月亮是什么？一个基础的定义
月亮，天文学上称为月球，是环绕地球运行的一颗天然卫星。它是太阳系内第五大的卫星，也是太阳系中已知最大的一颗行星卫星，相对于其环绕的行星（地球）而言，质量非常大的卫星。月球并非一颗恒星，它本身不发光，我们看到的皎洁月光，实际上是它反射的太阳光。
月球是一个岩石天体，表面覆盖着一层叫做月壤（regolith）的尘埃和碎石层。它没有大气层，也没有液态水在其表面稳定存在（尽管在极地永久阴影区域的陨石坑中发现了水冰）。由于没有大气层的保护，月球表面直接暴露在宇宙辐射和陨石撞击之下。
月亮在哪里？它与地球的关系与位置
月亮位于环绕地球的轨道上。它并不是固定在一个位置，而是沿着一个椭圆形的轨道绕着地球公转。地月系统（Earth-Moon system）则作为一个整体，与其他行星一样，围绕着太阳公转。
地月系统的位置
在地月系统中，月球是地球的唯一天然卫星。两者之间通过引力相互作用，共同在太空中运行。从宇宙的尺度看，地月系统是太阳系内的一员，位于内太阳系的行星区域。
地月距离
月亮与地球之间的距离并不是恒定的，因为它运行在一个椭圆轨道上。平均距离约为384,400公里（约238,900英里）。这个距离足够远，大约可以容纳三十个地球排成一列。在轨道最近点（近地点），距离约为363,300公里；在轨道最远点（远地点），距离约为405,500公里。这种距离的变化对从地球上看到的月亮视大小有轻微影响。
月亮有多大？它的物理尺度与质量
月亮是一个相当大的天体，尽管与地球相比小很多。了解它的具体尺寸和质量，有助于我们认识它的物理特性。
直径与周长
月亮的平均直径约为3,474公里（约2,159英里）。这个直径大约是地球直径的四分之一多一点。如果把地球想象成一个篮球，那么月亮的大小就差不多相当于一个网球。其赤道周长约为10,921公里。
质量与密度
月亮的质量约为7.342 × 10^22千克，大约是地球质量的1/81。这个相对较小的质量使得月球表面的引力只有地球表面的六分之一。一个在地球上重60公斤的人，在月球上就只重10公斤。月亮的平均密度约为3.34克/立方厘米，低于地球的平均密度（约5.52克/立方厘米）。这表明月球的内部结构与地球有所不同，特别是其核心可能比地球的相对要小。
表面温度
由于月球没有大气层来调节温度，其表面温度变化非常剧烈。在白天（月球的一个“白天”持续约两个地球周），面向太阳的区域温度可以升至约127摄氏度（260华氏度）。而在夜晚（月球的一个“夜晚”也持续约两个地球周），背离太阳的区域温度可以骤降至约-173摄氏度（-280华氏度）。极地永久阴影区域的温度甚至可能更低。
月亮为什么是这样？探究其形成原因
关于月球是如何形成的，科学家们提出了几种理论，但目前最广为接受的是“巨型撞击假说”（Giant Impact Hypothesis）。
巨型撞击假说
这个假说认为，在太阳系早期，大约45亿年前，一颗火星大小的行星体（科学家们有时称之为“忒伊亚”，Theia）与早期的地球发生了巨大的碰撞。
- 碰撞过程： 这次撞击不是正面的，而是一次斜向的、巨大的擦撞。撞击的能量极其巨大，足以熔化并汽化大部分的撞击体和一部分地球的地幔物质。
- 形成结果： 撞击产生的巨量碎片被抛射到地球轨道上，形成了一个围绕地球旋转的碎片环。随着时间的推移，这些碎片通过引力聚集、吸积，最终凝聚形成了月球。这个过程可能在大约几千年到几百万年内完成。
这个假说能够解释月球的一些关键特征，比如：
- 月球的质量相对较大，能与地球质量之比；
- 地月系统的总角动量；
- 月球缺乏挥发性物质（如水），因为高温撞击会将它们蒸发掉；
- 月球岩石的同位素组成与地球地幔的惊人相似性，这表明月球物质主要来源于地球和撞击体。
虽然还有一些细节需要完善，但巨型撞击假说目前是解释月球起源最成功的模型。
月亮如何运动？它的轨道与特性
月球的运动非常规律，它不仅绕着地球转，本身的自转也有其独特之处。
围绕地球的轨道
月球沿着一个椭圆轨道逆时针（从地球北极上方看）围绕地球公转。完成一个公转周期，也就是从地球上看月球回到同一位置所需的时间，约为27.3地球日（称为恒星月）。然而，由于地球也在围绕太阳公转，从地球上看月球的形状变化一个周期（朔望月，从新月到新月）平均需要29.5地球日。这个周期是我们的农历月份的基础。
月球轨道平面相对于地球绕太阳公转的黄道面有一个约5.1度的倾角。这个倾角是发生日食和月食的关键原因——只有当地球、月亮和太阳在空间上排成一线，并且月球恰好位于黄道面附近时，食现象才会发生。
潮汐锁定：为何总看到同一面？
月球的一个最奇特的现象是，从地球上看，我们总是只能看到月球的同一面。这并不是因为月球不自转，而是因为它被地球“潮汐锁定”了。
潮汐锁定意味着月球的自转周期与其围绕地球的公转周期完全相同。也就是说，月球自转一周需要的时间也是约27.3地球日。这是地球对月球施加的潮汐力长期作用的结果，这种力使得月球的质量分布不均匀性（月球的重心略微偏向地球一侧）倾向于始终指向地球。随着几十亿年的演化，月球的自转速度被减缓并锁定在了与公转速度同步的状态。
虽然我们只能看到“近侧”（Near Side），但这并不意味着月球的“远侧”（Far Side）总是黑暗的。远侧同样会经历白天和黑夜，只是我们在地球上永远看不到它直接被阳光照亮或未被照亮的完整状态。
月相的变化：如何看到不同形状的月亮？
月相（Phases of the Moon）是由于月球在绕地球公转过程中，其被太阳照亮的部分相对于地球观察者的角度不断变化而产生的。我们看到的月亮形状变化，实际上是看到月球向阳面不同比例的部分。
主要的月相循环如下（从新月开始，约29.5天一个周期）：
- 新月（New Moon）： 月球位于地球和太阳之间，向阳面背对地球，我们看不到月亮（或只能看到极微弱的地照光）。
- 蛾眉月（Waxing Crescent）： 新月过后，月球开始移开太阳，面向地球的部分一小部分被照亮，呈现弯弯的蛾眉状，亮面逐渐增大。
- 上弦月（First Quarter）： 月球运行到地球轨道四分之一处，我们看到月亮右侧一半被照亮（在北半球）。
- 盈凸月（Waxing Gibbous）： 上弦月之后，月亮亮面超过一半，逐渐接近满月。
- 满月（Full Moon）： 月球运行到地球的另一侧，地球位于太阳和月球之间，月球整个向阳面正对地球，我们看到一个完整的圆形月亮。
- 亏凸月（Waning Gibbous）： 满月之后，月亮亮面开始减小，呈现亏凸状。
- 下弦月（Third Quarter / Last Quarter）： 月球运行到地球轨道另一侧的四分之一处，我们看到月亮左侧一半被照亮（在北半球），亮面继续减小。
- 残月（Waning Crescent）： 下弦月之后，月亮亮面进一步减小，再次呈现弯弯的蛾眉状，直至回到新月。
这个循环是理解潮汐、日食和月食等天文现象的基础。
月亮表面有什么？了解其地貌特征
通过望远镜或探测器，我们可以清晰地看到月球表面并非光滑球体，而是充满了各种地貌特征。
月球表面主要可以分为两大类区域：
月海（Maria）
这些是月球表面巨大、黑暗、相对平坦的区域。它们之所以呈现深色，是因为它们是由古代火山喷发出的玄武岩熔岩冷却凝固形成的。这些熔岩填平了大型撞击盆地。尽管名字叫“海”，但它们没有任何水。月海主要集中在月球的近侧。
月陆（Terrae / Highlands）
这些是月球表面更古老、更明亮、地势更高的区域。它们被大量的撞击坑覆盖，是月球原始地壳的残留。月陆覆盖了月球的大部分表面，特别是在远侧更为普遍。
撞击坑（Craters）
这是月球表面最显著的地貌特征。它们是由流星体、小行星或彗星高速撞击月球表面形成的凹陷。撞击坑的大小差异巨大，从碗状的小坑到直径数百公里的巨大盆地。由于月球没有大气层和地质活动（如板块运动或严重的侵蚀）来抹去这些痕迹，数十亿年来的撞击坑都被保留了下来，成为月球历史的记录。
山脉（Mountains）
月球上的山脉与地球上的山脉形成原因不同。它们大多不是由板块构造挤压隆起形成的，而是巨大撞击盆地的边缘隆起或撞击溅射物堆积形成的环形山脉。例如，环绕大型月海边缘的山脉，如雨海周围的亚平宁山脉（Montes Apenninus），就是由形成雨海的巨大撞击事件所产生的。
月亮对地球有什么影响？潮汐现象的解释
月亮虽然小，但它对地球却有着深远的影响，其中最明显的就是引起地球的潮汐。
引力作用
月球对地球的引力作用是引起潮汐的主要原因。这种引力作用在地球不同位置的强度是不同的。面向月球一侧的地球表面受到的引力最强，而背向月球一侧的引力相对较弱。这种引力差，称为潮汐力。
潮汐凸起
潮汐力导致地球表面形成两个“潮汐凸起”：一个直接面向月球，另一个则在地球的另一侧背离月球。面向月球一侧的凸起是由于月球的引力直接拉起海水（和陆地，虽然幅度小得多）造成的。背离月球一侧的凸起则更复杂，可以理解为月球引力对地球固体部分的拉力大于对背侧海水的拉力，使得背侧的海水“落后”于地球固体部分，形成凸起；或者更准确地说，是地月系统质心绕月球公转产生的惯性离心力与月球引力共同作用的结果。
随着地球自转，地球上的各个地方会依次穿过这两个潮汐凸起区域，从而经历涨潮（高潮）和落潮（低潮）的循环。一般来说，一天会有两次涨潮和两次落潮。
潮汐锁定与地球自转减缓
月球不仅引起地球的潮汐，地球对月球施加的潮汐力也使得月球最终被潮汐锁定。反过来，地球的潮汐凸起（主要是海洋潮汐）对月球的引力也会对地球的自转产生一个微小的制动力，使得地球的自转速度正在缓慢减缓，导致地球上的“一天”时间在极其漫长的时间尺度上逐渐变长。同时，这种相互作用也使得月球以每年约3.8厘米的速度缓慢远离地球。
除了潮汐，月球的存在还有助于稳定地球的转轴倾角（地球自转轴相对于公转轨道的倾斜角度）。如果没有月球，地球的转轴倾角可能会发生更剧烈的变化，从而导致地球气候出现更极端的波动。
如何探索月亮？人类的足迹与未来的展望
自太空时代开始以来，月亮一直是人类探索的重要目标。通过无人探测器和载人任务，我们对月球的了解突飞猛进。
早期的探测器
20世纪50年代末到60年代，苏联和美国发射了一系列早期月球探测器，包括飞掠、撞击和软着陆任务。这些任务首次获得了月球远侧的图像，并在月球表面进行了第一次成功的软着陆（苏联的月球9号，1966年）。
阿波罗计划：人类登月
美国国家航空航天局（NASA）的阿波罗计划（Apollo Program）是人类太空探索史上的里程碑。其目标是将人类送上月球并安全返回地球。
有多少人登上过月亮？
在阿波罗计划期间（1969年至1972年），美国共进行了6次成功的载人登月任务（阿波罗11、12、14、15、16、17号）。总共有12位宇航员踏上过月球表面。尼尔·阿姆斯特朗是第一个，尤金·塞尔南是最后一个。
这些任务不仅让宇航员在月球上行走、进行科学实验（如部署地震仪、采集月岩样本），还带回了大量的月球岩石和土壤样本，这些样本至今仍是科学家研究月球起源和演化的宝贵财富。
现代与未来的月球探索
阿波罗计划结束后，月球探索沉寂了一段时间。但进入21世纪，随着多个国家太空计划的发展，月球再次成为焦点。许多国家和组织发射了新的月球轨道器、撞击器和着陆器，以更高精度绘制月球地图、寻找水冰、研究月球地质等。例如，中国（嫦娥系列）、印度（月船系列）、日本（辉夜号）、欧洲航天局、美国（LRO等）都实施了成功的月球任务。
未来的月球探索计划（如NASA的Artemis计划）旨在重返月球，建立月球基地，利用月球资源，并将其作为前往火星或其他深空目的地的前哨站。月球仍然充满了未解之谜和巨大的探索潜力。
