登月不只是登月: 阿波羅計畫的科學貢獻

2019 年 7 月 20 日是人類登陸月球 50 週年,大部分的眼光都集中在人類在另一個星球留下腳印這件事,不過阿波羅計畫其實包括了許多科學實驗,讓我們對地球最近的鄰居,有更清楚、正確的認識。

阿波羅太空人在月球上不只是留下腳印而已,他們還對月球研究做了許多貢獻。影像來源NASA。

月球怎麼來的?

數千年來,月亮一直是墨人騷客創作的題材,不過我們對月球起源的了解,卻是最近一、兩百年的事。

1898 年喬治·達爾文(George Darwin)提出「分裂說」,他認為月球是地球愈轉愈快,地球受離心力的作用下分裂、甩出來的。分裂說提出後廣受歡迎,甚至被編入美國中學教科書裡。但是分裂說有一個缺點,它無法解釋為何地球會愈轉愈快,而且快到把一部分的物質甩出來。一般的情況下,天體的自轉速度不會有太大的變化,除非受到外力的影響。

1950 年代時另一個月球起源的學說「撞擊說」被提出,這個理論認為地球早期受一顆火星般大的天體劇烈撞擊,撞擊後的物質從地球表面飛濺到地球軌道,這些地球軌道上的物質在重力作用下凝聚形成月球。

阿波羅太空人採集月球土壤和岩石,帶回地球後,科學家分析月球氧同位素比例,發現月球氧同位素比例和地球表面上一樣。這項證據支持撞擊說,因為劇烈撞擊會把撞擊天體和地球表面物質混合,這會讓月球和地球氧的同位素比例非常接近。撞擊說是目前最被科學家接受的月球形成學說。

我們與月的距離

月球是離我們最近的天體,即使如此,我們也不能用尺來量測月球與地球的距離。最精準的量測方法是用雷射,從地球上打一道雷射光到月球,雷射光被月球反射後再回到地球的接收站,只要量測雷射光從發射、反射到接受的時間,把這個時間的一半乘上光速,就可以得到準確的地月距離。

這個原理簡單的方法實際上並不簡單,因為月球表面的反射率不高,無法把地球發射的雷射光有效地反射回地球。這個方法要等到阿波羅太空人把反射鏡送上月球表面後才能真正運作。科學家長期量測地球與月球距離後,發現月球以每年 3.8 公分的速度遠離地球,這是地球和月球之間潮汐力相互作用的結果。

阿波羅太空人在月球上留下的用來反射雷射光的儀器。影像來源:NASA。

月球上也有地震!?

阿波羅太空人攜帶一些科學儀器到月球,其中比較比較著名的是月震儀。月震儀和地球上的地震儀相似,只是月震儀用來量測月球上的地震。

月震儀除了量測月球的地震外,還可以用月震來研究月球內部的構造。科學家透過月震儀發現月球有一個核心,地殼和核心之間有地函。

太空人艾德林在月球上放置月震儀。影像來源:NASA。

最近(2019年5月)科學家用舊有的阿波羅月震儀資料做新的分析,他們發現有一些月震發生在斷層附近,這個斷層可能是月球冷卻收縮的結果,這項結果顯示月球目前依舊有地殼活動的現象!


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關於作者

屋頂上的天文學家

屋頂上的天文學家-李昫岱,天文學博士,曾服務於中央研究院天文所及美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校。大學時交了一群天文社的朋友,從此過著離不開天文的生活,希望透過寫作拉近遙遠天體的距離,讓你發現天文的美好! 歡迎來「屋頂上的天文學家」臉書和部落格,一起航向宇宙,浩瀚無垠!

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