Product Info
Description
PRODUCT INFORMATION
文化符號 月球在天空中運行,明亮的圓盤形狀有著週期性的變化,從新月(全暗的)、弦月(部份明亮)、凸月(大部分是明亮的)到滿月(全亮的)然後再回到新月,周而復始。數萬年來,許多文化依循著月相的循環,這些規律記錄提供了計算時間的方法。 月相從新月、滿月再回到新月,一個完整循環約29.5天,約一個月。事實上,一個「月」的名稱就是來自月球。雖然我們現在採用的格里曆根據的是太陽,但是月球週期依然是世界上宗教和文化不可或缺的部份,標示著重要事件和里程碑。例如,華人有許多節慶是根據陰曆(例如中秋節,慶祝一年中最明亮的滿月),猶太曆和回曆也都是依據月球週期。 伽利略第一次使用望遠鏡觀測月球是在1609年。這幅繪畫呈現他正對兩位天主教主教解釋月球的特徵 101科學教室:月球 月球是夜空中顯著的物體,約每個月重複著相同的變化週期。地球上的觀測者可以辨認出月球多數的主要基本特徵。月光也是強大光源,滿月時,月亮可以照亮最深的黑夜,對於戶外露營和健行來說是好的,但對於觀測恆星和星系來說卻是光害。 事實上月球會自轉,以自轉軸(由北極向南極延伸的假想線)為軸心,自轉一周約27天。在相同的時間內,月球也會繞著地球公轉一圈360度,就像地球繞太陽公轉一樣。 最常見的誤解是以為月球會發光,但月光其實是反射自太陽光。 月球在繞地球公轉的同時,與太陽的相對位置也改變了,我們所看到的月相變化(新月、眉月)就是因為太陽與地月系統相對位置變化所造成。滿月時,地球位在太陽與月球之間,因此我們可以看到完全照亮的月面。新月時,則是月球位在地球和太陽之間。地球的夥伴月球,每29.5天就會完成一次這樣的循環。 和地球不同的是,月球的自轉軸幾乎垂直於陽光的方向,因此月球表面的某些隕石坑長年處於陰影內,照不到陽光。在這些陰暗的區域,溫度遠低於水的凝固點,這樣的寒冷足以使水冰存在近30億年,這是科學家探討多年終於在10年前確認的理論。在月球其他地方,溫度的變動取決於陽光。處於陰影的區域,溫度可以低至-173℃,而暴露在陽光下的區域溫度可達127℃。 在1600年代初期,約翰尼斯.克卜勒(Johannes Kepler)闡釋了行星運動基本定律,其中包含橢圓形軌道特性以及公轉物體的速度。同一個世紀稍晚,艾薩克.牛頓(Isaac Newton)爵士以自己的運動定律和萬有引力定律解釋行星運動,提供了更深入澈底的說明。這些人共同奠定了物理與數學的基礎,使後來的傑出物理學家能以此繼續發展。 月球反射太陽光,當月球繞地球(中央)公轉時,其與地球和太陽(位於中心,在這張圖片的右側),在這個移動的過程中,我們看到的亮面比例不同。 月球的軌道面相對於太陽系的軌道面約傾斜5∘,這也是為什麼並不是每次新月時,月球都會和地球、太陽在同一直線上,不然我們就可以每29.5天就看到一次日食了。 月球直徑約是地球直徑的27%,體積則是地球的2%。 月球的軌道一直在改變,一點一點的,距離地球越來越遠。每年約遠離3.8公分,在此同時,地球的自轉速度每世紀會慢個幾毫秒。數十億年前,月球距離我們比較近,地球的自轉也比現在快。數十億年後則會是月球距離我們比現在遠,地球自轉比現在更慢。 前往月球 1960年代的最後幾年,甘迺迪總統的目標是要在1970年之前讓人類登陸月球。然而阿波羅任務並非全都成功,其實一開始是個悲劇性的災難。 為了籌備美國太空機構以達成人類登陸月球,需要的資源超乎想像。光是人力就包含40萬位工程師、科學家和其他人員,還有2萬家企業和大學。 阿波羅計畫耗資約240億美元(相當於現在的1500億美元),NASA經費約佔美國聯邦政府預算的4%,客觀比較的參考是,現在NASA獲得的經費約佔美國聯邦政府預算的0.5%。 人類的第一步 1969年7月20日,一艘來自人類製造的太空船,四個腳墊緩緩降落在月球表面。大約六個小時後,尼爾.阿姆斯壯(Neil Armstrong)小心翼翼的從三公尺高的梯子上方走下來,踏上這個外星土地。名為老鷹號的登月艙,上方架設的電視攝影機拍下了他接下來的步伐,這些影像發送到地球上引頸期盼的人們眼前。當他踏上月球表面,鞋子在灰色粉末狀的「月塵」上留下拓印,隨著他緩慢前進的同時,在身後形成一排鞋印。一個來自地球的人正走在月球上。 鏡頭轉回到地球,德州休士頓的載人太空船中心(後來更名為詹森太空中心)裡,任務計畫團隊鬆了一大口氣並且大聲歡呼。他們辦到了。美國人達成了甘迺迪總統八年前在國會設定的目標,在10年內成功把美國太空人送上月球。幾天後NASA的工程師會把阿波羅11的三位太空人尼爾.阿姆斯壯、巴茲.艾德林以及麥可.柯林斯(Michael Collins)安全送回地球。要達成這成功的目標,需要龐大的經費與約40萬工作人員的努力。 1962年9月12日,甘迺迪總統在萊斯大學發表經典談話,他說:「我們選擇在這10年內前往月球並完成其他的事,不是因為簡單,而是因為困難。」 這張照片是阿波羅八號的成員所拍攝,地球從月球表面升起,是阿波羅時代最經典的影像之一。 六次阿波羅任務的其中三次,太空人在月球表面設置並留下了反射實驗,由地球上特定大型天文台對月球上的這些反射鏡發射雷射光,雷射光照射到鏡面會反射回到發射源,因此科學家可以計算光來回所需的時間。因為光以特定速率前進,因此科學家可以藉這樣的測量,計算月球和地球的距離。利用阿波羅11、14和15號在月面上設置的反射鏡,我們得知月球軌道以每年3.8公分的速度逐漸遠離地球。 阿波羅的六次任務中,其中有四次的隊員登陸時帶了儀器測量月球磁場。結果顯示月球上的磁場強度會隨著地點而有顯著變化。有五次任務帶了地震儀,其中有四個持續運作到1977年9月。當不同位置的地震儀偵測到同一個震動,科學家可以藉此了解月球內部。綜合這些儀器的結果,他們知道了月球和地球類似,有著地殼、月球地函(介於外殼和月核周邊熔融層間),以及固態富含鐵的內部核心。 現在研究人員以改良的分析技術使用這所有資料。但是藉由所有蒐集的材料和留置的儀器都只能知道月球的正面,而那只是月球的一部份。大部份的月球依然未經探索。 1972年12月7日,美國當地時間剛過午夜,阿波羅17號從甘迺迪太空中心發射升空。12月11日美國太空人尤金.賽南和哈里森.舒密特安全降落月球上的陶拉斯-利特羅山谷。他們是最後走在月球表面的兩個人。 在這之後,還沒有人回到月球表面。 阿波羅17號太空人哈里森.舒密特(Harrison “Jack” Schmitt)利用可調式採樣鏟蒐集月球樣本 ,前景的三腳架是用來做為顏色與大小的參考。 圖解月球史 月球形成於太陽系早期。最可能的一連串事件,是以一次猛烈碰撞揭開序幕,稱為大碰撞理論,一個火星般大小的原行星撞上地球。但是對於其中的細節,例如撞上地球的速度、角度以及它從哪裡來的等,目前仍不清楚。畢竟沒有科學家能在現場直接目擊。其他問題依然存在。例如,在碰撞之後,地球和周遭環境變得如何?有些研究人員相信,撞擊的物體汽化形成環繞地球的圓盤,然後約在100年後,凝聚形成月球。其他科學家認為,碰撞的能量太巨大,因此一大部份的地球也汽化了,後來與撞擊物的殘骸混合。雖然還有許多懸而未決的問題,但也有許多是我們已知何時以及如何發生的。 數十億年前,一個跟火星差不多大的物體,稱為忒伊亞,撞上原始地球,結果促成月球誕生。 岩石碎塊因為重力而聚集,並且吸引更多物質,形成月球。 月球的科學 月球和地球都有複雜且層狀的內部,包含(由外而內)地殼、兩層地函和核心。 在月球歷史早期,內部的液態鐵核可能產生全球性的磁場。 這幅由阿波羅15號拍攝的影像中,低角度照射的陽光使月球上的阿格里科拉山脈更為明顯。 地球與月球有什麼關聯? 月球對地球來說,不只是一個隔壁的天體而已。地球和月球是彼此關聯的,正如塑造它們的過程。行星科學家比爾.博特克(Bill Bottke)表示:「月球是迷人的世界,但同時也告訴我們關於地球和太陽系的故事。」這個故事是有關地球、火星、金星和水星這四顆內行星,在太陽系46億年來發生的事,其中尤其清楚的是最初五億年。 下一步往哪走? 以敬畏與好奇的眼光仰望月球近千年後,我們對於地球唯一衛星的了解,在過去60年取得大幅進展。科學家已經有了這麼多發現,卻依然有更多神秘的未知有待解決。月球探索的下一個篇章,會是什麼樣子呢? NASA最近公佈,研究人員將開啟依然密封著的阿波羅樣本。那些樣本自數十年前從月球上帶回來後就一直鎖著,但和其他已經研究過的樣本一樣,都是取自月球正面。但科學家需要取自月球不同位置的新樣本,看來他們可能快要能如願以償了。 2019年1月,中國成功使太空船首度登陸月球背面,並且操控自動化探測車在月球表面穿梭。根據最近的報導,中國的下個任務計畫在2020年11月底發射,前往月球正面蒐集樣本。這個名為嫦娥五號的未來任務,再加上最近在月球背面的嫦娥四號,據說是為另一架太空船做準備,之後這架太空船會在從未採樣的月球背面,接近南極的區域蒐集物質,這個區域是科學家一直渴望取得樣本的。中國已經計劃了許多後續任務,這一切的準備都是為了他們期望的未來:在月球上建立科學研究基地。 中國也在發展重型運載火箭系統,有傳言指出預計會在2030年左右測試飛行。俄羅斯也重返月球探測的舞台,最近吸引大眾注意的是正在建造「超級重型運載」火箭,目的是希望鞏固他們在新太空競賽的地位。許多私人公司也在推動計畫,準備發射裝置。傑佛瑞.貝佐斯(Jeff Bezos)的藍色起源(Blue Origin)正發展新葛倫(New Glenn)火箭;伊隆.馬斯克(Elon Musk)的公司SpaceX則在發展星艦(Starship),而且為了籌措發展所需資金,他的公司販售環繞月球的機票,日本富豪前澤友作(Yusaku Maezawa)為自己和一組藝術家買了座位,成為第一批月球旅客,預計在2023年起飛。 2019年1月,中國的嫦娥四號探測車輾過月球的塵土。在這張經過處理的照片中,塵土呈現紅色。 為了準備未來人類登月任務,中國的月宮一號實驗,測試生物再生生命支持系統(BLSS),在獨立環境中達370天,模擬月球基地。
TABLE OF CONTENT
前言:月球令人著迷的地方 4 第一章: 月球的悠久歷史 8 月球是夜空中最顯眼的天體,啟發了數千年來的觀星人。在文化與宗教中,月球都有顯著的地位,當科學探索開始,地球的這顆衛星自然也成為主要目標。 第二章: 人類的足跡 30 1969年,美國航太總署讓兩個人成功登陸月球,阿波羅11號以及接下來的五次成功任務,是如何抵達月球表面?對於人類、科學與探索精神有什麼成就? 第三章: 月球的科學 52 科學家對月球已經進行過無數次的觀測,包含太空船觀測以及分析阿波羅任務帶回的月岩。他們發現了月球表面存在水的跡象,也量測了月球地殼的厚度,並且進一步了解地表下的物質。 第四章: 下一步往哪走? 100 月球已經提供我們有關它本質的豐富線索,但是研究人員有更多問題想問。接下來的任務是什麼?載人的登月探索下一步要前往哪裡? 影像來源 112
PREFACE/READING GUIDANCE
編者的話 前言 月球令人著迷的地方 1969年,人類第一次踏上月球。這個我們熟悉而且賞心悅目的鄰居,竟然是個怪異的陌生世界。這趟深入太空的旅程,也使這個地球的夥伴,確定成為下一波尖端探索與科學研究的目標。曾經踏上月球的人只有12位,而最後兩位的月球之旅已經是1972年的事了。這六次登陸 月球的阿波羅任務,在月球表面的時間總計300個小時。在這期間,太空人帶回了珍貴的觀測紀錄和月球樣本,不僅持續揭開月球的秘密,也揭開了地球的秘密。 自從數十年前的這些載人任務之後,人類發射了一架又一架的太空船,進入月球軌道並降落月球表面。這些自動化探索,發掘出許多關於月球的知識,深度驚人。它們發現了水冰、量測月球表面的地殼厚度,並測繪出月球表面的化學成份與分布。 我們對於月球的探索,看來並沒有要停止的跡象。中國的一架新的太空船在2019年1月登陸月球背面,預計還有其他的太空船即將發射。這所有自動化的任務有助於使月球探索有更多的進展,並且為人類重返月球鋪路,對我們來說是再一次與宇宙有了真實的連結。從每年的農曆新年慶祝活動、藝術、文化傳統到神話,月球對於人類的生活經驗與想像,有著深遠的影響。在太陽系的眾多天體中,月球的地位對我們來說是最為與眾不同的。