物理特性月球是地球的同步自转卫星,它绕轴自转的周期与绕地球的公转周期是相同的,这使得它几乎永远以同一面朝向地球 。它之前以较快的速度旋转,在后来由于地球产生潮汐摩擦,让其自转速度减慢 , 直到最后以同一面持续面对地球,即潮汐锁定 。我们将月球朝向地球的一面被称为正面 , 而相对的另一面则称为背面,背面通常也称为"暗面",但是事实上它如同正面一样会被照亮 。当月相为新月时,我们看到月球的正面是黑暗的 , 而月球的背面则被太阳照亮 。
月球是一个南北极稍扁、赤道稍许隆起的扁球 。它的平均极半径比赤道半径短500米 。南北极区也不对称,北极区隆起,南极区洼陷约400米 。但在般计算中仍可把月球当作三轴椭圆体看待 。物理天平动的研究有助于解决月球形状问题 。通过天平动研究还表明,月 球重心和几何中心并不重合,重心偏向地球2公里 。这一结论已为阿波罗登月获得的资料所证实 。
表面地形
科学家曾经使用雷射测高仪和立体影像分析对月球表面的地形进行测量 。月球表面最明显的地形特征是位于背面的巨大撞击坑南极-艾托肯盆地 , 其直径有2,240公里,是月球上最大的陨石坑,也是太阳系中已知最大的 。它的底部是月球上海拔最低的地方,深度达到13公里 。而月球海拔最高的地点则正好就在它的东南方,有人认为这个区域是造成南极-艾托肯盆地的撞击所形成的隆起 。月球上的其它大撞击盆地,如雨海、澄海、危海、史密斯海和东方海等,也都拥有低海拔的区域和高耸的边缘 。月球背面的平均高度比正面高1.9公里 。
月球表面
火山地形
在月球表面上用肉眼可以清楚看见有黑暗的 , 相对平坦的平原,我们称之为月海,这是因为古代的天文学家认为这些地方充满了水 。现在,我们知道这些黑暗部分是古代火山爆发后熔岩浆在洼地凝结成的广大玄武岩 。和地球的玄武岩类似,月海中的玄武岩含有丰富的铁 , 而完全缺乏因水流过而出现的矿物 。大多数喷发的熔岩浆流入与撞击盆地相连接的洼地,形成月海 。现在科学家已经在月球正面的月海中发现几个拥有盾状火山和火山穹顶的地质分区,这些是熔岩浆凝结形成月海的证据 。
几乎所有的月海都位于月球正面 , 占正面面积的31%,相较之下 , 在月球背面只有少数的月海,只涵盖了背面2%的面积 。这被认为和通过月球探勘者的伽玛射线光谱仪所描绘的月球化学图上所看见在月球正面地壳下的生热元素的浓缩有关 。生热元素的浓缩会造成地函下的温度上升,部分熔解 , 并,上升到表面造成喷发 。大部分玄武岩的喷发都出现在30至35亿年前的雨海纪 , 但也有少部分样本的辐射定年显示其形成于更古老的42亿年,也有一些相对年轻的样品,最年轻的喷发物经由撞击坑计数测定年限发现其发生在12亿年前 。
月球上较亮的部分被称为“高地”,因为它们高于大多数的月海 。经由辐射定年测定它们是于44亿年前形成的,这意味着这些高地可能是在月球岩浆海形成时的斜长岩堆积所产生的 。月球上没有任何一个主要的山脉被认为由地质构造事件产生的 , 这和地球的情况刚好相反 。
阿波罗16号拍摄的宽16米的火山口‘’梅花‘’
撞击坑
平均每天月球都会承受超过3吨宇宙物质的撞击,当中的小行星或彗星撞击月球表面时会形成撞击坑,是另一个主要会影响月球表面地形的主要地质事件 。现在估计单在月球正面直径大于1公里的陨石坑就大约有300,000个,其中有些陨石坑以知名的学者、科学家、艺术家和探险家的名字命名 。月球地质年代是根据月面上的重大陨石撞击事件进行分界,包括在酒海、雨海和东方海等的撞击事件 。这些撞击事件的结构特征是产生多层物质隆起的环 , 通常是由数百至数千公里直径的围裙状喷发物沉积形成一个区域性的地层视界 。由于月球没有大气层、天气变化,在最近几十亿年也没有地质活动,大部分环形山都保存得很完好 。虽然有几个多环盆地明显的已经很久远,它们还是能用于分派相对的年龄 。由于撞击坑是以恒定的速率累积,计算单位面积内的撞击坑数目可以用来估计表面的年龄 。阿波罗任务收集撞击熔化的岩石以辐射测定年龄,群集在38亿和41亿年的年龄:这已被用来解释撞击的后期重轰炸期 。
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