【探索18-3】重返月球：發現你所不知道的月亮
講師｜中央研究院地科所研究員 趙丰
彙整撰文｜游伊甄
月亮，抬頭就能夠在夜空中輕易地發現它的存在，古今中外多少詩詞故事描寫迷人的月亮，但是，你真的瞭解月亮嗎？中研院地球科學研究所特聘研究員趙丰博士，從科學角度，剖析月球和地球之間千絲萬縷的關係
趙丰博士分析太陽系家族指出，地球是太陽系的小號成員中最大的一顆，月亮半徑1737公里、地球半徑6730公里，以行星和衛星的相對比例來說，月球是一個非常大的衛星。對比來看就發現，木星和火星的衛星都非常地小。
●登月之戰
月球是距離地球最近的星體，二次世界大戰後，人類第一階段對月球的探索，在1950年代冷戰後，月球成為的重要標的。誰先登月，誰就勝利。月球成為東西方大國的政治角力場域，其餘的科學、教育意義、振奮人心等等都只是附加的意義。
蘇聯在1959年到1976年之間進行LUNA計畫1到24號，1965年到1970年執行ZOND計畫發射15次，有 8次成功，無人登月艇成功取到月球上的樣品帶回研究。
美國NASA先後執行Ranger、Lunar Orbiter、Surveryor、Apollo計畫，其中阿波羅8號成功繞行月球，並拍下著名照片「earth rise」（地球升起），阿波羅13號沒有成功登月，平安返航。總計1969年到1972年有12名太空人登上月球。
這場太空之爭，除了定了輸贏以外，終究因為沒有獲得實際意義的回報，無法持續，直到1970年中葉，雙方都叫停。
●阿姆斯壯真的成功登月？
登月行動暫停，但是討論聲浪並不因此銷聲。有人質疑NASA真的曾經成功登月嗎？趙丰博士指出，我們不能因為看起來很奇怪，就判定是假的，科學思考應該找出背後的原因。他說明，太空人登月的照片，國旗為什麼會飄？其實是為了拍照效果，用竿子撐起來的。大太陽底下，有人質疑天為什麼是黑的呢？因為另一端沒有光過來，只有太陽的方向才有光。
趙丰博士舉另一張照片－－人類在月球上的第二個腳印，討論月球的表面是怎麼樣的呢？從照片看起來，地面是粉狀的。
月球既沒有空氣，也沒有水，沒有風化作用，岩石凝固後應該是硬質的地面。月球表面不斷被隕石撞擊，撞擊產生的碎片持續被太陽風跟宇宙射線的粒子，打成粉狀。
NASA在2009年以月球探勘號繞行月球拍照，當年阿波羅六次的登月艇跟太空人的足跡從拍攝的照片都清晰可見。
●月隕石：來自月亮的石頭
阿波羅計畫中，布置了的地震儀，紀錄了一些深震、淺震、隕石撞擊的資料。淺震的可能原因是熱漲冷縮，而深震可能是因為地球對月球的潮汐力在作用所造成。
此外，阿波羅計畫也陸續帶回幾百公斤的月岩樣品，有些切成小片分到世界各地的單位進行研究，這些是重要的實驗觀察對象，讓科學家探討月球跟地球有什麼不一樣？為什麼會不一樣？
地球上也能找到極少數的月隕石，地球所蒐集到的幾萬顆隕石中，經過成分比對，被認為是月隕石者僅有200塊左右。
為什麼在地球上可以找到月球岩石的樣品？趙丰博士指出，月亮受到隕石撞擊後，濺射碎塊，而月球重力僅為地球的1/6，碎塊的濺射速度不需要太快，就能夠脫離月球的重力控制，接著被地球重力吸進來，成為月隕石。
●月球的生成
「月球雖然不大，但是對於地球而言，大到不行，這是很奇怪的事情。」趙丰博士說。
趙丰博士接著拋出一個有趣而基本的問題：「月球一直都在，以岩石估算約四十幾億年，但是，它到底是哪裡來的呢？月球和地球的關係，是鄰居？兄弟？夫妻？或是子女呢？」
喬治達爾文（George Darwin）1878年提出親子說，他認為月球是早期的地球在快速旋轉之下，甩出去的一部份。此外還有人提出月球和地球是同一時期，因各自重力凝聚而成的手足說。月球是恰巧行經地球，被地球重力捕捉的配偶說。
目前科學界的共識則是20年前提出的大撞擊說（giant impact theory of the origin of moon），四十多億年前的某一日，曾經有一顆像火星那麼大的隕石跟地球相撞，撞擊後有些碎片超過逃脫速度，跑到太陽系其他區域，也有一些碎片進入地球軌道。可能有一段時間，地球就像土星一樣擁有環，慢慢凝聚成球型，變成月亮。這項假說透過物理原理計算，用數學方式描述，由電腦模擬出和現況相符的結果。
大撞擊說不僅由電腦模擬成功，這項理論也連帶解釋為什麼月亮這麼大。以及為什麼月球平均密度比地球低很多，月球平均密度只有3.3g/cc，幾乎全部屬於岩石材質 ,而不像地球有鐵質核心，平均密度達5.5g/cc。
此外，大撞擊說也能解釋地球的自轉軸為什麼是斜的，赤道面偏離黃道面23.5度，是因為被撞歪的。趙丰博士補充說明，是不是就是形成月球的這次撞擊就變成現在的斜度，則不清楚，因為地球前後不知道已經遭受過多少撞擊。
對地球來說，月亮造成的潮汐摩擦，讓地球的轉動變慢，目前每一百年，一天的長度就會增長1-2毫秒。月亮透過潮汐摩擦把地球的角動量偷走，月亮會越來越遠，月球每年以 4公分的速率在離開地球。
●重返月球，飛向火星
月球探索活動沈寂20多年，僅有兩次小型無人太空船訪月活動。進入21世紀，月球探測又熱鬧起來，包括：歐洲太空總署2003年發射聰明一號並成功進入月球軌道、日本2009年發射無人輝夜姬號、中國2007年開始啟動20年的嫦娥工程等等。
NASA也喊出重返月球行動，做為飛向火星的前哨站。趙丰博士最後拋出一個令人省思的問題：這一波行動，是人類科學的探索，抑或是還是人類征服慾望的探求呢？
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本文整理自：106/11/11 由趙丰老師在臺大思亮館國際會議廳所主講之「月球：地球的那個奇異小兄弟」演講內容。
