月球起源的謎團
自古以來，月球一直籠罩著神祕的面紗。首先，就讓我們從月球的起源開始探究起：目前最主流的假說是大碰撞說，我們可以從月岩的定年研究得知，月球大約在45億年前形成，相當於太陽系最初形成的3000至5000萬年後。而地球在形成之後，就被一個大小和火星差不多的天體撞擊，天文學家將這個天體命名為忒伊亞（Theia）。這場撞擊所產生的殘骸散落在地球附近，最後凝聚成今日我們所稱的月球。至於月球的組成成分究竟是來自地球，還是當初撞上地球的小行星，又或是兩者皆有，至今仍備受爭論。
月球是天空中第二亮的天體，亮度僅次於太陽，它以各種不同的方式影響著地球上的生命。月球、地球及太陽的重力交互作用讓海洋有了潮汐，每天的長度也因此微幅增加；我們還根據月相制定了曆法。直到1959年，蘇聯太空船登陸月球之前，我們都只能從遙遠的地球對月球進行研究。1969年，人類首度踏上月球；直至今日，月球仍是宇宙中除了地球之外，人類唯一駐足停留之處。
歷經數十年的研究，我們總算對這顆衛星有了多一點了解。我們知道月球內部和地球一樣有分異作用，分為核心、地函和地殼。核心部分富含鐵，液態外核包圍著中央的固態核心，核心和其他部分相較之下小得多，半徑僅約350公里，約為月球半徑的20%。在核心外圍，是500公里厚的部分熔融邊界層，科學家認為這是月球形成後不久，地函的岩漿海洋冷卻結晶所形成；至於地函，這層堅硬的岩石有1000公里厚。月球的地殼也是岩質，厚度約60至100公里。對月岩進行分析後，科學家發現大部分的月球地殼是由鋁和鈦組成，且含有大約等量的三斜鐵輝石（pyroxferroite）和矽鈦鋯鐵礦（tranquillityite），科學家最初在月球發現上述兩種礦物，但後來在地球上也有找到。月球的表層被破碎的岩石粉末覆蓋，這層風化層有著如雪片的質地，聞起來還有些火藥味。
太空人在月球上都要戴著頭盔也是有原因的：月球的大氣非常稀薄，大氣中沒有氧氣、氮氣或氫氣。事實上，月球大氣的總量不到10噸，因此太陽風能夠長驅直入，撞擊月球表面形成濺射，使粒子噴灑進入大氣。月球內部也會放出揮發性氣體，使表面出現釋氣現象，這些過程會持續產生鈉、鉀以及氬、氡、釙的化合物，太陽風則會帶來氦-4，因此我們能在月球大氣中找到這些物質。至於存在於地球上的氧和其他中性元素，只會在月球的風化層中出現，但在大氣中卻付之闕如；這可能是因為太陽風會快速地將這些元素吹至太空。
月球的身高體重
月球是太陽系中密度第二高的天體，僅次於木衛一埃歐（Io）；它也是太陽系中第五大的衛星，前四大衛星分別是木衛三甘尼米德（Ganymede）、土衛六泰坦（Titan）、木衛四卡利斯多（Callisto）和木衛一埃歐。月球的直徑約為地球的四分之一，但其質量卻比0.0125個地球質量還要低。
月球有特殊的重力特性，雖然它和地球不同，並沒有雙極磁場，但卻有外部磁場，其重力僅約地球的六分之一。此外，月球還有許多質量聚集的「質量瘤」，形成強大的重力異常區，且大多集中在最大型的盆地附近。目前我們對於質量瘤的形成機制仍不太清楚，但盆地附近的重力異常可能來自於充斥其中的極高密度熔岩流。我們一直在月球上搜尋水的蹤跡， 雖然月球表面沒有水，但彗星帶來的水，或是太陽風的氫和風化層沉積物的氧交互作用所產生的水，仍可能潛伏在終年幽暗的盆地下。
月球呈現同步自轉，也就是它的公轉週期和自轉週期相同，因此月球一直以同一面面對地球；我們稱面向我們的那面為正面，另一面則是背面。有時候我們也會將背面稱為「暗面」，但其實背面和正面接收到的陽光照射量相同。
我們會用月相來描述所見的月球正面形貌，月相會隨著月球繞行地球以及地球繞行太陽的軌道而變化。當太陽和月球在地球的兩側時，我們會見到滿月；當太陽和月球在地球的同一側時，月球看起來則是暗的（我們稱為「新月」），在這之間的月相則是上弦月和下弦月。當太陽、月球和地球排列在一條直線上時，稱為「朔望」（syzygy），這時會發生日食或是月食（月球位於太陽和地球中間時會發生日食；地球位於太陽和月球中間時會發生月食）。由於月球軌道和地球軌道不在同個平面上，因此並不是每次新月或滿月都會發生日食或月食。古代的巴比倫天文學家發現，每隔18年左右就會發生類似的日月食，他們稱這個周期為沙羅周期（Saros cycle）。
從觀月到登月
西元前五世紀，巴比倫的天文學家首度對月球進行記錄，印度、希臘、波斯和中國的天文學家也相繼提出理論解釋月光的起源、潮汐和月相。中世紀的天文學家認為月球是完美的球體，1608年望遠鏡發明後，人們很快就將望遠鏡轉向月球。17世紀末，義大利天文學家弗朗西斯科．馬利亞．格里馬迪（Francesco Maria Grimaldi）等人已為許多月面特徵命名。
1950年代和1960年代，美國和蘇聯的太空競賽最終聚焦於月球探索，先是派了軌道衛星前往月球，接著就是送上人類。蘇聯在競賽中拔得頭籌，月球2號（Luna 2）太空船於1959年撞擊月球表面，又首度於1966年在月球表面軟著陸，並將探測器送入月球軌道。但在1969年，美國關鍵的阿波羅11號（Apollo 11）任務讓人類首度登陸月球，贏得太空競賽的勝利。
人類曾一度認為，我們終將在月球上建立太空基地，不過這個願望至今仍未實現。美國航太總署（NASA）的載人太空計畫不斷改變，或許這個計畫最終會由其他組織或是私人企業實現。
近年來，NASA、歐洲太空總署（European Space Agency）、中國國家航天局（China National Space Administration）、印度太空研究機構（Indian Space Research Organisation）和其他組織仍不斷將軌道衛星和登陸器送上月球。2012年1月，兩艘名為聖杯號（Gravity Recovery and Interior Laboratory，簡稱GRAIL，意為月球重力描繪與內部結構實驗室）的太空船開始環繞月球，詳細地測繪月球表面，並對月球複雜的內部結構和重力進行研究。
仔細觀察月球表面
月球的兩個半球（面向我們的正面和遠離我們的背面）擁有相當不同的表面特徵，正面大部分是月海和高地，月海是看起來顏色較深的區域（早期的天文學家以為這裡充滿了水，因此命名為海），高地的顏色看起來則較淺。其實月海並沒有水，它的顏色之所以看起來較深，是因為月海由早期火山噴發的熔岩凝固所形成；月球的背面正好相反，幾乎沒有月海。月球的正面和背面都布滿隕石坑，有些非常小，也有些寬達好幾公里；劇烈撞擊所產生的塵埃條紋，能由隕石坑中央向外綿延數百公尺。在月球形成後不久，山脈和其他火山地貌特徵就隨之成形，表面也逐漸冷卻、凝固。
登月阿波羅
1962年5月25日，時任美國總統約翰．甘迺迪（John F Kennedy）提出在十年內讓人類登陸月球並平安返航的目標。這在當時是個雄心勃勃的計畫，但NASA竟成功地在1969年7月21日以阿波羅11號將人類送上月球。NASA前後共六度將太空人送往月球，但由於預算縮減和經費移往天空實驗室（Skylab）太空梭計畫，在1972年12月阿波羅17號返回地球後，阿波羅任務就正式畫下句點，從那之後就再也沒有人類造訪月球了。
本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第20期（2016年05月號）
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