月球（

月球（Moon）

6-1 前言

「月球」是「地球」唯一的「天然衛星」（Natural Satellite），軌道半徑為 384,400公里，直徑為3,476公里，是「地球」的0.27倍，質量為7.35×10²²公斤，是「

地球」的0.012倍，重力場則為「地球」的六分之一。

6-2 月球觀測史

「月球」在天空中亮度僅次於「太陽」，「太陽」的「亮度」為-26.8等，「滿月

」時的「亮度」則為-12.7等。而「月球」在史前時代就已為人所熟知，我們無從得 知是誰最先發現「月球」。

1609年11月30日，義大利天文學家伽利略，首先利用望遠鏡來觀測「月球」

6-3 月球的相位（Lunation）

由於「月球」繞著「地球」運行，而「月球」本身不發光，其亮度全是反射「

太陽」之光線所致。因此在不同的時間看「月球」，就會產生不同的「明暗」與「

形狀」，此稱之為「月相」。

「月球」相位的變化週期平均為29天12小時44分鐘（29.53天），由「月相」變 化週期所訂出的「月」份大小，即為「農曆」的一個月，或稱為「朔望月」（ Lunation）。

月球相位（Lunation）

6-4 月食（Lunar Eclipse）

「月球」軌道與「地球」軌道有一個5°的夾角，因此當「月球」繞「地球」公 轉時，偶爾它便會運行至一個特別的位置，令「太陽」、「地球」及「月球」連成一 線，這時「月球」被「地球」的影子所遮蓋，即發生「月食」（Lunar Eclipse）的現 象。

月食（Lunar Eclipse）

《月食的種類》

「月食」共分為三種，包括「月全食」、「月偏食」與「月半影食」。

月 全 食：「月球」完全地進入「地球」的「本影」，稱為「月全食」

（Total Lunar Eclipse）。

月 偏 食：「月球」只有部份進入「地球」的「本影」，稱為「月偏食」

（Partial Lunar Eclipse）。

月半影食：「月球」完全或部分只進入「地球」的「半影」，稱為「月半影食」

（Penumbral Lunar Eclipse）。

《月食的顏色》

當「月球」完全地進入「地球」的本影時，即在「食既」至「生光」的一段時 間，「月球」並不會完全地消失於天空中。我們可以看見「月球」呈「紅色」，隱約 地掛在天空上。

6-5 月球的公轉與自轉

「月球」繞「地球」公轉運行的軌道稱為「白道」，其軌道面稱為「白道面」，

「白道面」與「黃道面」之間的夾角為5.145°。

因「地球」與「月球」間「潮汐力」（萬有引力）的影響，導致「月球」受到

「地球」的「潮汐鎖定」（Tidal Locking），使得「月球」的「自轉週期」與「公轉 週期」均為27.32天，因此「月球」永遠以同一面朝向「地球」。

但「月球」在繞行「地球」公轉的過程中，由於「月球」和「太陽」與「地球

」的方位改變，產生了「月相」盈虧變化。

兩個「新月」（朔）之間是29.5天（709小時），略長於「月球」真正的「公轉週 期」27.32天。因為「月球」在繞「地球」公轉的同時，「地球」也繞「太陽」公轉 了一些角度所致。

《沙羅週期》（Saros Cycle）

「太陽」、「地球」與「月球」每隔一段時間，又會回到原來相對的位置，所以

「日月食」自然具有週期性。

「日月食」的週期是由古代巴比倫人所發現的，此週期循環的時間為18年又11.3 天，稱為「沙羅週期」（Saros Cycle）。如果在這段時期中有五個閏年，「沙羅週期」

就成為18年又10.3天。

沙羅週期：「太陽」、「地球」、「月球」的運轉每隔18年又10天8小時，會重複回到原 來相對的位置，此週期稱為「沙羅週期」（Saros Cycle）。

《轉輪週期》（Exeligmos Cycle）

另一個較長的週期亦被使用，其長度是「沙羅週期」的3倍（54年又31天整），

或669個「朔望月」，稱為「轉輪週期」（Exeligmos Cycle）。

轉輪週期：「太陽」、「地球」、「月球」的運轉每隔54年又31天整，會精確地回到原 來相對的位置，此週期稱為「轉輪週期」（Exeligmos Cycle）。

6-6 萬有引力對地球與月球之影響

《地球的潮汐》

「月球」與「地球」之間的「萬有引力」造成了一些有趣的影響，最顯著的就 是「潮汐」現象。

「月球」的吸引力在正對「地球」處最強，在「地球」正背面最弱。因此整個

「地球」，尤其是海洋，朝著「月球」方向被稍稍拉起，使得地球上形成兩處小隆 起的區域，一處正對著「月球」而另一處則正背對著「月球」，因而產生「潮汐」

現象。

《地球自轉減慢》

由於「地球」並不是全部液態，「地球自轉」的時候，此兩處小隆起的區域會 被固態的地表帶著超前一點點，也就是說兩處小隆起的區域並不會剛剛好「正對著

」或「正背對著」月球。

這表示「月球」與「地球」之間的「潮汐力」方向並不是完全和「地心－月心

」的連線重合，於是在「月球」與「地球」之間產生了一個額外的「力矩」，導致

「月球」與「地球」系統的角動量由「地球」逐漸轉移到「月球」上。

這使得「地球自轉」每100年約減慢0.0018秒，「地球自轉」愈來愈慢，而「月 球」的軌道則每年升高3.8公分，愈來愈遠離「地球」。

但「月球」不會無限制地遠離而去，最遠大約是目前距離的1.4倍。若要達到此 最大距離，還須數十億年的時間。

《月球自轉與公轉同步》

「萬有引力」交互作用的「不對稱性」是「月球」自轉與公轉同步現象的成因

。

「月球」的「自轉」與「公轉」週期相同，「公轉」週期27.32天，「自轉」週期 也是27.32天，因而使得「月球」永遠以同一面對著「地球」，但不是面對「地球」

上的特定位置。

「月球」使得「地球」的自轉變慢，同樣地，「地球」也使得「月球」的自轉 變慢，當然這種效應比「月球」對「地球」來得更是強烈。

最後當「月球」的「自轉」週期等於其「公轉」週期時，「月球」上兩處因「

潮汐力」而形成的隆起的區域就會永遠停駐不移，因而不再拖慢「月球自轉」。

這種因「引潮力」而減慢「自轉」，終於達到本身「自轉」與「公轉」同步的 效應，也存在於許多太陽系中的其他衛星。

6-7 月球探測史：蘇聯

「月球」是人類唯一登陸過「地球」以外的星體，也是唯一有標本被帶回「地 球」的星體。

蘇聯共有29次探測「月球」的任務，其中成功20次，創下數不清「第一」的記錄，

有第一次探測器撞擊「月球」，第一次由「月球」旁邊通過並拍攝「月球」背面影 像，第一次軟著陸「月球」，第一個環繞「月球」運轉的衛星，第一次環繞「月球

」運行並返回「地球」。

1959年1月4日，蘇聯「月球一號」（Luna 1），第一艘到達「月球」的太空船。

1959年9月14日，蘇聯「月球二號」（Luna 2），第一艘撞擊「月球」的太空船。

1959年10月7日，蘇聯「月球三號」（Luna 3），第一次拍攝到「月球」背面的影 像。

1966年2月3日，蘇聯「月球九號」（Luna 9），第一艘「軟著陸」於「月球」的 太空船。

1970年9月24日，蘇聯「月球十六號」（Luna 16），第一次攜帶「月球」岩石返 回「地球」的無人太空船。

蘇聯有2個成功的「月球」探測系列任務，「月球計劃」與「農德計劃」。

月球計劃：「月球計劃」（The Luna Series），含有二十四個「月球」任務。

農德計劃：「農德計劃」（The Zond Series），含有五個「月球」任務。

6-8 月球探測史：美國

先鋒四號（Pioneer 4、1959-013A）：1959年3月3日，發射升空，「先鋒四號」是一 艘「旋轉穩定式」（Spin Stabilized）太空船，

經由「月球」旁邊通過，進入繞行「太陽」的 軌道，是美國首次脫離「地球」重力場的太空 探測器。

「先鋒四號」攜帶攝影機與「蓋格計數器」（ Geiger-Mueller Tube），測量「月球」的輻射環 境。從距離「月球」表面60,000公里處飛過，

因距離「月球」太遠，無法啟動光電感應器，

所以沒有任何「月球」幅射被偵測到，目前還 在繞「太陽」運轉中。

《遊騎兵計劃》 （The Ranger Program）

1961～1965年，美國NASA進行「遊騎兵計劃」（The Ranger Program），是美國 首次試圖取得近距離的「月球」影像。

「遊騎兵號」太空船的設計是用來直接撞擊「月球」表面，在撞擊前傳回「月 球」表面的照片，其影像解析度為0.5公尺。

「遊騎兵七號」撞擊覆蓋著「輻射紋」的「知識海」（Mare Cognitum），「遊騎 兵八號」撞擊含有複雜山脊系統的「寧靜海」（Mare Tranquillitatis），「遊騎兵九號

」則撞擊位於「月球高地」上大型的「阿方索隕石坑」（Alphonsus Crater）。

《探勘者計劃》 （The Surveyor Program）

1966～1968年，美國NASA進行「探勘者計劃」（The Surveyor Program），是美 國太空船第一次安全「軟著陸」的降落於「月球」表面。

「軟著陸」一般是太空船在接近「月球」時，逆向火箭開始噴火，逐漸減小太 空船的速度，然後緩慢地降落在預定的地點。

「探勘者計劃」主要目標是取得「月球」表面近距離照片，與確定「月球」的 地面結構是否可使太空人安全著陸。

每一艘「探勘者號」均配備「電視攝影機」，除此之外，「勘測者三號」與「勘 測者七號」還攜帶「機械鏟子」以挖掘「月球」表面土壤並做土壤分析。「勘測者 五號」、「勘測者六號」與「勘測者七號」的起落架具有磁性，同時裝置「α散射儀

」對「月球」表面物質進行化學分析。

「探勘者號」除了傳回「月球」表面影像外，其土壤分析結果證明「月球」表 面是堅實的，太空船在「月球」降落是不會深陷下去，同時太空人在「月球」表面 運動也不需要穿著特別的雪鞋。

《月球軌道者計劃》（The Lunar Orbiter Program）

1966～1967年，美國NASA進行「月球軌道者計劃」（The Lunar Orbiter Program

）。

「月球軌道者計劃」是由五艘相同型式的無人太空船對「月球」進行研究，其 主要目地是於「月球」近地面的平坦地區，探測未來「阿波羅計劃」適合太空人降 落的地點。其對「月球」特定任務有，地形攝影、地質資訊、精確軌道資訊，月球 重力場與環境分析……等。

五艘「月球軌道者號」在任務結束後，「月球」全部的近地面，與95％的背地 面均被拍攝。在36個預選地區，拍攝高解析度照片，做為往後「阿波羅計劃」降落 地點使用。「月球」表面的99％均以60公尺以上的解析度拍攝，精析度是從「地球

」上觀測的10倍以上。

《阿波羅計畫》 （The Apollo Program）

1963～1972年，美國NASA進行「阿波羅計畫」（The Apollo Program）。「阿波 羅計畫」設計目的是將人類登陸於「月球」，並將他們安全送返回「地球」。

共有六次任務完成目標，為「阿波羅十一號」、「阿波羅十二號」、「阿波羅十四 號」、「阿波羅十五號」、「阿波羅十六號」與「阿波羅十七號」。

六次登月任務帶回非常豐富的科學資料，與將近400公斤的「月球」岩石樣本

。所做的實驗包括，土壤結構分析、隕石分析、月震測量、熱流分析、月球測距、

磁場測量與太陽風測量。

「阿波羅七號」與「阿波羅九號」是位於「地球」軌道的任務，用來測試「指 揮艙」（Command Modules）與「登月艙」（Lunar Modules），並沒有帶回「月球」

資訊。

「阿波羅八號」與「阿波羅十號」在環繞「月球」時，測試不同的組件，並帶 回「月球」表面的照片。

「阿波羅十一號」是人類首次登陸「月球」，「阿波羅十三號」因故障並沒有登 陸「月球」，但也有帶回「月球」表面的照片，「阿波羅十七號」是人類最後一次登 陸「月球」。

克萊門泰號（Clementine、1994-004A）：1994年1月25日發射，1994年2月19日進入

「月球」軌道。1994年2月26日，開始有系 統的測繪「月球」。

克萊門泰號（Clementine）

1994年5月5日，「克萊門泰號」繞行「月球

」2圈後脫離「月球」軌道。

1994年5月7日，「克萊門泰號」因電腦發生 故障而中止任務。

「克萊門泰號」使用雙基雷達對「月球」

進行探測，根據雷達波反射的資料，估計

在極區的隕石坑中可能有「水冰」的存在

。

月球探勘者號（Lunar Prospector、1998-001A）：1998年1月6日發射，1998年1月11 日抵達「月球」。

「月球探勘者號」花了18個月，

環繞「月球」6,800圈，探測「月 球」的化學組成，「重力場」與「

磁場」，並對「月球」極區進行了 探測。

月球探勘者號（Lunar Prospector）

1999年7月31日，「月球探勘者號

」成功地撞毀於「月球」南極的 預定點，為整個任務劃下完美的 句點。

6-9 月球探測史：歐洲

2003年，「歐洲太空總署」（European Space Agency、ESA）發射歐洲第一艘「

月球」探測太空船「智慧一號」（Small Missions for Advanced Research in Technology

、SMART-1），「智慧一號」是歐洲11個國家共同合作所發展的。

智慧一號（SMART-1）：2003年9月27日，由法屬「圭亞那太空中心」以「亞利安五 號火箭」（Ariane）發射升空。2004年11月15日進入「月球

」軌道，預計2005年1月開始進行科學任務，2005年4月成 為「月球」的繞極衛星。

智慧一號（SMART-1）

6-10 月球的起源

「月球」的起源有四種主要的學說，為「同源說」（Co-accretion Theory）、「捕 獲說」（Capture Theory）、「分裂說」（Fission Theory）與「撞擊說」（Impact Theory

）。

同源說：「同源說」認為「月球」與「地球」是太陽系形成的過程中，同時由最初 的星塵所形成的。

捕獲說：「捕獲說」認為「月球」是在形成之後，行經「地球」附近而被「地球」

的重力場所捕捉過來的。

分裂說：「分裂說」認為「月球」是由於「地球」快速的旋轉（自轉）所崩離出來 的。

撞擊說：「撞擊說」認為「月球」是由於「地球」遭受其他大型星球撞擊後，噴出 的物質所形成的。

撞擊說（Impact Theory）

6-11 月球的構造

「月球」的大小及組成特性，它有時也會被歸類為「類地行星」的一員作比較

。所以「月球」本體也可以分為三層，由外而內是「月殼」、「月函」與「月核」。

月殼：「月殼」平均厚約60公里，面向「地球」處較薄約50公里，背向「地球」處 較厚約70公里。

月函：「月函」平均厚約1,200公里，由「矽酸鹽」所形成。

月核：「月核」半徑約為300～400公里，為「液態鐵」所形成的小核。

6-12 月球的表面

「月球」的表面主要有兩種地形，多坑洞而古老的「高地」（Highlands），與相 對平坦而年輕的「月海」（Maria）。

月海：「月海」（Maria）是「月球」非常顯目的特徵，佔「月球」表面積的16％，

是被「熔岩流」鋪平的巨大撞擊坑。「月海」只存在於向「地球」的一面，其 原因不明。

高地：「高地」（Highlands）佔「月球」表面大部分面積，是由「隕石」撞擊產生的

「塵沙」及「岩石碎屑」組合而成。

6-13 月球的隕石坑

「月球」的「正面」，大部分顯著的「隕石坑」都以科學史上的名人來命名，

6-14 月球的正面（Lunar Near Side）

「月球」面向「地球」的「月面」分為四個「象限」（Quarter），

第一象限：「月球」向地面，位於12：00～03：00的位置，稱為「第一象限」

（1st Quarter）。

第二象限：「月球」向地面，位於03：00～06：00的位置，稱為「第二象限」

（2nd Quarter）。

第三象限：「月球」向地面，位於06：00～09：00的位置，稱為「第三象限」

（3rd Quarter）。

第四象限：「月球」向地面，位於09：00～12：00的位置，稱為「第四象限」

（4th Quarter）。

《中國人名隕石坑》

特別一提的是，在「月球」正面有一個「隕石坑」是以中國近代天文學家的名 字命名，他是在臺灣過逝的高平子先生。

高隕石坑：「高隕石坑」（Kao Crater），為紀念中國近代天文學家高平子（Kao Ping- Tse，1888-1970）而命名。

「高隕石坑」位於「月球」東側邊緣，「史密斯海」（Mare Smythii）的南

方，南邊與「赫摩特隕石坑」（Helmert Crater）相接，西邊為「基斯隕石 坑」（Kiess Crater）。

高 隕石坑（Kao Crater）

1983年，「國際天文學聯合會」第十八屆大會在希臘召開，行星系命名 工作組通過決議，將「月球」正面，東經87.6°，南緯6.7°，直徑34公里 的一座「環形山」命名為「高平子環形山」（Kao Crater）。高平子成為 在月面上留名唯一的近代中國天文學家。

嫦娥隕石坑：「嫦娥隕石坑」（Chang-Ngo Crater），位於西經21.0°，南緯12.7°，直徑 3公里，應是嫦娥奔月的落腳處「廣寒宮」的所在。

秦帝隕石坑：「秦帝隕石坑」（Ching-Te Crater），位於東經30.0°，北緯20.0°，直徑4 公里，是秦始皇在「月球」的行宮。

宋梅隕石坑：「宋梅隕石坑」（Sung-Mei Crater），位於東經11.3°，北緯24.6°，直徑5 公里，但宋梅不知是何許人也？

6-15 月球的背面（Lunar Far Side）

「月球」的自轉週期與繞行「地球」的公轉週期相同，使得我們在「地球」上 看到的「月球」都是相同的一面。

「月球」的另一面，非常粗糙，佈滿了「隕石坑」，與我們所熟知的「月面」

有相當大的差異。

月球背面（Lunar Far Side）

由於「月球」的軌道並不是完全正圓，因而在「地球」上某些時候可以看到「

月球」的背面一點點。

直到前蘇聯的「月球三號」於1959年10月7日，拍下第一張「月球」背面的照 片，人類才第一次見到「月球」背面的全貌。

第一張月球背面照片 第二張月球背面照片

「月球」的背面，「月海」很少，「隕石坑」卻特別多，幾乎都是用前蘇聯的哲 學家或科學家命名的，有5個不算小的「隕石坑」，是以中國古代的天文學家來命名

。

他們分別是，戰國時期魏國的石申、漢代的張衡、南北朝的祖沖之、元代的郭 守敬、還有一位是明代的一位官員，姓名不詳，只知道他的官銜是「萬戶」。

中 國 人 名 隕 石 坑

隕 石 坑 名 緯 度 經 度 直 徑

（公里） 位 置

石 申 Shi Shen 北緯76.0° 東經104.1° 43 背 面 張 衡 Chang Heng 北緯19.0° 東經112.2° 43 背 面 祖沖之 Tsu Chung Chi 北緯17.3° 東經145.1° 28 背 面 郭守敬 Kuo Shou Ching 北緯08.4° 西經133.7° 34 背 面 萬 戶 Wan-Hoo 南緯09.8° 西經138.8° 52 背 面 嫦 娥 Chang-Ngo 南緯12.7° 西經21.0° 3 正 面 秦 帝 Ching-Te 北緯20.0° 東經30.0° 4 正 面 宋 梅 Sung-Mei 北緯24.6° 東經11.3° 5 正 面

高 Kao 南緯06.7° 東經87.6° 34 正 面

6-16 月球的大氣

雖然大多數人認為「月球」上沒有大氣存在，但事實証明「月球」的確有非常 稀薄的大氣。

「阿波羅計畫」時期就發現「月球」有大氣存在，但極為稀薄，登月太空人發 現「月球」上有「氦」（He）與「氬」（Ar），後來從「地球」上觀測「月球」還發 現有「鈉」（Na）與「鉀」（K）的存在。另外還有微量的「氧」（O）、「矽」（Si）、

「鎂」（Al）……等，但「地球」上常見到的「氮」（N）並沒有發現。

「月球」大氣的來源，據推測是一種稱做「微隕星」（Micrometeorites）的「隕 石」，直徑約數微米（μm）～數毫米（mm），撞擊「月球」時使岩石瞬間昇華所造 成的，但並沒有實際的證據支持此理論，亦有人認為是「太陽」不斷照射而蒸發出 來的，使得「月球」大氣的來源依舊成謎。

6-17 月球的溫度

由於「月球」沒有大氣層來保持溫度，所以其表面溫度變化很大。「太陽」照射 的時候，平均有107℃。沒有「太陽」照射的時候，平均是-153℃。

因「月球」表面物質成分不盡相同，加上不同緯度所受到的日照程度不一，最 熱的地方可高至123℃，最冷的地方可低至-233℃。

6-18 月球的磁場

「月球」現在並沒有全球性的「磁場」，其「磁場」只是「地球」的萬分之一 而已。不過有些「月球」表面岩石標本卻具有「殘磁性」，這表示早期「月球」可 能曾經具有「磁場」。

「月球」由於沒有「大氣」與「磁場」，其表面是直接暴露在「太陽風」之中

，在它超過40億年的歷史中，許多來自「太陽風」的「氫離子」（質子）持續打入

「月球」表面的「風化層」中，因此由「阿波羅計畫」所帶回的「風化層」標本對

「太陽風」的研究有非常大的價值。