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《月亮全书》:从古典时期到太空时代,人类月球探索伟大瞬间全纪录

《月亮全书》:从古典时期到太空时代,人类月球探索伟大瞬间全纪录《月亮全书》:从古典时期到太空时代,人类月球探索伟大瞬间全纪录

古代,我们就有嫦娥奔月的神话故事,可见我们对月亮并非无所不知,最熟悉的陌生星。月亮全书,这本书以人类各种文明对月亮的幻想开篇,也算是一个很独特的视角,以此开始按照人类科学技术的发展轨迹,依次经历了望远镜时代、近代、探测器时代不同时期人类所看到的月球的不同面貌,后面还有如何观测月球的详细攻略,可谓趣味性和实用性俱佳。紫图出的都是大块头精品科普,可读可收藏。

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古典时代,人类对月球运动规律的研究,月球研究从宗教迷信走向科学。

古人观察月亮发现了月亮会规律性地出现阴晴圆缺的变化,并根据月亮在天空中位置的变化,发明了各种历法,成为人类最早测量时间和安排生活的手段之一。

为了系统性地了解月亮的阴晴圆缺变化、日食、月食等现象,2000多年前的古希腊先哲们试图抛开宗教迷信,从天文的角度来理解月球在夜空中的变化规律。由于受到来自正统宗教势力的压迫,天文学发展非常缓慢,直到14世纪至16世纪的欧洲文艺复兴时期,天文学才取得了重大突破。这其中最著名的当属天文学家尼古拉·哥白尼在16世纪提出的“日心说”,有力地打破了长期以来居于宗教统治地位的“地心说”谬论,实现了天文学的根本变革。日心说模型经过了后来约翰尼斯·开普勒的天体运行规律和牛顿的万有引力定律的改进,赢得了广泛的认可,最终成了奠定现代宇宙学发展的重要基础之一。

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日心说完美地解释了月球规律性的阴晴圆缺,原来是地球、月球和太阳三个天体之间相对位置变化的结果。随着对天体运动规律研究的深入,越来越多的天文现象得到了科学合理的解释,人们最终认识到那些月球的“神秘”现象不过是天体运动的自然结果而已,迷信和神话传说逐渐被基于物理规律的天文学所取代。

望远镜时代,制图学主导的月球科学又有哪些进展呢?

望远镜是人类科学史上的一项重大发明, 1609年,伽利略首次将望远镜对准了月球,并绘制了大量月球图像,撰写了《星际信使》用来记录他通过望远镜观测到的新发现:月球具有粗糙的表面,不仅有山脉、峡谷、平原、海洋等熟悉的地形,还有一种地球上并不常见的特征——无处不在的环形山,人类对月球的认知提升到了一个新的科学高度。

伽利略的观察结果引起了巨大轰动,激起了很多人通过望远镜来“近距离”欣赏月球的兴趣,用望远镜对月球的观测和描绘掀起了制图热潮,至此制图学主导了月球科学的发展。

从1668年的艾萨克·牛顿反射式望远镜的成功搭建,到18世纪消色差折射望远镜的发明,望远镜技术得到了长足的发展,人类可以更精准更高效地观测月球。人们对绘制地图的精度追求越来越高,终于在1837年达到巅峰。这一年,德国天文学家威廉·比尔和地理学家约翰·海因里希·马德勒发表了重要著作《包含整个月球可见半球的月面图》,400多页地图中包含了丰富的细节以及详细的度量和坐标,并提供了各个月面特征的描述性说明。此后,人们用更先进的望远镜对月球做了进一步的观测和研究,也都是在比尔和马德勒的杰出成就的基础上做一些微小的修补而已。

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地质学时代,人类对月球地貌成因的探索。

19世纪30年代,摄影技术诞生,但是早期摄影技术远未达到足够的灵敏度,无法捕捉到暗弱或者移动的天体,因此摄影技术并没有广泛应用于天体观察,目视手绘观测依然是主流。20世纪50年代,摄影技术取得了突飞猛进的发展。1960年,行星科学家杰拉德·柯伊伯将摄影技术大范围应用于月球研究,发表了《月球摄影地图集》,成为太空时代来临之前的标准地图,至今仍有重要的参考价值。

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1960年,柯伊伯在亚利桑那大学创立了月球与行星实验室,揭开了人类天体研究的新篇章。柯伊伯聚集和培养了一大批天文学家,开展了一系列雄心勃勃的月球研究计划,为美国空军制作月球航天图以及月球地质地层图奠定了基础,同时还对月球环形山进行了系统化的研究。

自望远镜时代开始,人类就在月球上观测到大量的环形山,那么它们是如何形成的呢?科学家们对此争论不休。当时主要有两种成因说:大多数月球观测者们都认为火山作用是塑造环形山的主要机制,少部分则认为环形山可能是小行星和彗星撞击形成的。直到1961年,月球与行星实验室的威廉·肯尼斯·哈特曼给出新的观测证据,撞击成因说才逐渐被人们所接受。

哈特曼在月球与行星实验室主要从事月面边缘区域的图片矫正工作。哈特曼将多张月球照片投影到一个直径约为90厘米的白色球上,然后从不同的方向和角度重新拍摄这个圆球,来修正原本单张照片边缘的模糊区域。当哈特曼绕着圆球四处走动时,他发现了多处非常巨大而漂亮的同心圆环形山,环形山横跨上千米,任何规模的火山活动都无法形成如此巨大的结构,它必定是撞击形成的。由此解开了环形山之谜。

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太空时代,人造探测器造访月球解开的新谜团。

人类在古典时代已经通过观测发现,地球上看到月球只有固定不变的一面,许多人不禁猜想月球背面是什么样子的。直到1959年,苏联发射了月球3号无人探测器奔赴月球轨道,首次成功拍摄到了月球背面的照片,月球背面与正面在地质形态上相似却又有很大差异。为什么会出现如此大的差异呢?

为了寻找新谜题的答案,半个世纪以来,各国都以月球为目标开展了诸多的探测任务。人类获取了大量的照片、岩石样本、勘测数据,为我们揭开了大量的月球谜团,比人类千百年来的全部观测所得还要多。通过对岩石样本的地质学研究和数据分析,地质学家和天体学家们发现月球相较地球的几个特征:密度低、缺少水、存在局部磁场、重力分布不均匀。为何会出现这样的特征呢?我们需要从月球的形成和地质演化历史中寻找答案。

关于月球的起源,人类很早就提出不同的假说来试图解答这个谜题。在太空时代之前,人类只能不断提出新的理论和假说,然后通过严密的科学论证来否定、抛弃和更新这些理论和假说,其中最著名的有星云同源假说、地球分裂假说、地球俘获假说、大撞击假说。其中最被广泛接受的是,大撞击假说。

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大撞击假说是由两位美国天文学家威廉·哈特曼和唐纳德·戴维斯于1975年提出的,他们认为在太阳系形成的早期,地球还没完全成型而处于一个熔融状态,地球与一个跟火星差不多大小的叫做“忒亚”的原始行星发生了剧烈的撞击,只有较轻的物质被撞碎和抛射出来,这些碎屑重新聚集形成了月球,这也说明了为什么月球密度明显低于地球;刚形成的月球非常热,热量驱散了月球上的易挥发成分,这解释了为什么阿波罗号带回来的岩石样本中只有很少的水分;由于月球的体积和质量都比较小,因此冷却速度极快,在碎屑聚集的过程中,大量的金属物质局部快速冷凝,并在局部形成磁场;这些金属物质的分布不均,也导致了月球的重力分布不均的现象。至此,人类对月球的来源达成了共识。

人类对月球的了解和认知并不是一蹴而就的,是在漫长的历史长河中逐渐发展和更新而来。如今,月亮的魅力有增无减,未来,月亮或许会带来更多的惊奇!

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