李竞：嫦娥万里，梦想探太空

新闻来源：长城人寿    日期：2007-12-20

 

■时间：2007年12月9日


■地点：北京天文馆


■演讲嘉宾：李竞，中国科学院国家天文台研究员、博士生导师，国际天文学联合会会员。


■演讲主题：嫦娥万里，梦想探太空　　
  
    12月9日，北京天文馆，一场题为《嫦娥越万里梦想探太空——天文学家解密“探月工程” 》的讲座正在这里举行。这是长城保险举办的第七期“长城人文论坛”。天文学家李竞先生用生动的语言，深入浅出地为听众描绘了古往今来人们探索月球秘密的发展历程，尤其是中国在没有任何经验的情况下，制造发射嫦娥一号的过程，一幅神奇的 “探月”画卷逐渐“展现”在了听众眼前。
 
演讲内容：
关于“探月工程”这个话题，我就精简到两个字———“探月”。为什么呢？由于我的专业是天文，而对于航天来说呀，我知之甚少，我不能够更多地讲关于“探月工程”的“工程”。自从“嫦娥一号”升天以来，新闻媒体报道了很多，我今天要讲的是报道中不说的事儿。

　　我先给大家讲两个现象。这两个现象，是要想“探月”必须知道的。第一，太阳系的天体包括地球、月亮在内，都是逆时针公转。第二，包括月亮跟地球在内的，都是逆时针自转。我们要想发射嫦娥一号，可不能够想逆时针就逆时针，顺时针就顺时针。怎么发射呢？我们发射一定要提速，大家在电视中都看到了，共三次提速。到达月球之后，因为月球的地心引力比地球的地心引力小得多，只有地球地心引力的六分之一，所以到月球上要刹车，要减速，否则的话，开过去了，跑掉了。“嫦娥一号”发射过程是先提速后减速。因此发射呢，就不能任意，只能是唯一的，只能这样发射，不能另外那样发射。

　　我今天讲座的主要内容包括：第一、月亮和人文；第二、月球和天文；第三、独特的地月系统（略讲）；第四、地月系统的过去跟未来（略）；第五、月球起源学说。

　　中国传统历法，叫阴历是错的；叫农历严格来说也不正确，准确的叫法应该叫夏历。

　　■在中国的诗词歌赋里，月亮在所有天体中出现的频率最高

　　我没有用月球，我用月亮。月亮谁都离不开的，就是计时。计算时间和计算历法，谁也离不开，中国传统的计时跟历法，与现在用的公历是不一样的。咱们传统历法有好多种叫法，有的说过去叫做阴历，错的啊，这个名字是不对的，肯定不对。现在很多地方都叫做农历，严格地说呢，也不正确，可是没办法，已经这么叫了。还有个叫法，应该说是比较正确的，是文革之前，解放之后叫的，叫做夏历。这个夏不是春夏秋冬的夏，是夏商周的下。这个是正确的。

　　关于时间单位，第一个时间单位是叫做日，这个日呢，中国的日字实际就是画一个圈，中间点一个点，这个日就是太阳，就是一天这个字是太阳，自古以来把这个作为一个时间单位，就是从太阳的这次东升西落到下一个东升西落。或者是从这个正午到下一个正午，这叫做一日，现在也一样。第二个时间单位，叫做年，这个是四季轮回，就是太阳在天上、在星空中做一轮回，叫做一年。

　　一日和一年，这都是自然现象，人们过日子，觉得一个时间单位是天，一个时间单位是年，跨度太大，还得有中国特色的计时档次，这个档次就出现了，叫做一个月。而这个月字呢，就是一个月牙，里边原来点一点，现在点两点。这个字呢，完全是象形字。

　　咱们中国这个月怎么计量呢？是从没有月亮，到满月，再到满月，再到下一个没有月亮，没有月亮叫朔，满月叫做望，这样一轮回，叫做朔望月。就把这作为一个中间的时间单位。所以现在，一个时间单位是日，是太阳，第二个时间单位呢，是月，是月亮。第三个时间单位，又是太阳。这其中两个时间单位是用太阳，中间时间单位是用的月亮。这个跟咱们的公历可不一样，咱们现在用的也是日月年，可是咱们现在用的这个月，英文是month，跟月亮毫无关系。就是把365天分成12份，一份就是30或31天，七个30天，五个31天。

　　现在用的公历不仅跟月亮毫无关系，还有人为因素。有人认为，这个二月份要杀人之类的，就把30天变成29天，29天不吉利，又变成28天。而中国人对月亮可是情有独钟。这是我们的特色，如我们的二月二龙抬头，五月五过端午，七月七七夕节，八月十五中秋节，这几个月是真正跟月亮有关的。这是咱们中华民族特有的。咱们的历法呢，就是阴阳合一，阳历看太阳，阴历看月亮，所以咱们不是阴历，而是阴阳合历，这个月亮对中华民族来说是太重要了。我们还有一个时间单位用的也与月亮有关，也是中国独有的，就是月的旬，就是十天为一旬，现在已经很少用了。

　　另外，在中国的诗词歌赋中，月亮的出现频率据统计是所有天体中最高的，歌颂也是最多的，为它伤感、纪念也最多，满月团圆欢喜，弦月忧愁悲伤的，都与月亮有关。所以月亮是中华民族不可或缺的一个天体。

　　如果没有月亮，就没有强潮汐。如果没有潮汐，也许就完全没有今天的北京。

　　■没有月亮也许就没有北京城

　　中国的历法，除了看太阳升起，一年有四季，还有看月亮可以知道是初几，十几，二十几，所以中国人晚上看月亮能够知道日。咱们现在不看月亮，光看日期，而在中国传统的历法中，看月亮你几乎能够准确地知道，这天是初三，还是初五；是十六，还是十八。

　　月亮有一个重要的因素，就是月亮引起我们地球上的潮汐，水星没有潮汐，没有卫星；金星没有潮汐，没有卫星。火星有两个月亮，但那两个月亮太小，引不起潮汐。可是地球呢，旁边有这么一个大的天体———月球，而月球离我们又相当地近，近到什么程度呢？近到光线要走1.25秒就到了。在月球上搁一面镜子，现在有那种激光放射镜，人类三次登月的时候都在上面安了一面镜子，从地球上打一柱激光，打到那个镜子上，返回来，掐表看，用这个方法来计算这个时间内地球跟月亮的距离，这就叫做激光测距。一般来说，一来一去，只需2.5秒，那光线1.25秒就是地球跟月球的距离。这样的例子，说明月球对地球的吸引力太大了。

　　如果把太阳对地球的引力，引起这个潮汐的力量算作1，那么月亮是2.2，所以潮汐主要是由于月亮，要是没有月亮，就看不到钱塘江观潮这样壮观的景象了，咱们地球的环境也就只有很微弱的潮汐。如果没有潮汐，也许就形成不了北京湾，没有北京湾就没有古北京，也许根本就不会有北京猿人在这里定居，也许就完全没有今天的北京。这就是潮汐的影响，有潮汐才有北京湾，还有潮汐冲刷出来的现在北京的西山，还有大平原。所以月亮对于咱们北京的来源，对于北京地区的形成，太重要了。

　　因为有了月亮，才有月食和日食。要是没有月亮，就没有月食，没有月亮，也不会有日食。日食是月球把太阳挡住了，所以要是没有月亮的话，这个现象就没有了。

　　木星就没有潮汐，为什么呢？它自个儿太大，旁边那些卫星啊，围着它转，对它没有引力。

　　■因为有月亮，地球成了唯一有潮汐的天体

　　地球和月亮最独特的情况就是月亮跟地球比，如果地球的直径为一的话，月球的直径是四分之一，这个比例太大了。我给大家做个对比，看火星，有两个月亮，它的月亮的大小呢，相当于火星直径的二百六十一分之一，只是那么一小家伙。看木星，木星最大个的卫星，比月亮大多了，但是呢，它只占木星的二十七分之一。看土星，有一个很大的卫星，叫土卫六，土卫六只占土星的直径的二十三分之一，虽然土卫六很大，可是土星更大。天王星的卫星只有其直径的三十二分之一，海王星的卫星只有其直径的二十八分之一。

　　而月亮在太阳系中是非常独特的，它个儿太大了，不是它本身直径非常大，而是它跟太阳，跟地球来相比显

　　得大。正是因为如此，有潮汐的天体，只有地球。木星就没有潮汐，为什么呢？它自个儿太大，旁边那些卫星啊，围着它转，对它没有引力。可是地球可经不起旁边有四分之一大的这么一个天体，就使地球自古以来就在那儿膨胀收缩，膨胀收缩就引起潮汐现象，跟一个弹性球一样。

　　人类指望不到这天。因为到不了那个年份啊，太阳会变成红巨星，地球就不能存在了。

　　■30亿年后月球会离我们远去

　　有了月亮，就出现了潮汐现象，潮汐现象不光是地球的潮汐，涨潮落潮，还出现一个现象，叫做潮汐摩擦。潮汐摩擦的结果，地球自转变慢。这有证明，恐龙时代，6500万年前，一年，不是365天，一年400天，地球转速比现在快多了，一天不是24小时转一圈，而是22小时就转一圈了。这是恐龙时代，它那时候的表跟现在可不一样。再往前，更快，也就是说，越往前，这个地球自转速度越快。

　　由于有月亮在旁边呆着，月亮引起地球的潮汐摩擦，潮汐摩擦使地球自转速度放慢，地球现在的自转速度比恐龙时代变慢了，变慢的结果呢，月亮远离。长此下去呢，月亮离地球更远。月亮远离的速度大概是多少呢？一年月亮离地球远4厘米，每年远4厘米。

　　这个4厘米跟38万公里来说简直是太小了。别忘了，架不住时间长，30亿年以后你看会什么样。（按照编者推算，30亿年后，地球与月球之间的距离将增加12万公里，而现在月球与地球的平均距离为38万公里。也就是说，届时月球与地球之间的平均距离将为50万公里。）那时候，月亮离地球越来越远，地球的潮汐就越来越弱，将来终有一天，没有了月亮的引力，或者月亮的引力起不了作用了。那时候地球的潮汐呢，主要依靠太阳。

　　因此，30亿年以后，40亿年以后，如果地球上还有人，那么看到的太阳、月亮，可比今天小了。小的结果是什么呢？是月亮远了；小了的结果，是终有一天，会出现月环食了。离地球越远，它进入地球的影子越小。月亮越来越小，就会没有日全食，只有日环食，没有日全食，它遮不住。所以你看，我们亲密的离我们这么近的嫦娥，这个月球，这么美好的东西，经不住时间长，会逐渐离我们远去。

　　随着天体的演变，时间长了以后，地球也要随之改观很多。这些可能在讲嫦娥工程的时候，不会涉及到这么多。但这个确实是要发生的，是天文的事，所以在这里，我们更多地从天文学角度来给大家讲讲，展望展望未来，这个未来太远了，不知道那时候还有没有人类。但愿还有。

　　由于有潮汐效应，地球的自转速度变慢，地月距离增大，过去潮汐比今天盛，全食时间比今天更长，全食的时间长是因为月亮个儿大。而未来呢，潮汐要弱于今日，有望观测到月环食。

　　但是我要告诉大家，人类指望不到这天。为什么指望不到看月环食呢？因为到不了那个年份啊，太阳要变了，地球也随着太阳的改变而改变。太阳会变成红巨星，地球就不能存在了。在未来的年份，人类可能通过高科技远离家园，到达另外的天体，这是非常遥远的事。

　　有一个天体跟地球相撞，弹出来的碎片中一部分聚合起来了，就形成了今天的这个月球。

　　■月球起源于天体与地球相撞

　　月球起源学说在近年来有很大的变化。在30年前，小学课程中，有一篇科技短文说到地球跟月亮的关系，可能是母女，可能是姐妹，可能是夫妻。

　　什么叫地球跟月球的关系是母女呢？就是月球是地球生出来的。在早期，地球还没成形的时候，被某种吸引力吸出来一块。这就叫做月球跟地球的关系是母女关系。姐妹关系呢，是两个同时在太阳系中生成的。第三个呢，是夫妻关系，两个毫无关系，偶然间走到一起了，互相吸引，互相绕转，像跳双人舞一样，变成了不可分割的一对。这是过去的月球起源学说，很多书上都有。

　　但近年来对这三个学说有新的评论。是什么呢？主要由于美国的12人分次登月，这12人登月，在月球上取回来384公斤的月球土壤的岩石，其中有一克，由美国当年的国务卿送给了中国，送给了邓小平。然后呢，这克岩石就给了中国地质贵阳地球化学所，由“嫦娥登月工程”的探月首席科学家欧阳自远，把这一克分成一半，其中的半克他进行了化验，写出来14篇论文，以至于他后来变成了探月的首席科学家。另外的半克在哪儿？就在北京天文馆，大家有机会去看看，得用那个显微镜，你才能看见那半克的月壤。

　　人类登月之后，对月球的研究不是用望远镜看月亮，而是把月球土壤拿回来进行了化验，得到了对于月球表面的矿物、岩石的详细的地质化学分析。还有这登月12人，曾经有三人把地震仪放上去，因此把这地震仪命名为月震仪。这个月震仪，无人管理，就在那儿自动探测月球内部，把信息传回来。传回来之后呢，我们就了解了月球的内部结构。所以，人类现在对于月球内部的了解，跟人类了解地球内部是一样的。虽然月球离我们很远，但是对于月球内部的了解，并不比我们了解地球内部更少。这两项第一分析了月球的土壤，第二探究了月球内部结构。

　　因此呢，现在知道，月球和地球完全不是母女关系，姐妹关系，夫妻关系。而是另外一个说法。这个说法叫做大陨集说。说的是大概在地球诞生1亿年左右（地球有46亿年了），有一个大个的天体，这个大个天体有多大呢？跟火星这么大的。火星多大呢？火星直径有地球的二分之一，地球二分之一这么大一个天体，跟地球相撞，撞得还很厉害，撞到地球里边了。撞到地球里边，就碰到地球里边铁核，地球内部是个铁核，铁的，碰到铁核它就弹碎了，然后把地球的一些结构也弹出了。弹出来一大块东西，包括它本身的碎片跟地球的碎片。这些都散布在空间，然后其中一部分聚合起来了。就形成了今天的这个月球，而另外一些部分就散去，就不知所终。这个就是现在的新的学说，叫做大陨集说。

　　现在看来，这个大陨集说，能够解释更多的月球土壤和月球的内部结构情况。所以这个月球起源学说，现在被认为是更接近于真实情况。随着人类探月，包括中国今后的探月，我们对月球的知识更丰富以后。对于大陨集学说也许会否定它，也许会更进一步地修订使它更接近于真实情况。这是对未来的展望，这也是人类探月的一个远景目标，这个远景目标的实现将让我们更深刻地认识月球。