阿波罗任务的五大发现 – Kosmonautix.cz

亲爱的读者。一年过去了，假期又到了，我们传统的 TOP 5 系列也随之而来。那些长期关注我们门户网站的人一定已经猜到了，今年你们会再次看到我在这个系列中的几篇文章。今年和一年前一样，我也非常荣幸地开始了传统的夏季系列。我非常感谢这种信任，希望我不会让你们失望。包括这篇文章在内，你们可以期待我的五篇文章。然后我的同事们会接替我，我会再次专注于另一种类型的文章。但稍后再谈这个，现在我在这里带来 TOP 5 系列的第一篇文章。前段时间，当我在思考从哪里开始时，我突然想到，鉴于阿波罗 11 号登陆 55 周年，除了每月一次的主题之外，不可能用任何其他东西来开启这个系列。所以今天我们将看看阿波罗任务带来的最基本的科学发现。

5）月球是一具尸体

这些信息在今天看来几乎是显而易见的，因为如今可能没有一个稍微理智一点的人会试图在月球上寻找生命。而且，我们谈论的是现在存在的生命，还是一些古老生物的遗骸，这根本不重要。月球被认为是一具完全死尸，行星保护程度也与此相对应，在月球的情况下，保护程度并不高。飞向月球表面的探测器不需要以任何特殊方式消毒，地球生物可能受到污染或相反，月球生态系统受到污染的可能性被排除在外，因为月球上没有生命，而且几乎可以肯定从未存在过生命。

但别忘了，不久前人们确实考虑过月球上的生命。例如，约翰尼斯·开普勒在他的著作《梦》中认真推测了月球上的居民，他的主人公在旅途中遇到了月球上的居民。这本书通常被认为是科幻小说的第一部作品。顺便说一句，开普勒的母亲因为这本书而陷入了巨大的麻烦。开普勒，或者更确切地说是他的主人公，利用母亲的魔法前往月球。由于他的母亲也以爱吵架而闻名，因此不久就被指控为巫术。开普勒不得不用尽他的智慧将母亲从宗教裁判所的魔爪中解救出来。

月球上存在先进文明成员的想法。它来自所谓的“大月球骗局”，当时《太阳报》发表了一系列关于所谓发现月球生命的文章。
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但我们甚至不必去探究如此古老的历史。1753 年，克罗地亚-塞尔维亚科学家鲁德·博斯科维奇 (Ruder Boškovič) 证明月球没有大气层，但不幸的是，他的成果在几十年内几乎消失了，因此关于月球上生命的猜测得以继续。19 世纪上半叶，一些领先的天文学家思考过月球植物的生命或月球人的智慧文明。尽管 1837 年重新发现了博斯科维奇的发现，但一些梦想家仍在思考某些形式的月球生命。但当苏联和美国的第一批探测器进行测量时，我们并没有发现一个充满生命的物体，而是一个完全荒凉的物体，没有任何生命迹象。此外，着陆探测器在这方面没有发现任何重要的东西。

因此，您可能会说，在阿波罗第一次登陆之前，我们就知道月球上没有生命。您说得对，但只是部分正确。人们已经怀疑月球上没有生命，但缺乏确凿的证据。请记住，阿波罗 11、12 和 14 号任务的宇航员在返回地球后必须接受隔离，以防他们意外携带一些微生物。然而，当没有发生任何此类事情，甚至在他们携带的岩石中也没有发现任何类似于细菌或古细菌等最简单的生物时，月球最终可以被宣布为一具死尸。这种信念一直延续到今天，即使后来的成功任务也没有改变它。

4）月球岩石的年龄

创世纪岩是阿波罗 15 号带回的一块具有 41 亿年历史的岩石，也是阿波罗任务发现的最古老的样本之一。
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月球有多老？直到最近我们才知道。多亏了月球探测任务，我们现在知道得相当准确。此外，我们发现最古老的月球岩石肯定比最古老的陆地岩石要古老，而且，即使是最年轻的月球岩石也比大多数陆地岩石要古老。我们稍后会回到这个问题，但首先我们需要谈谈我们如何确定岩石的年龄。如果我们发现一块石头，我们可以相对或绝对地测定它的年代。相对年代测定并不能告诉我们岩石本身的年龄，所以它不能告诉我们岩石形成于几百万年前。它只会告诉我们它比其他岩石样本更年轻还是更古老。然后绝对年代测定将确定被检查样本的确切年龄。

绝对年代测定法的一个缺点是它只能用于某些类型的岩石。通常用于火山活动形成的岩石。它不能用于沉积物。但这并不困扰我们，因为月球上基本上只有火山岩。在这种情况下，我们可以通过放射性同位素确定样品的年龄，即测量被检查岩石中某种同位素的精确表示。您可能从流行文化或学校熟悉放射性碳测年法，其中测量的是放射性碳 14C 的量。然而，这种方法只适用于几万年以下的年代，在更高的尺度上我们已经使用了其他元素，例如铀 238U、铀 235U、钍 232Th、铷 87Rb 或钾 40K。

阿波罗 14 号还带回了另一个非常古老的样本，名为“大贝尔莎”。它的年龄也超过 40 亿年。
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如果我们有一些岩石的绝对年代测定结果，地质学家也可以通过相对年代测定来估计其他有趣样本的年龄。通常情况下，不可能确定这些岩石的年龄，但当他们已经从其他样本的绝对年代测定中获得了更多信息时，这一过程是可能的。事实证明，最古老的月球岩石的年龄为 44.6 亿年，而最年轻的（来自月海）的年龄约为 20 亿年。即使是这也是一场伟大的革命。中国嫦娥五号探测器发现了这样一个年轻的样本，并于 2021 年公布了这一发现。我们现在有证据表明，月球上的火山活动比我们之前认为的要长约 8 亿至 9 亿年。以前也曾有过某些暗示，但要找到一个如此年轻的具体样本，那就完全是另一回事了。

地球上最古老的标本是在加拿大阿卡斯塔河流域发现的。它有 40.3 亿年的历史。
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地球上的情况则完全不同，最古老的岩石约有 42.8 亿年的历史。但这是一个很大的例外。世界上只有少数几个地方发现了这种古老的岩石（来自所谓的哈代时期）。最古老的岩石来自澳大利亚西部、加拿大和格陵兰岛，稍年轻的岩石来自圭亚那、巴西东部、中国南部和北部。然而，地球表面的绝大部分要年轻得多，只有几亿年的历史。板块构造和侵蚀作用在地球上起作用，这会相对较快地改变和更新整个表面。月球上没有这种影响，因此表面在几亿年内基本保持不变。

3）月球不是主要天体及其起源的澄清

第四天，上帝创造了太阳、月亮和星星。
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月球是如何形成的？它从何而来？我们以前对此一无所知。神学家可能会说，上帝与地球一起创造了月球，而旧多神教的支持者则会寻找月球背后的月神。然而，这对科学家来说并不是一个令人满意的答案。此外，在古代，人们认为月球是遥不可及的，非常神秘。然而，后来，开始出现一些观点，认为月球可能是一块巨大的石头，至少在原理上与地球相似，可以反射太阳的光线。在望远镜发明之后，甚至可以识别出月球上某些与地球相似的构造，但我们对月球的起源仍然知之甚少。

达尔文关于月球因与地球分离而产生的观点。
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第一个严肃的假设是 19 世纪末由英国天文学家乔治·达尔文提出的，他是著名的查尔斯·达尔文的儿子。他认为地球和月球曾经是一个整体。根据他的说法，月球应该由于离心力而与地球分离。他甚至知道分离发生的地方——太平洋。为了支持他的假设，他指出月球曾经离地球更近，然后逐渐远离地球，并且仍在远离地球。这一假设最初被普遍接受，而且后来由于阿波罗和苏联月球探测任务在月球表面留下的角反射器，月球的远离得到了证实。但与此同时，很明显达尔文的假设不能令人满意地解释月球的所有特性。

月球分离点的位置原本应该是太平洋。
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因此，其他假说开始出现。有人提出月球是完全独立于地球而形成的，后来地球通过引力捕获了月球。然而，这一假说被地球和月球事实上具有相同的氧同位素比以及引力捕获非常困难的事实所削弱。还有一种假说认为月球和地球起源于兄弟姐妹，一起从原始星云的物质中成长起来。然而，这种可能性无法解释整个系统的动量，也无法解释月球核心的大小。巨型撞击假说占了大多数。另一个天体，有时被称为忒伊亚，被认为在大约 45.3 亿年前撞击了我们的星球，距离地球形成仅 3000 万年。

艺术家对年轻行星地球与忒伊亚相撞的印象图。
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这颗行星导致地球表面重新熔化，形成磁洋。同时，碰撞将大量碎片抛入地球轨道。我们的月球后来就是由它们形成的。这一假说可以很好地解释地球和月球的同位素组成、月球核心的大小和组成、系统的角动量以及月球绕地球轨道的参数。阿波罗任务的样本直接证实了这一假说，这些样本指向了与地球岩石几乎相同的同位素组成，以及整个月球表面曾经被熔化的事实。到阿波罗时代，有几种几乎同样可能的假说。我们只能推测哪一种是正确的。然而，多亏了阿波罗，大撞击确实发生了

模拟月球受到大撞击后的形成。
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模型细节可能有所不同。例如，忒伊亚有多大以及撞击发生的角度仍存在激烈争论。根据最初的假设，它应该是一颗火星大小的天体，但也有其他说法，认为它可能是一颗地球大小的天体。这颗天体的起源也不清楚，但今天人们认为它是一颗所谓的特洛伊地球天体，它到达了太阳-地球系统的 L4 或 L5 点附近。撞击也可能发生得稍晚一些，大约在 44.8 亿年前。然而，这并没有改变撞击假说的普遍接受度，也没有改变月球不是主要天体，而是具有与地球和其他类地行星相似的结构的事实。我们通过阿波罗任务知道了这一点。

2）月海的起源

月球的背面，以及主要海洋和大洋的描述。
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如果你观察月球表面，你会注意到许多特征的名称与陆地地理实体相同。在这里，我们发现了海洋（Mare）、海湾（Sinus）、湖泊（Lacus）、沼泽（Palus）甚至海洋（Oceanus）。人们实际上认为月球上的黑暗区域对应于真实的水体。这并不太令人惊讶，因为黑暗的表面乍一看确实很引人注目。后来，在太空探测器时代，人们发现情况并非如此，但名称保留了下来。直到今天，我们仍然可以在月球上找到风暴之海、平静之海、潮湿之海、春湖、腐烂沼泽或月球湾。现在我们也知道了它们的起源。阿波罗任务和他们带回的月球样本的分析在其发现中发挥了关键作用。

艺术家对月球在后期重轰炸阶段的描绘。
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在月球演化的最早阶段，即距今44亿至41亿年前，月球高地形成。当时，月球表面被延伸至地表以下数十公里的岩浆洋所覆盖。大约在这个时候，原始月壳开始形成，形成了如今的月球高地，即月球表面最古老的部分。当时，太阳系中仍有大量较小的天体，如小行星和彗星，它们撞击月球表面并进一步重塑了月球。在晚期重轰炸期末期，大约38.5亿至38亿年前，发生了几次大型撞击，突破了早期地壳，极大地改变了月球地貌。其中最大的一次是形成雨海盆地的撞击，也就是今天所知的雨海。

雨海，月球勘测轨道器探测器发现的月球上最大的撞击盆地之一。
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您可能会认为这个特征看起来不太像典型的陨石坑，您说得没错。当时形成的盆地，如雨海盆地、肥沃盆地、宁静盆地、宁静盆地和危盆地，都经历了相当大的发展。从形成到距今约 32 亿年前，它们逐渐被玄武岩熔岩流填满。大量的熔岩流涌向地表，所以我们称之为喷发火山活动。后者将撞击盆地的底部埋在一层厚厚的致密岩浆之下，岩浆覆盖了较古老的地质构造并凝固了。例外的是，熔岩流甚至更晚，最年轻的熔岩流估计只有 12 亿年的历史，而最年轻的已证实的火山活动如上所述，有 20 亿年的历史。

阿波罗 8 号的 Nectaris 撞击盘。
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尽管盆地被熔岩覆盖，但古代撞击的痕迹至今仍可见，而且用现代方法可以相对容易地检测到。因此我们知道，直径为 1,150 公里的雨海是整个太阳系最大的撞击盆地之一。当我们观察月球表面时，乍一看我们可以清楚地区分黑暗的月海和较亮的高地。正如阿波罗任务所表明的那样，月海主要由玄武岩组成，富含铁和镁的矿物，尤其是橄榄石和辉石。总的来说，月海约占月球背面表面的三分之一。然而，另一方面，它却完全不同，这也许令一些人感到惊讶。

1） 正面与反面的区别

当我们观察月球背面时，我们只需观察就能立即发现月海，而当我们观察月球背面时，我们必须费很大力气才能发现任何海洋。因此，人们有时说背面没有海洋，但事实并非如此。然而，背面的海洋只占这个半球表面的 2.6%。换句话说，背面的海洋面积是月海的十倍。另一方面，月海只存在于较大的撞击盆地中。具体来说，有天才海 (Mare Ingenii)、莫斯科海 (Mare Moscoviense)，而在背面和背面的交界处有东方海 (Mare Orientale)。除此之外，齐奥尔科夫斯基陨石坑的内部也覆盖着类似的物质。

简单看一下月球的背面和背面，就能发现它们的根本区别。
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但仅此而已。因此，月球的背面和背面存在显著差异。第一批月球探测器已经显示了这些差异。苏联月球 3 号的第一批图像质量仍然不是很好，但后来的探测器已经获得了明显更好的图像，很好地显示了两个半球之间的根本差异。在太空时代之前，我们对这样的事情一无所知。从地球表面几乎看不到背面。您可能会对“几乎”这个词感到吃惊。月球有固定的自转，但同时我们知道所谓的平动运动。这是月球相对于地球观察者的振荡运动。由于平动，在有利条件下，实际上可以从地球上看到高达 59% 的月球表面，或约 18% 的背面。但在这种情况下，这远远不够。

阿波罗 11 号机组人员拍摄的月球背面代达罗斯陨石坑。
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只有能够看清月球背面的太空观测站和随后的阿波罗任务机组人员才指出了这一显著差异。得益于阿波罗任务期间进行的实验，人们后来发现月球两个半球的地壳厚度存在显著差异。在月球背面，地壳厚度通常达到 25 至 40 公里之间，但在月球背面，地壳厚度在某些地方可超过 60 公里，在大部分表面至少达到 35 公里。换句话说，在月球背面，月球地壳通常比背面厚 20 公里。这很奇怪，因为没有自然原因。束缚旋转是一回事，但这并不能解释这种差异。

月球背面的巨大南极-艾特肯撞击盆地。
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了解了这一点，我们就不会对月海的消失感到太过惊讶。较厚的地壳更难突破，因此岩浆极难到达地表。而且只有在少数真正大的撞击情况下，它才成功。为什么这个半球不同？我们不知道。出现了几种解释。一种是基于产热元素更集中在背面的假设。但这并不能解释为什么风暴洋有大规模的火山活动，而南极-艾特克尼盆地却没有。另一种可能性是，这两颗卫星是在与忒伊亚相撞后形成的，较小的卫星后来与较大的卫星相撞，其物质在背面完全熔化。然而，当地的化学反应与此并不相符。

地球最初有两个月亮吗？
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然而，最新的研究却得出了相反的结论。众所周知，月球在形成时比现在离地球近得多。距离地球只有大约 25,000 公里。因此，月球也对它产生了相当根本的影响，其中包括热量的影响。根据新发现，月球背面的地壳形成得更快，这就是为什么这里的地壳厚度也明显要厚得多，最厚处可达 100 公里。相反，在另一侧，由于来自地球的热量，必要的矿物质要到后来才会凝结成地壳，这就是为什么当地的地壳较弱，在一些地方只有 5 公里。因此，撞击体更容易突破背面较弱的地壳。这就是为什么背面有更多的海洋和陨石坑的原因。背面的熔岩流覆盖了较早的撞击。

结论

今天我们展示了阿波罗任务对科学的贡献，以及它们的巨大贡献。人们只能遗憾取消阿波罗 18-20 号任务，这些任务肯定会带来其他非常重要的发现，并希望阿尔特弥斯计划将来能够偿还这笔债务。在 TOP 5 的下一部分中，我们将介绍太空天文台做出的最重要的物理发现。

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