张建松

尽管人类已经登上了月球，但仍有众多的月球之谜有待科学家深入研究，其中最大的谜题就是月球到底如何形成的？为什么月球形成了不规则的三轴椭球体形状？

中国科学院测量与地球物理所高布锡研究员利用月球的天平动参数以及引力场系数，计算出月球椭球体3个主向径A、B、C的长度和月球的形状，并从理论上证明：大约在30亿年前，月球已经冷却和固化，现在的月球基本上保留了凝结时的形状。这项研究得到国家自然科学基金的资助，相关研究论文已刊登在国家核心期刊《天文学报》上。

高布锡认为，月球的主向径A、B、C是由月球的形状和质量分布所决定的，它们与月亮的二阶引力位系数和天平动参数有关，所以利用月球的引力位系数，或利用月球的天平动参数，都可以对月球的动力学形状进行研究，由月球的动力学形状又可以推算出月球凝结时的自转和轨道状态，这为探讨月球的起源和轨道演化，提供了一条新的途径。

早在18世纪末，法国数学家皮埃尔·西蒙·拉普拉斯就注意到，形状不规则的月球自转时会发生“颤抖”，月球形状好像被人用拇指和食指捏住两极“挤”过了一样。

20世纪六七十年代，人类发射到太空的探测器也发现，处于月球与地球连线上的月球半径被拉长，也就是说，如

果沿赤道把月球分成两半，截面不是正圆，而是像橄榄球一样的椭圆，“球尖”指向地球。

不规则形状

月球为什么形成了这种不规则形状？有科学家认为，这是因为在久远的月球形成初期，月球自转较快，产生的离心力可能使月球赤道地区“鼓”出一块。

但也有科学家认为，月球曾经沿着一条椭率很大的近地轨道运行，而且月球的自转周期与轨道周期共振，在月球通过近地点时，强大的地球引潮力使得月球在向地球的方向上被拉长。共振保证了月球上的形变是比较固定的。由于月球比地球小得多，所以早在大约30亿年前，月球的岩石圈已经冷却固化，因此月球的形状被保留下来。

高布锡根据月球的3个主轴长度之差，推算出月球凝固时的自转周期为3.652天，月地距离比现在的月地距离近2.2倍，月球的自转周期与绕地轨道周期之比约为2.2:1，很接近于共振。这一结果支持了后一种观点。

“我们通过对月球形状的研究，可以推算出30亿年前的地球潮汐引力以及当时月球的自转速度，从而提供了月球凝固时的演化基点，这对于探索月球的起源和演变历史是很有意义的。”高布锡说。

四种说法

目前关于月球的起源归纳起来共有4种假说，即地月同源说、俘获说、分裂说和撞击说。

“同源说”认为地球和月亮由同一块尘埃云凝聚而成，地球形成的时候，一开始便以大团的铁为核心，并在其外围吸积了许多密度较小的石物质；月球的形成稍晚于地球，它由地球周围残余的非金属物质聚集而成，因而密度较小。“俘获说”认为，当46亿年以前太阳系从一大团星云物质脱胎而出时，月球很可能是太阳系里的一颗小行星，在围绕太阳运行的过程中，一度接近地球，并为地球的引力所俘获，成为地球的卫星。“分裂说”则认为，在40多亿年前太阳系形成之初，地球处于高温熔融状态，自转很快，天长日久，便从赤道地区飞出一大块物质，形成了月球，太平洋便是月球分裂出去的残迹。这3种假说都遇到较大的理论上的困难。

上个世纪80年代中期，一位美国天文学家摆脱了上述3个假说的旧框框，提出一个崭新的“撞击说”。他认为，在太阳系形成早期，一个如同火星般大小的小行星，与原始地球侧面相撞，这颗行星的核和大部分物质被地球吸收，形成了较大的以铁镍为主的地核和由硅酸盐组成的地幔及地壳。其他部分碎片逐渐形成了月球。

“前3种假说获得了一些科学家的支持，但在某些问题上又难以自圆其说，尤其是分裂说，现在赞成的人已经不多了。我们的研究就是为这些假说寻找理论依据，看看哪种假说最完美、在科学上最站得住脚。”高布锡说。

延伸阅读：

月球，一颗离我们最近的星体，但它不是恒星、行星，而是围绕地球旋转的唯一的一颗天然卫星。理所当然，月球早在史前就已被人所知道。它是空中仅次于太阳。由于月球每月绕地球公转一周，地球、月球、太阳之间的角度不断变化；我们把它叫做一个朔望月。一个连续新月的出现需要29.5天（709小时），随月球轨道周期（由恒星测量）因地球同时绕太阳公转变化而变化。

月球表面不少地方光滑如镜。好像被什么不知来源的酷热“烫”过了一样。 专家们分析说,这并非是由巨大的陨石撞击而造成的，有些科学家则认为，太阳爆出来的高热才是主要的因素。太空探测带回来的资料显示，月球的外壳底下有大块的浓缩物而且还有一股吸引力，太空船飞过时禁不住要倾斜。科学家只知道这些浓缩物是一种又重又密的物质， 其余就一无所知了。

在地球上看月球时，会看到有些黑影，太空人登陆到这个平原状的黑影区时，发现很难在它的表面上钻孔，经研究这里的土壤样品中含有金属元素如钛、锫、钇等，科学家们为此感到十分惊异，因为这些金属元素要在相当高的热度——摄氏6000度以上才可能熔化，并与周围的岩石混合在一些。

宇航员们从月球上带回来的岩石样品中，都含有纯铁的粒子，科学家们认为这些纯铁粒子并非来自陨石。有专家报导，这些纯铁粒子带回地球后，好多年都未生过锈，纯铁不生锈在科学界还是破天荒第一次遇到这种事情。

月球没有大气层。但是根据相关研究数据表明可能在月球南极，处于永久阴暗面的大环行山处有固态水——冰。这如今已由月球勘探者号飞船证实。显然月球北极也有冰。它的表面有两种主要地形：巨大的环形山与古老的高原和相对平滑与年轻的月海。月海地形（覆盖月球表面达16％）是由火山喷出的炽热的熔岩冲蚀出的。大部分的表面是由灰土层尘埃与流星撞击的石头碎片覆盖。出于未知的理由，月海地形集中于靠近于地球的一面。大多数靠近地球的环形山，火山以历史上著名的科学家命名，背面的则多用近代的命名。

苏联飞行器月球2号于1959年代表人类第一次拜访是月球，这也是人类第一次在非地球星体上探索。它也是唯一一个被采回表面样本的星球。在1994年夏天，月球被大范围地作了地图映象。月球勘探者号如今正绕着月球转。

地球与月球之间的引力场形成了有趣的现象。最显而易见的便是潮汐现象。地球正对月球的一点引力最大，反面一点则相对弱小一些。地球，特别是海洋并不是完全地固定的，而是朝月球方向略有延伸的。从地球表面为透视角观察的话，会看到地球表面的两个膨胀点，一个正对月球，另一个则正对反面。