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月球屬於誰?

科學松鼠會_96
・2014/04/09 ・6741字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

文/

嫦娥三號探測器預計將於2013年12月14日21時40分軟著陸,隨後將釋放著陸器,讓玉兔號探月車開始探月之旅。

從歷史說起

1969年7月,當太空人阿姆斯特朗把美國國旗插上月球表面時,他宣佈:「我是為全人類的和平而來。」這絕不是一句空話。佔領月球已經被1967年簽署的聯合國《外層空間條約》(Outer Space Treaty)所禁止。該條約規定:

第一:「外層空間,包括月球和其他天體,在平等和與國際法一致的基礎上應無區別地為各國自由探測並利用,各國可以自由到達任何區域和天體。各國可以自由在包括月球和其他天體在內的外層空間進行科學考察活動,各國應推動並鼓勵此類考察的國際合作。」

第二:「外層空間,包括月球和其他天體在內,不能作為主權國家聲明佔有,或出於利用及其他目的佔有。」

探索未知之地、做出新的發現是人類好奇心的崇高體現。無論是填補地圖上的空白還是填補元素週期表上的空缺,其精神實質是相似的。都是好奇心與發現優 先權的較量。於是我們看到地圖上(乃至月球圖上)到處寫滿了發現者(或者是贊助人)的名字,較為靠後的元素符號也用科學家的姓氏來彰顯學術界公認的功績。

早在1959年9月14日,蘇聯發射的「月球」2號探測器任務取得成功,它成為第一個擊中月球的人造物體,除了傳回有關月球磁場和輻射帶的數據外, 它還把象徵主權的蘇聯國徽留在月球表面。這可以說是對兩年前美國一個設想的回應:1957年,全世界籠罩在都在核戰爭的恐怖陰云下,想像力豐富的美國人想出把美國國旗以「火箭飛鏢」的方式插入月球土地的辦法。他們還煞有介事地畫了示意圖發表在公開出版的雜誌上。

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1957年,美國人想出把國旗以「火箭飛鏢」的方式插入月球的辦法

彰顯所有權是發現者的特權和本能反應。在更早的15世紀80年代,海上探險家迪奧戈·康抵達剛果河口時,就躊躇滿志地在那裡豎起了帶有十字架的石柱作為「到此一遊」的標記。這不但標誌著基督教世界的最遠疆界,也宣稱了屬於發現者本人的特權。後來邁向未知領域的探險者大多要在新疆域裡留下點什麼。

比迪 奧戈•康晚一個世紀的吳承恩在創作《西遊記》時,讓孫悟空在其自以為的擎天柱下留下了生物學印記;1921年1月曆盡千辛萬苦掙扎到南極腹地的英國人斯科特失望地發現,原來阿蒙森已經搶先把挪威國旗插上了南極點的冰雪中,這表示他只能在歷史性的極地競賽中屈居第二……總而言之,如果有做出發現的實力,任何人都也可以做類似的事情,公開宣揚自己的發現和成就,並接受歷史的評判。

相關國家宣佈的南極領地
相關國家宣佈的南極領地

當然,插旗是一件事,宣示主權又是另外一件事了。由於政治力量的變幻,地球上曾先有新阿姆斯特丹的地名,後來又變成了紐約;月球上會不會也城頭變幻大王旗,哪天冒出一個叫「新新德里」的地方呢?這可不好說。因為一直有人試圖成為「月球地主」,宣稱自己擁有月球的主權。

月球的「地主」們

在威爾斯《月球上最早的人類》這部小說中,主角掌握了飛向月球的技術後,首先想到的就是獲得對月球乃至所有星球的「優先購買權」,「類似西班牙對於美洲黃金的壟斷權利」,進而建立人類殖民地。

「月球地主」並不只存在於科幻小說中。2005年10月,北京曾冒出了一家「大中華區月球大使館」,經營太空旅遊和月球開發,並全權負責在大中華地 區出售月球土地。當年12月21日,北京市工商局對其下達處罰決定書。隨後「月球使館」CEO對北京市工商局進行起訴。2007年3月,北京市第一中級人民法院終審認定銷售月球土地行為屬於投機暴利,而且強調中國於1983年加入的《外空條約》規定,特定國家管轄範圍內的公民和組織無權主張月球所有權。

月球駐北京大使館雖然關閉了,但它絕不是第一個聲稱對月球擁有所有權的組織,也不會是最後一個。早在1952年2月,一個位於美國伯克利市的科幻迷俱樂部就曾致信聯合國和美國總統,宣稱在月球寧靜海的一塊三角洲歸他們所有。這個俱樂部這樣做,不過是為了博取名聲,還沒有想到營利,算是純粹的科幻行為藝術。

到了1953年,智利一名律師維拉為了競選某俱樂部主席一職,需要巨額財富證明,就在一本雜誌上宣佈,整個月球都歸他所有。智利稅務局得知此事,要求他繳納財產稅。維拉律師並沒有拒絕交稅,但表示稅務局應該先派人到月球實地查看他的財產,進行估價後才能確定納稅額。至今智利稅務局也沒能派人上去查看,律師果然不是好惹的。

1955年,曾經在紐約天文館工作過的一個名叫羅伯特•庫爾茲的美國人首次嘗試出售月球不動產,每英畝售價才1美元,只是沒有人 買他的帳。1969年,阿波羅11號發射後不久,一個巴西人因以25美元一塊出售月球土地而被巴西警察逮捕。在加拿大和荷蘭,也有人因出售月球土地涉嫌詐欺而被捕受審。

唯一靠賣月球地皮賺錢的人非美國人丹尼斯·霍普莫屬。1980年,這位前口技演員在失業和離婚的壓力下鋌而走險,宣稱月球的土地為他所有,並在美國舊金山的土地登記局登記,然後又給美國和蘇聯政府以及聯合國寫信,重申這一主張,表示如果有異議,可以與他交涉,否則他的主張生效。美蘇政府和聯合國自然不會理他,於是他在內華達州開了一家名為「月球大使館」的公司,批發兼零售月球土地。迄今他已經售出了625萬美元的「土地」,每英畝月球土地價格幾十美元不等。那家「大中華區月球大使館」就是該公司在中國的總代理。但是花錢購買月球土地的人不會當真以為自己擁有了一塊月亮,他們只是花些小錢買了一本印刷精美的月球土地證而已。就像2012年人們在網上買「諾亞方舟船票」一樣。

《钢铁苍穹》中的纳粹月球基地
《鋼鐵蒼穹》中的納粹月球基地

不僅是月球,其他天體也曾被人主張過所有權。1997年,三個葉門人在葉門法院狀告美國太空總署,指控美國沒有先通知他們和取得他們的同意,就發射 「火星拓荒者號」太空船。他們聲稱在三千年前,其祖先就取得了火星的所有權,他們從祖先那裡繼承了對火星的所有權。對這三個人,大家只是一笑置之。

2003 年,美國人內米茲向內華達州地區法院起訴,聲稱美國太空總署對小行星愛神星(Eros)的探測侵犯了他的私有財產權,導致了500萬美元的損失,要求賠償。美國法院一審二審均駁回了他的訴訟。法院認為在美國現有的法律裡沒有規定個人可以取得對月球和其他天體的財產權,而且美國簽署的《外空條約》沒有規定對小行星的私有財產權。美國如此,中國也不含糊,倒賣月球土地被取締自不必言,就連月球上的地名,也不是一般人能夠瞎叫的。

2010年8月18日,中國民政部發佈第182號公告,公佈了第一批月球地名標準漢字譯名共468條,目的是「規範當前月球地名使用中的混亂現象,實現月球地名標準化,滿足月球探測、科學研究和社會應用的需要」。早在一年前的2009年7月,民政部地名研究所曾就月球地名面向社會徵求意見。根據民政部網站公布的訊息,該部下屬的區劃地名司主要職能包括:「國際公有領域和天體地理實體的地名命名、更名以及邊境地名的審核報批。」那些妄圖成為太空地主的人該清醒了,月球和其他天體絕對不是私人可以覬覦的,就連名字也不行。

公地悲劇

《月球協定》所規定:月球及其自然資源是全人類的共同財產。但這種天體的集體所有制有一個麻煩,就是「人人都有,人人又未必真的擁有」。用經濟學術語來說,就是「公地悲劇」問題。它講的是有一種不能排除其他人使用的公共資源(如海洋、極地、大氣),由於其資源總量有限,一部分人或全體人的濫用將導致其他人或全體人的使用受到損失。

以南極洲為例,這是一塊礦產豐富、擁有整個地表淡水儲量72%的無主之地。英國、澳大利亞、法國、新西蘭、挪威等7個國家曾先後對它提出主權要求。 1940年,這7個國家依據各自所提出的所謂「發現論」、「佔有論」、「扇面論」自行決定對83%的南極大陸實施瓜分。要不是二戰爆發、南極洲已經是另一個樣子了。1959年12月,阿根廷、智利、英國等12國簽訂了《南極條約》,規定南極洲僅能用於和平目的。

不過,《南極條約》只暫時凍結了各國的領土主權要求,附屬於領土的諸如大陸架等方面的權利則沒有界定。至於中國為何要去萬里之遙的南極進行科考,國家海洋局極地考察辦公室副主任魏文良在接受媒體採訪時說得實在:南極地區蘊藏著地球神秘的訊息、豐富的資源礦藏,對於每一個國家都具有重要的科學和政治經濟意義。從科學考察和極地活動話語權的角度看,南極地區有4個必爭之點:極點、冰點、磁點和最高點。前三個點已分別由美國、法國和前蘇聯佔據,中國將佔據第四個點——最高點。DOME-A正是最高點,這個地區擁有地球上其他任何科學觀測站無法替代的獨特自然條件。

顯然,月球也是類似南極這樣的「公地」。而《月球協定》就是規範這塊公地使用的法律。但作為國際法文本,只能規定一些大原則,不可能事無鉅細。例如裡面提到「所有締約各國都享有不受任何種類的歧視,在平等基礎上,並按照國際法的規定在月球上從事科學研究的自由」。但是提取1克氦3(3He)進行科學研究,與採集 1噸氦3進行可控核聚變「研究」大不同。再如,「各締約國可在月球上建立配置人員及不配置人員的站所」。顯然,那些地勢優良,接受日照充分,自然資源(尤其是水冰)富集,又便於飛船降落和起飛的地點在月球上是有限的。在那裡建設月球考察站和月球基地自然是最划算的。誰有權先到先佔呢?還是靠實力來說 話。

使用太阳能的月球基地
使用太陽能的月球基地

在探索和利用太空以及制定外層空間法律規則的歷史過程中,國際間充滿了矛盾和衝突,已開發國家和發展中國家,特別是蘇美兩個超級大國與第三世界國家之間存在著難以調和的矛盾。在發射衛星、利用地球同步靜止軌道間題上,蘇美依仗航太技術優勢,搶佔有利地位,刁難他國,引起了普遍的不滿和反對。1976 年,哥倫比亞、剛果、厄瓜多爾、印度尼西亞、肯尼亞、烏干達和扎伊爾等國在波哥大簽署了關於地球同步靜止衛星軌道的宣言,宣佈對同它們領土上方相應的軌道段擁有主權。赤道國家的這一立場自然遭到蘇美等國的強烈反對。在制定《月球協定》的過程中,蘇美與第三世界國家也存在尖銳對立。第三世界國家堅持月球及其自然資源是全人類的共同財產,而蘇美則拒絕這一主張。聯合國經過七年的談判,終於在1979年第三十四屆聯大通過了《月球協定》,宣佈月球是全人類的共同財產,各國不得以任何方式據為己有。

只要《外層空間條約》和《月球協定》仍有國際法的約束力,加入這兩個國際條約的國家就不能宣佈月球為自己的領土,但這並不妨礙各國太空人在愛國心的驅使下將祖國的國旗放在月球上。

擦邊球:對月球主權的宣示

月球是夜空中最明亮的星體,月亮在各國文化中都具有獨特地位。對月球的探測既有科學意義,也有文化乃至政治意義,象徵著對科學知識乃至對月球本身的 佔有。因為冷戰時期意識形態對抗的需要,探月活動從一開始便與政治掛鉤了。當年「月球2號」發現了月球沒有磁場,但媒體大肆宣揚的卻是最具噱頭的撞擊月球,並把這看作蘇聯技術超越美國的象徵。與「月球2號」一同上了月球的還有兩枚鑲有蘇聯國徽的標誌物。撞月第二天即9月15日,赫魯曉夫毫不掩飾得意洋 的笑容,把這樣一個帶有蘇聯國徽的標誌物複製品送給了美國總統艾森豪威爾。後來,印度的尼赫魯、法國的戴高樂、印尼的蘇加諾都收到了類似的蘇聯禮物。

美國做得更霸氣。在「阿波羅」11號軟著陸月球後,宇航員在宣稱「月球屬於全人類」的同時卻在月面上插了面星條旗。人家乾脆不展示聯合國旗,「朕即天下」的自負可見一斑。尼克森政府還把美國宇航員在月球上收集的近270塊岩石送給了世界上130多個國家。阿波羅11號收集的被當做禮物贈送給其他國家的每塊岩石樣本重量約有0.05克,僅比米粒大一些。阿波羅17號收集的被當做國禮的岩石樣本每塊重約1.1克。它們都被封閉在塑料球體內,這樣既起到 了保護作用,又便於觀看。考慮到曾動用了有史以來最大的火箭,花費了幾百億美元,只有382千克月球物質被帶回到地球上,這種餽贈行為可謂花費不菲,但極有面子。其寓意再明顯不過——只有敝國做到了「摘星攬月」,天底下還有敝國擺不平的事嗎?

阿波罗-17号月球车仍停留在月亮上
阿波羅 17號月球車仍停留在月亮上

2008年10月22日,印度成功發射該國首顆探月衛星「月船1號」,尾隨俄、美、日、中四國躋身「探月精英俱樂部」行列。他們把一面印度國旗留在 了月球表面。《印度快報》以「三色旗(印度國旗)登上月球」為題,稱印度已經繼蘇聯、美國和歐盟後,成為第四個有能力把物體送上月球的國家。當然,把國徽、國旗送到月球上並不代表擁有了對月球的主權。但是能把主權象徵物送往月球,卻顯露了佔有並開發月球的潛在實力。

《月球協定》第八條第3款規定「締約各國在月球的表面或表面之下的任何地點進行其探索和利用的活動,不應妨礙其他締約國在月球上的活動。」既然兩個物體不能同時出現在一個空間內,那麼為了避免「妨礙」,對月球的探測與利用只能遵循「先來後到」原則。越早在月球上安營紮寨的國家,實際控制地盤越多,優勢越大。

中國的航太專家在接受媒體採訪時也說:「維護我國月球權益需要探月工程」-維護中國月球的權益,必須進行月球探測工程。儘管《月球協定》規定,月球及其自然資源是人類共同財產,但是隨著當前主要航太國家和組織正加緊實施月球探測計劃,如何維護各國的空間利益已成為亟待關注的問題。只有開展月球探測並取得一定成果,才具有分享開發月球權益的潛在實力。

誰是「全人類」?

針對「月球和其他天體屬於全人類」這一外層空間法的基本原則,我們可以做科幻的延伸,看看它在未來還是否成立:

隨著航太技術的進步與普及,天體的所有權會有一番新局面。試想,私營企業的小行星礦工在小行星上結婚生子,孩子在小行星上成長,一代代地開發小行星。直到有一天,覺悟了的小行星原住民宣稱自己對生他、養他、他也參與建設了的小行星具有所有權,並拒絕向地球提供廉價礦物,地球人該怎麼辦?於情於理,這都令人想到美國獨立戰爭中的雙方——殖民地兒女和宗主國。海因萊因的《月亮是個嚴厲的女人》就講了這樣一個故事,把月球當做家的人類再也不願意對地球俯首稱臣了。

如果未來太空中出現「尼莫船長」那樣的無國籍乃至無「地球球籍」的人和組織後,他們完全可以根據「誰發現、誰開發、誰擁有」的古老海洋信條,對那些尚不被人知的天體提出所有權主張。如果太空時代的「尼莫船長」也像凡爾納筆下的那位一樣富可敵國、力可敵國的話,更沒有國家或國際組織能對其太空圈地行為提出異議或做出約束。畢竟,出力探測、登陸、開發、維護過一個天體的人,為何要與沒做過這些事的人一道共同享有該天體帶來的收益呢?如果經濟基礎決定上層建築的原則仍然有效,那麼未來太空中的經濟實力也會迫使作為上層建築的法律做出相應改變。

上面說的還都是人類之間的事。如果人類遇到外星人呢?顯然,人類制定的外層空間法對人類之外的物種是沒有約束力的。地球礦業公司在「阿凡達」星球的開採徵得納美人的同意了嗎?銀河系高速公路拓寬要推平太陽系,需要徵得地球人同意嗎?《變形金剛3》和《MIB 3》中外星人在月球上大打出手的行為顯然違背了《月球協定》第三條第2款(在月球上使用武力或以武力相威脅,或從事任何其他敵對行為或以敵對行為相威脅皆在禁止之列),人類又能拿他們怎麼辦?

《月球協定》還規定,「締約各國應將其在外層空間,包括月球在內所發現的可能危及人類生命或健康的任何現象,以及任何有機生命跡象,必須通知聯合國秘書長、公眾、和國際科學界。」但情況很可能如《2001:太空漫遊》中設想的,美國人一開始就把外星人留在月球的「獨石」T.M.A.-1 ,這樣他們就可以進行秘密調查了。事實上,根據續集小說《2010》中的說法,美國總統直接下達了命令,「獨石」存在應絕對保密。

所以,月球以及其他天體的歸屬問題,初看是一個科技問題,仔細分析則是法律與政治問題,本質上又是一個科幻問題。在不同的科技發展水平下,這個問題將有非常不同的答案。

回到現實中,目前全世界200多個國家中,只有澳大利亞、奧地利、智利、墨西哥、摩洛哥、荷蘭、巴基斯坦、菲律賓和烏拉圭這9個沒有航太能力的國家批准了《月球協定》;另有法國、瓜地馬拉、印度、秘魯和羅馬尼亞等5國簽署了協定,但尚未獲得國內立法機構批准。美國和俄羅斯這兩個航太超級大國則明確反對將月球定位為全人類共同財產。

月球到底屬於誰,仍是個未知數。

月球探测器着陆点,先来先到,后来靠边
月球探測器著陸點,先來先到,後來靠邊

原文發表於《科幻世界》2013年第10期

 

轉載自科學松鼠會

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科學松鼠會_96
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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀

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月娘你從哪裡來?月亮形成的新線索!關鍵就在隕石中?
linjunJR_96
・2022/09/07 ・2467字 ・閱讀時間約 5 分鐘

作為我們宇宙中的鄰居,以及夜空中最明亮的一盞燈,月亮自古以來便讓人類心生著迷。古人望向滿月的同時,想起了遠方的至親;天文學家望向滿月時,心中卻出現了另外一個問題:「月亮為什麼在那裡?」

月亮是從地球這邊「飛出去」的嗎? 圖/GIPHY

月球作為繞地球運轉的衛星,並不是和太陽系的其他行星一同形成。目前最受歡迎的月球起源說是所謂的「大碰撞」(The Giant Impact)。今年八月,在中秋節即將到臨之際,科學家在月球隕石中找到了來自地球內部的原生惰性氣體,為大碰撞事件的始末提供了全新的線索。

大碰撞起源:月球是從地球分出去的?

大碰撞學說認為月球是地球遭到撞擊的產物。

一顆與火星差不多大的天體和古代地球斜向碰撞,把地球撞得團團轉的同時,撞擊產生的巨大能量也將大量地殼與地函物質融化、蒸發、向外噴出。這些殘骸碎屑繞著地球高速旋轉,形成一個甜甜圈狀的雲狀區域。月亮便是由這團高溫物質互相吸引聚集而成。

大碰撞學說中,月亮形成的過程。圖/wikipedia

聽起來或許十分異想天開,但這個猜想可是經歷了許多實證考驗。

首先,一個最簡單的觀察是:現今月球公轉的和地球自轉方向一致。這是擦撞過程中「甩」出去的殘骸形成月球會有的現象。據我們所知,月球的公轉方向和轉速自形成後,便沒有太大改變。大碰撞學說通過了第一關!

在化學成分方面,同位素比例提供了有力的證據。同位素比例是指某種元素的同位素(例如氧元素可以分為氧 16、氧 17、氧 18)在物質中各占多少比例。這些同位素形成穩定的化合物後便不會變動,因此成為科學家追本溯源的重要工具。

也因此在天體地質研究中,地層中的同位素比例是每顆星體獨一無二的指紋,太陽系中每顆星體都有相當不同的氧同位素比例。不過,科學家在二十世紀初期,檢驗了阿波羅十三號帶回的月球岩石樣本。其中,氧同位素比例竟然和地球一模一樣,強力暗示了月球物質和地球有著神聖不可分割的淵源。

除此之外,許多地質證據顯示月球在形成初期,表面是高溫的熔融態,符合大碰撞的說法。類似的撞擊事件也曾經在其他星系被觀測到。

種種證據使大碰撞學說成為最受歡迎的月亮起源說。 圖/wikipedia

六個月球隕石,可能解開月球原生惰性氣體之謎

如今,月球物質是來自古代地球這件事已被廣為接受,但詳細的形成過程究竟是如何,仍持續隨著觀測證據的增加而不斷地修正討論。目前的一個疑點是揮發性物質的存在。

大碰撞時的高溫理應讓大部分的揮發性物質(例如水和二氧化碳)揮發殆盡,但在月球深處的原始岩層中找到的水樣本,和地球地函中的水有同樣的氫同位素指紋,表示這些水或許是「原生」的,在撞擊形成時便一直留存至今,而不是來自外部的隕石。

要研究揮發性物質的源頭,氦或氖這類的惰性氣體的同位素指紋,便是重要的追蹤工具,可惜我們一直未能在月球礦物中找到惰性氣體。由於月球大氣層十分稀薄,外來的小行星以及富含氫氦原子的太陽風持續轟炸月球表面。想對原生惰性氣體進行研究,還得先排除這些外來汙染的可能。

蘇黎世聯邦理工學院的 Patrizia Will 所帶領的研究團隊,以南極拾獲的六個月球隕石作為研究對象。這六顆隕石皆為玄武岩材質;也就是說,它們是由月球內部的岩漿快速凝結而成。形成後,它們受到更上層的岩層保護,免於宇宙射線和太陽風的高能輻射。這六塊岩石很可能是在某次大型隕石撞擊中,才從月球的岩漿流中被撞擊而出,並在漫長的旅途後抵達地球。

光學顯微鏡下,含有原生惰性氣體的月球玄武岩隕石 LAP 02436。圖/ETH

要取得隕石的同位素指紋資訊,需要用到質譜儀。這份研究使用的質譜儀靈敏度極高。實驗室人員曾經為了防止外界振動干擾,將它懸掛在天花板上,並為它取名為「Tom Dooley」。Tom Dooley 是美國內戰時期民謠中因謀殺被判處絞刑的人物。

儘管取名的來由十分詭譎,但是這座 Tom Dooley 質譜儀威力十足。它是世界上唯一能夠測量如此微量惰性氣體的儀器,也曾負責分析地球上最古老的物質——高齡七十億年的默奇森隕石(Murchison meteorite)。

目前發現地球上最古老的物質,高齡七十億年的默奇森隕石(Murchison meteorite)。

研究團隊將隕石中的黑色玻璃微粒用 Tom Dooley 進行分析,嘗試找出當中各種同位素的比例。它們在玻璃微粒中發現了存量遠高於預期的氦和氖。從岩石的形成歷史以及同位素特徵中,他們排除了太陽風或小行星汙染的可能,而氖同位素的比例則和地球地函的深處不謀而合。

這些證據表示這些惰性氣體是直接來自地球的地函。這是首次在月球內部礦物中發現地球原生的惰性氣體,研究結果發表在 Science Advances 期刊中。

這次的發現為大碰撞學說再添一筆證據。往後的研究將繼續挑戰較難測量的氪和氙元素,以及其他容易揮發的鹵素元素等等,藉此追蹤揮發性物質在月球形成的歷史中,究竟是如何存活下來。

美麗的月亮,神奇的月亮,還有許多問題待我們繼續發掘。 圖/GIPHY

參考資料

  1. Will, P., Busemann, H., Riebe, M., & Maden, C. (2022). Indigenous noble gases in the Moon’s interior. Science advances8(32), eabl4920.
  2. One more clue to the Moon’s origin
linjunJR_96
31 篇文章 ・ 488 位粉絲
清大理工男。不喜歡算數學。喜歡電影、龐克、和翻譯小說。不知道該把科普當興趣還是專長,但總之先做再說。

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如果天空少了月亮,地球會怎麼樣?——《有趣的天文學》
麥浩斯
・2022/04/25 ・1477字 ・閱讀時間約 3 分鐘

如果天空少了月亮?文學家應該會很難過,音樂家也會少了創作的題材,沒有中秋節就少了月餅,也沒有烤肉。不過夜晚少了一個大光害,天文學家絕對會很高興!

潮汐變小、一天變短

地球上的潮起潮落,主要是月球繞地球運行造成的。太陽也會影響地球的潮汐,不過對地球的潮汐力只有月球的 46%。如果沒有月球的話,造成地球潮起潮落就只剩下太陽,滿潮和乾潮的幅度就會變小。

月球讓地球產生的潮汐,使地球愈轉愈慢。數十億年前,地球剛形成時,地球自轉的速度比現在快許多;因為月球的潮汐力,讓地球自轉的速度漸漸變慢,慢到現在的一天 24 小時。如果沒有月球,地球的一天可能不到 10 小時。

月球讓地球產生的潮汐,使地球愈轉愈慢。圖/Pexels

左搖右晃的地球

月球就像是走鋼索的人握的平衡桿,讓地球自轉軸保持穩定,如果少了月球這個平衡桿,地球自轉軸左搖右晃的幅度就會變大。

目前地球自轉軸相對於公轉平面的傾斜角是 23.4 度,因為月球的存在,這個傾角的變化幅度不大,大約在 22.1 度和 24.5 度之間。傾角讓太陽直射地球的位置在北回歸線和南回歸線間移動,讓地球出現四季變化。

如果沒有月球,地球的自轉軸變動的幅度就會變大,自轉軸的變動會對我們有什麼樣的影響?假設兩個極端的例子,地球的自轉軸傾角是 0 度和 90 度。

如果地球傾角是 0 度,太陽永遠直射赤道,地球上不會有北回和南回歸線,地球將不再有四季變化。

如果地球傾角是 90 度,太陽直射的區域會從北極到南極,也就是北回歸線位在北緯 90 度(也就是北極點),而南回歸線在南緯 90 度(南極點)。這種情況下,地球四季變化會非常劇烈,北半球夏天時,北極不會結冰,溫度比現在還高,南半球冰凍的區域比現在還大,這種極端氣候絕對不利現在地球上生物的生存。

未來人類可能先在月球建立基地,作為人類前進火星的跳板,在月球上測試火星裝備和訓練太空人,準備完成後再前往火星。如果少了月球的整備演練,要一步登陸火星將會困難重重。圖/麥浩斯出版

月球替地球擋子彈

月球是地球的衛星,一直以來它都保護著我們的地球。用望遠鏡看月球,會發現月球上有許多坑洞,這些坑洞幾乎都是隕石撞擊後形成的隕石坑,表示月球在早期受到許多的撞擊。如果少了月球擋下這些隕石,這些隕石可能就會撞上地球。

隕石撞擊對地球的生命影響很大。6600 萬年前,一顆 10 公里左右的隕石撞擊地球,造成恐龍滅絕。恐龍滅絕後,哺乳類才能興起,人類才有機會出現在地球上。

那些沒有被月球擋下的隕石,如果撞上地球,可能會改變地球物種的演化,人類說不定就不會出現在地球! 最後,如果沒有月亮,阿姆斯壯和另外 11 名阿波羅太空人也就無法登陸月球。人類少了探索月球的寶貴經驗,要直接踏上其他行星表面(例如火星),難度會高許多,甚至變得不可能!

——本文摘自《噢!原來如此 有趣的天文學》,2022 年 3 月,麥浩斯出版

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真的只能看到半面月球嗎?一起來揭開神秘的月球面紗吧!
Mia_96
・2021/06/11 ・2540字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2021 / 05 / 26 的月全食景象,一顆血紅色的月球在東方出現,無論是在家觀看,或是跟著天文館轉播的景象,都成為五月必看的天文景象之一。過去我們抬頭欣賞月亮時,總是認為我們只看的到月球的一面,另外一面站在地球上的我們永遠無法目睹。

我們通常認為位在地球的觀測者只能觀測到月球半面的亮面。圖/envato elements

但,我們真的只能看到一半的月球嗎?

只能看到半面月球的原因——潮汐鎖定

月球屬於地球的衛星,從月球形成以來,便圍繞著地球旋轉,因為地球自轉產生月球的東升西落,也因為月球的公轉,造成每個月我們所看到新月、上弦、滿月、下弦。

從過去的經驗中,我們知道當我們位在在地球上時,人們永遠只看的到月球的半面!代表月球的自轉與公轉速度相等,月球繞地球公轉一圈,同時也才自轉一圈,所以月球才會一直以同一面面向地球!這個現象又稱作「潮汐鎖定」。

潮汐鎖定的原因,是因為月球繞著地球公轉時,同時也受到地球潮汐力作用(地球也受到月球潮汐力影響,所以我們的海水才會有潮起潮落的現象!),但因月球表面本身並沒有海洋,地球的引力直接影響到的為月球內部不規則的質量分布,將面向與背向地球的月球兩端逐漸形成類似橢圓球體的形狀。

為了方便理解,我們把受地球潮汐力影響的橢圓月球簡化成一個槓桿,若地球潮汐力方向與月球槓桿平行,則不會影響月球自轉(如下圖綠色所示),反之,則會被潮汐力影響而改變自轉運動(如下圖紅色所示),且最終會回到綠色狀態。

潮汐鎖定示意圖,圖中黑色圓形為地球,大圓為公轉軌道,小圓為自轉軌跡,綠色代表月球不受潮汐力改變自轉的狀態,紅色則是月球受潮汐力影響改變自轉的狀態。圖/wikipedia

在地球潮汐力的持續作用下,不同位置的月球將全部變成綠色狀態,此時,月球的自轉速度會與公轉速度會相等,且永遠以同一面面向地球,就像是月球被地球鎖定一樣。

其實不只是月球會產生潮汐鎖定,在過更久的時間之後,地球也會受到月球影響而被月球潮汐鎖定,但因為地球本身的質量比月球大太多太多了,所以可能直到太陽繼續演化成紅巨星,吞噬太陽系後,地球都還不會達到潮汐鎖定的現象。

雖然地球與月球兩個天體並沒有相互達到潮汐鎖定,但太陽系中的外側天體:冥王星和其衛星—凱倫已經彼此達到了潮汐鎖定的現象!所以冥王星永遠會以同一面面向凱倫,而凱倫也永遠會以同一面面向冥王星。

冥王星背對冥衛一的一面(左)和朝向冥衛一的一面(右)(2015 年 6 月 27 日)。圖/Wikipedia

潮汐鎖定的原理,也被我們應用於人造衛星的軌道設計中,部分人造衛星繞著地球的公轉週期和地球的自轉週期相等,使人造衛星可以一直觀測地球同一個地方,從地球上看,衛星便會像沒有移動一般一直在相同地點的上方,這樣的衛星就被稱為「地球同步衛星」。

地球同步衛星因為一直在相同地點的上方,所以可以對同一個區域做長時間的觀測並獲得資料,也可以幫助我們了解區域中天氣系統的演化與移動情況,以東亞為例,便有日本所發射的地球同步衛星「向日葵」來獲得大氣中的資料。

有沒有機會看到更大的月球表面呢?

但其實,上面的解釋僅代表著很理想的狀態,受到月球軌道運動、觀測者所在位置、物理條件等等因素,都使我們觀測的月球其實擁有上下左右晃動的現象,所以我們真正可以觀察到的月球,其實大概佔了表面的 59%!而這種現象,我們將它稱為天秤動!

天秤動可以分為兩大類:幾何天秤動與物理天秤動。

幾何天秤動代表的是觀測者位置與月球間的關係之變化。例如月球繞著地球公轉時,也有近地點與遠地點,當月球走到近地點時,月球的公轉速度較快;走到遠地點時,月球的公轉速度較慢,但無論公轉周期的快慢,月球的自轉速度皆相似,這時公轉與自轉速度產生些微差異,我們便可以觀察到月球東西兩側多一點點。

而在地球上的觀測者也會影響著可以觀測到的月球盤面,觀測者所位在的地球也有自轉現象,當地球自轉時,觀測者同時也在移動(只是因為我們就站在自轉的地球上,所以感受不到),這時便可觀測到多一點的東西兩側月球。如果觀測者所在的緯度不一樣,也有可能觀測到南北兩側多一點點的月球。

月球地球因為相對位置不停變化,
間接造成地球觀看到的月球表面也有些微差異。圖/envato element

物理天秤動造成的影響相對就較小一點,物理天秤動代表的是月球真正擺動產生的效應!因為月球本身並非正球體,其三軸本身便不等長,所以在轉動時,其各地的旋轉速度其實會產生些微差異,但因為物理天秤動造成的影響相對較小,通常我們較不會考慮其帶來的影響!

更多的月球外,還有看似大小相異的月球!

除了實際上人類可以觀測到 59% 的月球外,為什麼有時候我們又會覺得月球特別大呢?其中一個原因就是跟上面提到的近地點遠地點相互關係!假設今天月球剛好公轉到近地點而遇到滿月時,地球的觀測者就會覺得月球變的好像比較大顆,但其實月球的大小從頭到尾都沒有改變過!

自古以來月球便是人們好奇、追尋的夜空天體,透過不同的天文景象與科學家的努力,都讓我們對月球有更進一步的理解,下次有機會,記得抬頭欣賞這顆銀白天體!

參考資料

  1. 台北市立天文科學教育館
  2. Youtube – 李永樂老師,月亮為什麼總是一面朝向地球
  3. 月球天平動
  4. 蕭俊傑,人造衛星的軌道
  5. 潮汐鎖定 – 維基百科,自由的百科全書
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