天器對月球進行攝影和研究，並且實現了人類登月的夙願，使人們開始對月球有了一個較全面而詳細的認識。

　　1959年1月2日，前甦聯“月球1號”衛星升空飛向月球，雖以失敗告終，卻奏響了人類向月球進軍、探測與開發利用月球的序曲。同年10月4日，甦聯又發射了“月球3號”飛船，成功地拍攝到了人類歷史上第一張月球背面的照片，使人們第一次得以目睹月球背面的風貌，月球神秘的面紗開始被揭開。

　　“嫦娥”看到了月球背面

　　2007年10月24日18時05分，中國首顆月球探測衛星“嫦娥一號”從西昌衛星發射中心騰空而起，在經過近20天的飛行後，于11月7日準確進入環月工作軌道。11月26日，“中國首次月球探測工程第一幅月面圖像”公布。12月11日，“嫦娥一號”衛星搭載的CCD相機對月球背面進行了成像探測，並獲取了月球背面部分區域的影像數據。這些月球背面部分區域影像數據具有重要的意義，其中包括月球背面一個典型的輻射線撞擊坑和“萬戶”撞擊坑。同時，這也表明“嫦娥一號”衛星的飛行、有效載荷的管理、地面測控與通信、數據接收與處理等，一切工作正常。

　　“嫦娥一號”獲取的數據，再次證實了人類此前對月球背面的基本認知。月球背面與正面在地貌上的主要不同在于，月球背面月陸(也稱高地)分布面積廣，缺乏大型的月海盆地，只有三個較小的月海(東海、莫斯科海和智海)位于月球背面，而90%的月海分布在月球正面。由于月陸比月海的年齡要老，月陸表面撞擊形成的月坑的密度比月海要大，所以在月球背面月坑較多。月球正面月海帶周圍圍繞著許多山脈，如阿爾卑斯山、亞平寧山等，而月球背面幾乎沒有明顯的山脈。