第十三章
月亮的表面状况

月亮不断地对地球提出问题。人类对于已拥有的知识从来不会满足的。我们总是想明了万事万物的性质，在无法深究的地方才去加以猜测。能从像月亮这样近的一个世界去探索那里的真相，岂不是很愉快的事？ 真的，月地间的距离只有38. 4万千米，和恒星遥远的距离相比，真可算是近在咫尺！ 古代哲学家大多数都谈到月亮，他们因为缺少观测工具，就凭借自己的理解和想象去设想月亮的表面状况。有些人猜测它不是自己发光，而仅反射太阳照在它上面的光辉。自泰勒斯（Thalès）以来，阿那克西曼德、安那克萨哥拉（Anaxagore）和恩培多克勒（Empédocle）都有这样的看法。毕达哥拉斯（Pythagoras）和他的弟子以为月亮里有像地球上那样的土地，那里的动物比这里的还要庞大而且美丽。还有一些古人以为月亮是一面大镜子，它从天上反映出地球的情况。这种种看法很难和月相的现象相调和。

月亮的光辉是从太阳而来，这一点光谱分析已给我们证实得很明白。但是月亮不是一个完美的散光体，它吸收了绝大部分来自太阳的能量，它所反射出来的不过只有7%而已。因月亮吸收的日光约有93%，从光谱中检查，由红端到紫端吸收之量愈来愈多，所以月亮比太阳看来更要黄些〔近年来所拍摄的月亮的彩色照片完全证实了这一点。——校者注〕。这种说法也许会引起读者的怀疑，因为人人都感觉到月光是淡蓝色的，比太阳的光辉冷静得多。但是，这只是一种光学的幻觉，或者说是一种生理的现象，在科学上叫作普尔基涅（Purkinje）效应。

下面的实验给我们说明这个效应的意义。假想我们在银幕上投射一线白光的光谱，这一光谱从红到紫呈现在我们眼前。于是我们逐渐使光辉微弱（例如用一个光阑套在投射透镜上逐渐缩小光圈），光谱里各种颜色就按同样的比例黯淡下去。光谱上各部分光亮逐渐变暗，以至在快要看不见的时候，我们便感觉到红、黄两色比蓝、紫两色显然消逝得更快，一直到难于看见。如果不把光线分开成光谱，而只将一个白色光点投射在银幕上，这一光点在逐渐变弱，在完全看不见以前，先转变成了蓝色。

画家在要表现很微弱的光线时，常常故意选择冷的色调，而把热的色调用来表现太阳。从光度的角度来说，好像是弄错了，但从生理学的角度来说，他们却是对的。实际上，月光应该比日光更黄一些，因为由月面散射的光线中所含有的蓝色辐射要比日光更少一些，但是 普尔基涅 效应将颜色的感觉改变了方向，结果这效应占了优势。名画家夏凡纳（Puvis de Chavannes）给他的名画《圣女守护沉睡的巴黎城》的色调是近于锦葵的蓝色，在观众眼里是非常自然的。

科学家曾用特种光度计，测量了夏季正午太阳的日光和满月的月光两者之间光强度的比例，这比例大约是40万比1。将月亮在各种月相的光亮一并计算在内，太阳在20秒钟里所发的能量，比月亮在一年里所发的还要多些。

大家总以为月亮的亮度与它被太阳照着的部分成正比例，例如满月比两弦时要亮2倍。可是光度的观测却证明这是很大的错误：满月比弦月要亮12倍。换句话说，在相等的表面，满月要比弦月亮6倍。在具有大视场低倍率的目镜的望远镜里很容易证明这一件事。如果肉眼在黑暗里停一会，然后用这样的望远镜去看娥眉月，感觉是舒适的，可是对象如果是满月，则有一种令人昏眩的感觉。下表使我们了解月亮的亮度随位相角（即月亮和黄道上与太阳直径相对的一点之间的角度）的变化而变化，表中以满月的亮度作为100计算。

我们已经说过，月亮离太阳7°即位相角173°的时候，娥眉月已经消逝不见了。

天文学家用 反照率 来表示星球散射日光的能力。反照率是入射日光和星球散射部分的比例，余下的便被星球吸收了。天文学家计算反照率的方法是用光度计来比较各位相的星球和太阳的比例。鲁纪耶（G. Rougier）用这种方法测得月亮的反照率是0. 073。所以我们的卫星在可见辐射区域里吸收了它所接收日光的92. 7%。

为了比较起见，在这里提一下，按照灰光的光度测量求得地球的反照率是0. 39，它是月亮的反照率的5倍多。从月亮上望地球，地球在天空的圆轮的直径约为2°，即为由地球上望满月的4倍，如果月亮上有居民，“月中人”所见的“地光”，要比我们所欣赏的月光明亮得多。还必须说明一下，作为行星，悬在空间里的地球，比太阳和月亮都要蓝得多。譬如，从金星看地球，它将会像天上最亮的星，如天狼、织女、南河三（即小犬座α星）一样蓝，当然，这必须是在大气中没有大量云雾的时候。同时，在金星上看，月亮是黄白色的，而火星则呈现熊熊火光那样的颜色。

人类用肉眼看月亮，最初想象的图画一定很像人的面貌，因为月面斑点的位置颇和眼、鼻、唇等部位相当，所以有那样的想法。这种相似的模拟不过是偶然的，因为有些人在月面上看出负薪的人形，有些人又以为是一只兔子。但若用一架望远镜，即使是小倍率的望远镜去看月亮，这种不正确的印象便立刻消逝了。

1609年伽利略首先用望远镜观测月亮，他在那里面发现高山和深谷（构成那时人们所没有想到的凹凸起伏）以及被他比作孔雀羽毛上的翠眼那样的环形山。自那时以来，关于月面形状的详细研究有了很大的进步，如我们在下面所要陈述的。可是，我们所认识的只是月亮永远向着地球的那一面，因天平动的缘故，我们所能看见的也只有全月球的3/5，其余的2/5的月面只好留给未来的星际航行家乘火箭环游月球时去欣赏了〔苏联在1959年10月4日发射的第三枚宇宙火箭，将自动行星际站发射到高空，在它上面已经拍摄了月球背面的照片，用无线电将月球背面影像传到地球上来，并在10月27日公布了第一批月球背面的照片。——校者注〕。将观测者或自动的仪器放在炮弹里，抛射到月球上去，在今天已认为是幼稚的见解。因为要使一枚炮弹达到月球，它离开大气时的速度必须是每秒11千米，又因为大气阻挡运动，所以炮弹被射出大炮口的速度还要大得多。没有什么东西能够抗拒这样的冲击力。只有慢慢加速，如像火箭那样的机器，到月亮去探险才有成功的可能。

◀ 对月亮的观测 ▶

夜晚，用天文望远镜望着月亮，其景象是动人的。月面上山岭起伏的形势，好像被光和影蜿蜒雕琢成似的。在上下弦时，黑影清晰，使这种起伏的形势格外突出。在满月时，因日光直射，使我们感觉月面是一片石灰铺成的沙漠。月面最富有特征的地方，显然不是偶然的结构，这些地方显然是按照一样的图案所造成的，这些是巨大的“圆形广场”，被天文学家按其大小叫作火山口或者环形山。图156表示环形山密集的情况，那是用30厘米口径、4. 50 米焦距、放大率200倍的望远镜所看到的景象。这好像是把月球放在2 000 千米以外的情形。将来星际航行者在离月面这样高的上空里，隔窗望去，就会看见这个景色。

在黑影的极限处右方，从月面掠过的光线使凹凸的形势更是突出，坑穴显得像无底深渊一般，在环形山低处隆起的地方又被阴影所扩大。这幅图里下方黑影的边缘上有一个具有小坑穴的大环形山，叫作托勒密山。它上面的一个环形山叫作阿方索，这是为了纪念一个曾做过国王的天文学家而命名的。在此环形山的中心，有一个闪耀着光辉的山峰。图中在此山的上面是一个具有台阶形的深环形山，名叫阿尔查赫耳（Arzachel）。

为了更清楚地察看这个区域，我们再把它放大400倍，如图157所示。它的细节部分看来是多么的显著！ 我们看到，在托勒密环形山的底部有一系列的小坑穴。在这个环形山中部偏左有一个大坑穴，其凹下处像一只大碗，在这个大坑穴下面还有一个很老的好像已经被冲刷作用所削平的环形山的墙壁。图156最右下方的那个环形山名叫弗拉马里翁。

大家或者会想，放大一倍便是把像的大小增加一倍，那么也就使我们更接近月面，由2 000 千米而减至1 000 千米，我们便会看出两倍小的细节。可是事实上并不是这样，因为我们在地球上观测，而地球周围环绕着一圈大气。我们透过这层大气去看星球，对于穿过大气的光线，情形常是不利的。空气的扰动、冷热气流的对流，常使星像在望远镜里显得抖动。由于常常受了大气的阻挠和限制，我们的观测不能达到十分精确的程度。而且，即使在澄静的天气里，望远镜的光学性能也是极精确观测的障碍，如果再增加放大率，细节便将成为模糊不清的状况了。

为了看得清楚，观测者首先需用口径较大的望远镜，其次需要有耐心，另外，还需乘机利用特别良好的大气状况。大气的扰动变化得非常厉害，可是在有些日子里比较适宜于观测。可能遇到一个短暂的时期，大气特别澄静，如果由于凑巧或者由于勤勉，我们恰在望远镜那里，那时我们才有可能把很高倍率的放大目镜使用上去。最好的办法便是把大口径的望远镜装置在大气特别澄静的地方。所以新近去世的法国天文学家李奥曾在比利牛斯山最高峰的天文台进行观测。他在日中峰（Pic du Midi）天文台用60厘米口径、18米焦距的望远镜在3 000 米高处所拍的月亮的美丽照片被我们用来作本篇的插图（图123）。荫蔽仪器的圆顶直径只有10米，需使用两个反光镜，经过反射将光线折为三段。这种物镜也是很完善的。

因有空中缆车作为交通工具，观测者只需短时间便可达到日中峰的最高处。从瞭望窗往外望，天际间陡峰壁立，令人想到月亮里光秃秃的情况。我们在这个夜晚的旅程里，心理上即已做好准备，当目镜把我们带到邻近世界去的时候，这不过是比利牛斯山上空中旅程的继续而已。

让我们像李奥在日中峰用望远镜进行观测那样，再去看一下托勒密那座环形山吧。放大率虽已经达到900倍，但是观测者还是感觉吃力。图157内的细节好像在30厘米外所看见的景象。这一次在环形山圆场的底部出现了几百个小坑穴。图上最小的坑穴直径是600米，但用肉眼还可看到更小的、口径为300米的小坑穴。如果你有一天去看这个景象——这将是宝贵的机会——你将终身不能忘怀。

一方面由于大气的稳定，另一方面由于仪器的精确，我们已经达到对月球观测的极限：在它表面大约300米范围的细节都可以一一识别出来。

◀ 月 面 形 势 ▶

图158表示月面上各种各样的山。图的右部我们叫作 雨海 ，其实海这一名称是不恰当的。这是一片广大的阴暗区域，底部差不多是平坦的，只是有些突出的褶皱和一些或明或暗的斑痕。左角上有一些 大陆 ，比海要亮一些，也高一些，它们是被复杂的地势所分裂而没有联系的。有些大陆主要是连绵不断的山脉，图158的左上方便是一个这样的例子，叫作 亚平宁山脉 。这条山脉上有些峰峦高达4 000米，最高峰高出附近海面4 540 米。利用这些山峰的阴影，用三角测量的方法，就很容易测出它们的高度。这些山峰常常是陡峻的，但却没有直立的山坡和锋刃式的山脊。这些连绵不断的群山是在很古时期形成的，它们曾经经过长期的侵蚀。

陆上也如海里一样，到处都是环形山和坑穴，直径有大到200千米的。图158里的大圆场名叫阿基米德，直径是85千米。这是一个老年的环形山，已经遭过剥蚀，只留下四周的墙壁，在它的中部充满着和海一样的物质，它的底部平坦，但因为月亮是球形的，故略微显出凸起的形态。以上几幅图里的托勒密环形山也是这样的，奇怪的是这座环形山内部比邻近的海还要暗黑，一切环形山都有这样的现象，而柏拉图环形山尤其显著。

再看一下图158中部有一座环形山，名叫阿里斯提吕斯（Aristillus），此山山脊如锋刃，四壁耸立，好像没有受过侵蚀，在它的中心有一个像是用乱石堆成的山峰。对于近期的环形山来说，阿里斯提吕斯算是出奇的大了。在整个月亮上，到处都是少年期的小直径的环形山，不规则地分布在海洋和陆地上，它们都是在近期形成的，常夹杂在古代的环形山和山脉里面。它们的直径从几百米到20多千米不等。

图159右边显示一座异常美丽的结构，名叫哥白尼。这是少年期环形山中最大的一个。它像阿基米德，直径也是85千米，但是它的墙垣没有被侵蚀。在它周围200千米附近有许多孔穴，这也许是在环形山形成时被石块所冲击而成的。这种冲击，甚至还使得表面上形成了许多裂缝。从这一中心射出许多明亮的斑纹，当满月时，迎面被日光照着，显得特别明亮，环形山里面好像满满地覆盖了一种明亮的灰。图内的中心靠下方一点的地方有一座很古老的圆场，除墙垣的顶部之外，几乎全部被淹没了，只留下一个大圆圈。我们可以想象，从前大陆曾经陷落在这一区域里。

图160、图161表示 汽海 附近的奇特形态，这里许多地方显现龟裂的纹路。这种裂纹叫作辐射纹。图160是特里斯纳凯尔（Triesnecker）环形山的照片。那里断崖交叉，使附近的土地发生裂隙。图161表示更大更曲的裂口，名叫伊纪努斯（Hyginus）辐射纹。这些辐射纹不深陷，边沿被剥蚀，墙垣也不直立，而且可说是坡度缓慢，好像一部分被附近海里的粉末状的物质所填塞似的。

图 162 表示 湿海 附近的大裂缝，它们形成类似同心的圆弧，宽达2千米，它们差不多完全被填塞了，特别是中间的一段。是什么力量在月面的陆上和海上耕犁，才造成这样的谷呢？

在别的区域里，我们还可以看见差不多是直线的谷。弗拉马里翁环形山的右下方（图 180）便有这样一道深谷，它好像把弗拉马里翁环形山截开了似的。

横断亚平宁山脉还有许多谷（图 158、图172），方向是和山脉正交的，造成一些宽阔的山峡，但它们大部分已经被填塞了。一大群的大断层，好像网上的孔眼一般，出现在托勒密和阿尔查赫耳区域附近（图156）。

读者在图123的中部看到屏障着平原的高大绝壁，不能不感觉惊异。那长120千米、高500米的绝壁，叫作直壁。

◀ 月面图和月球上的地名 ▶

现在我们来认识一下月球上各种各样的土地。为了识别这样复杂的月面图上的细节，自然需要一种命名法，而且还需要作为标志的点。地理学家对于辨识地方有三种方法：他可以用经度和纬度作为一个地方的坐标；可以把那个地方绘在一张图上；还可以说那地方距附近有名的地方有多远。月面学家也使用地理学家的方法。月球上也有一种经纬度的坐标系统，一些重要的地点便是用它们的经纬度标志在表册上面的。天文学家需要以这些坐标来研究月球的自转运动。卡西尼所发现的月亮运动的规律如下：

（1）月亮绕轴自转，其轴的两极固定在月面上。这种运动是等速的，它的自转周期严格地等于月亮经天的恒星周期。

（2）月亮的赤道和黄道相交，成1°32′不变的角度（卡西尼的数值稍微大了一些）。

（3）黄道的轴、月亮自转的轴和月亮公转轨道的轴，三条直线总是和一个平面平行。因为有这第三个规律，月亮的自转轴在18年零7个月内做成一个圆锥，这个圆锥的轴是和黄道面正交的。知道这个圆锥在每个时候的位置，便容易在月面上定出一种经纬的系统，去规定月面上任何一点的位置，像在地球上一样可靠。

月面图曾经绘过好几幅。第一幅是伽利略初用望远镜时所绘出的。后来绘月面图的有：法国的默郎（Claude Mellan，1636）、西班牙的郎格尔努斯（Langrenus，1645）、丹泽的赫维留（Hevelius，1647）、意大利的里希奥利（Riccioli，1650）和格里马尔迪（Grimaldi，1650）。巴黎天文台藏有卡西尼于1671年至1679年间绘成后刻制的一幅直径54厘米的月面图。这幅图的铜版不幸于19世纪初被毁坏，直至1791年和1802年施罗特尔（Schröter）刊布的月面图，始有更好的成就。其后又有比尔（Beer）和马德勒（Mädler）绘的月面图（1837）。施密特（Schmidt）于1874年完成的月面图，直径达1. 80米，虽然绘得十分详细，但却不太明晰。

19世纪末，大家都承认用望远镜目视法去描绘月面图是不会再有改进的，而只会枉费精力。为了寻求月面可能发生的变化，只有用照相的办法才能获取不能辩驳的证据。阿拉戈对于尼埃普斯（Niepce）和达盖尔（Daguerre）的工作〔即照相术的发明。——译者注〕曾经说过：照相术将革新月面学，但是要拍得好到足以超过以前手绘的月面图的月亮照片还是有许多技术上的困难，这是需要解决的。从1894 年开始，巴黎天文台的洛伊（Loewy）和皮伊瑟（Puiseux）照有很美丽的月亮图，两年后他们刊布了巨幅的《月亮摄影图》。这个伟大的制作超过了从前最好的绘画，直至几年前，它还是月面观测者的主要工具。

李奥企图做得更好一些。洛伊、皮伊瑟两人所用的仪器是装置在巴黎的肘形折射望远镜上的照相仪，其口径60厘米、焦距18米。李奥把同样的一个物镜装在日中峰。他详细研究照片上乳胶的性质，选出几种最适用的照片。另外，他改进了仪器上的导动设备，决定了像上应有的直径。他更耐心地等待最澄静的气候。因为这种种的准备，他所拍照片的精细程度比洛伊、皮伊瑟两人的都要高两倍。因照片上的乳胶颗粒更细，所以照片上的衬度增加了三倍。李奥最好的照片和肉眼观测的细节一样丰富。他已经收集了一部新摄影图的资料，但愿早日刊布出来〔随着宇宙航空事业的发展，近年来世界上已编制出版了几种很好的月面图，可供参考。——校者注〕。

在郎格尔努斯的图上，主要的地方都已给出了名称：如奥国海、公教峡、和平地、道德地、菲利普斯第四环形山、路易十四环形山等。现在通用的名称是从里希奥利开始的。他和郎格尔努斯一样，是任意给海取名的，如危海、澄海、湿海、梦湖、雨海、静海、冷海、风暴洋、露湾、热湾；山脉一概借用地球上的山脉的名称，如阿尔卑斯、亚平宁、比利牛斯、喀尔巴阡、高加索、阿尔泰等。至于环形山和坑穴，则随里希奥利的高兴，以古今天文学家和哲学家的名字命名。举其重要的来说，有柏拉图、亚里士多德、阿利斯塔克、阿基米德、埃拉托斯特尼、喜帕恰斯、托勒密、哥白尼、第谷、开普勒、伽桑狄（Gassendi）等。300年以来又在这些姓名之后加上了好些，如笛卡儿、卡西尼、伯努利（Bernoulli）、克莱罗（Clairaut）、拉朗德、拉格朗日（Lagrange）、拉普拉斯、阿拉戈、雅各比（Jacobi）、爱里（Airy）、柯西（Cauchy）、让桑（Janssen）等。当然，推进月面学的天文学家也没有被人遗忘，如郎格尔努斯、里希奥利、格里马尔迪、施罗特尔、赫歇尔、比尔、马德勒、内史密斯（Nasmyth）、皮伊瑟、弗拉马里翁、古达尔克（Goodacre）等。将来的天文学家将会感到好地方已经被前人占去了。

这种命名法显然是必需的，因为现在月面上有名称的地方，数目之多已经超出我们的记忆了。国际天文学联合会特别组织一个委员会来修订这些名词，刊布了一个月面地名表，是研究月面学的人所必需的参考资料。表内仅是大的地方才有名称，只要它们足以供附近小地方定位便够了。例如图164里两个大的环形山的名称是阿利斯塔克和希罗多德，那么附近的凹地、坑穴、小孔、低地，只需按照它们的重要性顺次附加拉丁大字母来表示，如阿利斯塔克A、阿利斯塔克B 就行了。至于山岭、高地、高原、山脉等则附以希腊小字母，如希罗多德α、希罗多德β 等。辐射纹则附以罗马数字，再加上r，例如阿利斯塔克上面有一辐射纹便用Ⅱr 表示。至于国际月面地名表中所不载的地方，观测者更可以用阿拉伯数字1、2、3……代表它们〔苏联科学院在1960年出版了世界上第一部《月球背面图册》，图中把月球背面的700多处都编了号，有些还定了名称。——校者注〕。

◀ 月面土地的性质 ▶

既然望远镜能帮助我们认识月面上大的结构，如山、环形山和谷，那么我们只需要一座好的高倍率放大的望远镜便可以识别它们。另外，根据月光的物理性质，天文学家还可以判断月面土地的微观情况，换句话说，就像是在显微镜下观测出土壤的结构。

我们把光线视为在传播中作周期性的振动。在光线中的每一点，振动是和传播的方向正交的，而且在一般的情况下，各个方向上都有这样的振动，至少在所谓天然光线里是这样的。当天然光线照在某个东西上，譬如照在月亮的表面上，这束光线的一部分漫射到各个方向上。可是在这条新途径上的光线，振动的性质发生了改变，这种振动不再是绕着光线的各个方向都有，因为漫射仅容许在几个有利的方向上才有振动。漫射的光线已经不是天然光线，物理学家说它受了 偏振 。说确切一些，漫射光线是天然光线和一些偏振光线的混合光线。这些偏振光的振动方向叫作 偏振向 。

偏振光的成分和偏振向是与漫射面的性质和漫射的角度有关系的。物理学家利用偏振计研究各种物质的漫射性，所得到的数据便是该物质的特征。天文学家用装上偏振计的望远镜去观测月亮，测定它表面上各个区域漫射光的偏振率。这样持续地测定了一个月，便研究出月亮在各位相或者各个漫射角上的偏振情况。李奥就是这样绘出了月亮的 偏振曲线 （图166）。横坐标表示位相角（在满月时为零），纵坐标表示偏振光的成分。当光线在经过日和月的视向面的正交方向振动时，这成分算是正的；当光线在视向面上振动时，这成分算是负的。李奥所设计的偏振计非常灵敏，即使偏振光仅有天然光的千分之一，也可以测出来。

李奥绘出月亮的偏振曲线之后，拿去和各种各样的地质标本的偏振曲线加以比较（这些标本的漫射性质经李奥在实验室里加以测定），由此，他得出一个结论：月亮表面盖有一层灰，那是很细的粒子，很能吸光，而且不透明，好像地上的火山灰那样。图167表示这样的灰在显微镜下的情况，这也就是用放大镜去看我们卫星表面看到的情况。

别的方法也证明了这个结果，特别是我们说过的对月亮光度的观测。对月亮的温度的测定，更要给我们另外一种新的证明。

◀ 月面的温度 ▶

在望远镜里，月亮好像是一个冰冻的世界，但这是一种幻觉！ 天文学家曾测过月面的温度：在赤道附近被日光垂直照射的地方，温度高达100℃；只是当太阳落到月球的地平线以下的时候，温度才骤然降低，夜晚不见日光的一面，温度下降到-150℃。

这些温度是月面土壤上的温度，因为那里没有大气。放在土上的温度计所表示的温度，差不多只靠温度计管上的颜色来显示，如果变黑，温度便升得高，如果变白，它便表示较冷。以上所说温度的数值，是指温度计放在土内0. 5毫米深处的温度。

天文学家并不是用温度计，而是用分析月亮的漫射光的方法去测得这样的温度的。光线只是温度的一种表现。要了解这种表现，首先必须研究光的能量在光谱内各部分的分布。光源愈冷，它所发出的辐射波愈长。从月亮而来的能量有两个来源：一个是由太阳而来，再经过月面的漫射，因为来源很热，所以它的辐射能量大部分集中在青色附近的可见光谱里；另外一个来源是月球自身，因为温度很低，因此能量集中在红外区，波长约10微米的附近。利用滤光器就能相当容易地分开这两种来源不同的辐射，再用一套很灵敏的温差电偶去测量它们。这样把测量所得的结果加以计算，便可求得月面的温度。

有人曾用收集能量最多的威尔逊山上的口径为2. 50米的大望远镜作过这样的测量（图168）。在真空管内装置有6对温差电偶，月亮的辐射能量照在它们上面，产生一点很弱的电流，然后加以放大，再用电流计去测量。这是一种很精细的实验，帕蒂特和尼科尔森（Nicholson）曾经成功地做了这个实验，使我们了解了如上面所谈到的月亮的温度。

利用更长的可以进入土里的辐射波，我们可以测定月面较深处的温度。这一次需使用的不是光波而是射电波，观测时需用口径大且焦距很短的一种射电望远镜。射电望远镜的镜面并不需要像光学望远镜那样考究，只要把金属丝织成抛物面形式的帘幕，便是一座射电望远镜的好镜面。测量从月球来的波长为1. 25 厘米的辐射，射电望远镜的直径是1. 10米。在它的焦点上并不安装温差电偶，而是放上一根小的天线和放大器与电流计相连接。这种仪器是由澳大利亚的射电天文学家皮丁顿（Piddington）和米内特（Minnett）安装成功的，于1948年瞄准月亮。他们求得月亮的土壤温度是从-75℃到30℃，这种变化随位相而变化，但是有几天的延迟。反之，帕蒂特和尼科尔森对于红外辐射所观测到的从-150℃到100℃的变化却是和位相的变化完全相合的。

这种差异是容易解释的：射电波比红外线容易透过组成月面土壤的物质，所以用射电波所求得的温度和用红外线所求得的温度相比，前者是属于月面下比较深的地方的温度。因为热量在月球内部遭受阻挡从而传播缓慢，所以变化很小且迟缓。从这一系列的实验所得的数据是可以和地球上岩石的性质相符合的。

由这个方法我们推出月面漫射层不是由石块而是由均匀、细小的粉末所组成的。这些粉末只有几毫米那样厚，它们是不是火山灰呢？

这些结论在月食时又得到一种印证。当日光骤然不照在月面上时，月亮立即变冷。帕蒂特和尼科尔森于1927年6月14日月食以及帕蒂特于1939年10月28日月食时，测得月面的温度迅速地降低到-90℃。所以应该假设，组成月面土壤的物质具有极小的热容量和弱的传导性。这正是真空管里很细的不透明的粒子组成的粉末所表现出来的情况。

◀ 月亮的大气 ▶

许多年来大家都以为月亮没有大气。日食的时候，月亮的边缘在明亮的日轮上显得十分清晰，一点半影都没有。一颗星被月亮掩蔽的时候，它一下就看不见了，而在消逝前，相对于它附近的星并不表现有丝毫的移动。即使月亮的大气只有地球的大气的0. 001那样多，也可以把星的位置移动几秒。月亮里是不是一点儿大气都没有呢？ 在地球上的大气，每一立方厘米里有约3×10 19 个空气分子。因为月亮的质量少，所以它不会吸引住太多的分子，但是月亮既然和星际空间接触，那就很难想象它不经过一个逐渐变化的过程。从月面的下层一定有气放出，虽然分量很少，但是最重的分子，不会像别的分子那样迅速地弥散到空间里去，因重力的吸引它们可能聚集在月球的表面上。因此天文学家虽然早已知道月亮的大气是异常的稀薄，却要努力去探寻它究竟有多少。

对于这种性质的问题，只能使用极细致的分析方法。罗素（H. N. Russell）建议观测娥眉月角处月亮大气里的曙暮辉（图169）。事实上这是一种昏光，因为对于“月中人”来说，在日落以后，这种微弱的光辉还照着那里的天空。假设月亮正在上弦，则在望远镜里看来，明亮部分在左边，黑暗部分在右边，而中间是明暗分界线。按照这种理论在天空背景上绘出昏光的等强线。如果设法用帘幕将月亮明亮的部分遮住，那么只需月面大气密度是地面大气密度的十万分之一，我们就一定可以看见这种昏光。但是这样的观测没有得到结果，所以可以断言：月亮上若有大气，一定比这样小的密度还要小些。

1948年李奥和多尔菲斯又从事这个细致的研究，观测的条件比以前优越得多，从而增加了灵敏的程度。虽然罗素在望远镜的视场里使用帘幕遮住炫目的光辉，可是别的不利的效应仍然妨碍观测。首先，地球低层大气里的灰尘和粒子因漫射光线使视场里有一种普遍的微弱的亮光，所以月角附近天空的背景不是漆黑的，这个幕罩就掩盖了我们所要寻找的月亮上的昏光。其次，照在物镜上的月光被光阑以及被镜面的灰尘和细小条纹所漫射和衍射。这些寄生的光比大气里漫射的光还更妨碍观测。

这两位观测者在日中峰3 000 米高处得到了很澄静的大气。至于由仪器而来的有害的光线，他们使用日冕仪来消除它。这架日冕仪是李奥发明的，它是用于非全食时观测日冕的。使用安装在日中峰天文台的日冕仪去观测娥眉月角，如果在月面的大气密度是地面的亿分之一，当会查出月亮的大气。可见，这种方法比罗素的方法要灵敏1 000 倍。但即使经过长时间的拍照，这两位观测者仍然查不出月球上的大气！

1950年多尔菲斯在日冕仪上再装上一个偏振计，再度进行研究。如果月面有大气，月角的昏光就应该偏振化。他拍照了两个多小时，又将以上方法的灵敏度提高了10倍，可是照片上并未显示丝毫偏振的痕迹！

同时柯伊伯（Kuiper）想要从满月边沿的光谱里去寻找二氧化硫的吸收谱带。虽然这种方法和上面的方法一样灵敏，可是他也一样失败了！

这些精细的实验已经证明，月亮如果有大气的话，密度当是地球上大气的十亿分之一。这是1毫克和1 000 千克之比。如果承认这样小的一个比值，那么月亮的大气每一立方厘米仍含300亿个分子。这问题现在还是悬而未决的，如果将来有人发明一种更灵敏的方法，也许他终于会满意地发现月面的大气〔苏联天文学家利普斯基曾经用极精细的偏振观测发现月亮上有微弱的大气。月亮大气的总质量是地球大气质量的十万分之一（见库利考夫斯基著《天文爱好者手册》，科学出版社1956年版，26页）。又据近年来射电天文学的观测资料，说明月亮上的大气密度只是地球上大气密度的二十亿分之一（见南京大学天文系编《天文学教程》上册，177页）。——校者注〕！

◀ 月面结构的起源和演化 ▶

读者由直接观测或者通过照片认识了我们的卫星，天文学家用物理方法分析它的辐射而认识了它。可是读者还不会满意，因为他还想知道月面上那些和地面上很不相同的各种各样的结构的起源。对此问题，天文学家只有凭直觉来推论，这样，常常被人难住。

月面盖着灰尘。这种灰尘是从哪里来的？ 又是怎样形成的？ 有人说，来自火山；有人说，来自陨星，因为100万年里落到月面的陨星的物质足以铺成1毫米厚的一层。可是这种灰尘的性质各处有差异：在海里是暗黑的，在山上是明亮的，在环形山底是深黑的，而在墙垣上却又是炫目的明亮。陨星的微尘绝不会有这样的表现，火山灰也不会造成这样不同的现象。早期的月面学家相信月面结构是由于火山的作用，但今天的天文学家差不多一致怀疑这个看法。我们应该假定这些灰尘性的物质，主要是由月球表面岩石的崩解而来。

这种崩解可以由小陨星的坠落而引起，但是最重要的作用应当是由于温度的变化。太阳升起，土地骤然变热，因为没有大气，土地又特别吸热，于是温度增高很多。岩石的颜色不同，温度的增高便不一样，因膨胀不相同，岩石便会崩解。起初是受斜向的照射，使整块岩石的一边比另一边更热，这也就加速了它的分裂。分裂出来的小块再行分裂，而且这种过程愈来愈快，因为这些岩石的表面积比它们的体积要变小得慢些。可是当这些岩块变小到透光的时候，这种过程也就变慢，因为在它们整个物体上是均匀地加热了。对偏振的观测表明，这些物质很不透明，分裂还在继续进行，一直到颗粒的直径只有几分之一毫米那样的细微为止。这些物质分布在表面，像灰尘那样在月面上铺上一层。在阳光下，它们形成一种很不导热的帘幕；在真空里，每一颗粒和旁边的颗粒仅有一点互相接触。相对于月亮上的“地质年代”来说，这种过程的经历是很迅速的。一切新的结构也就很快地被这种灰尘性的物质所覆盖，例如在直壁的陡坡上就能找到这样的证据。灰尘之所以能够粘在那里，可以解释为是一种静电或者光电现象，更因为月面上的引力微弱的缘故。

当一个环形山形成的时候（我们就要谈到它是怎样形成的），灰尘向各方喷射。它们在真空里走的是漫长的抛物线的路径，因为月面的重力只有地面上的1/6，所以这些灰尘被喷射得相当远。它们铺在月面上成丝线的细长形态，造成环形山周围的辐射纹。近期形成的第谷和哥白尼两座环形山顶上的光圈，在小型望远镜里可以看见。它们的辐射纹洁白美观，并且拖得很长。形成这些辐射纹的物质，被射出的速度还不到每秒1千米，这是真空里可能容许的数值。

侵蚀地面的主要因素是水和大气，这在月亮上虽然完全没有，可是我们的卫星仍然在演变着，它所受的作用是地质学家所不知道的。毁坏月面结构的物理因素之所以在地面没有产生显著的影响，只是因为在地面上，空气和水起了主要的作用。

起初，月球表面有逐渐生成的尘土。这些颗粒状的尘土渗透到断层里去填充堆集，如像我们在特里斯纳凯尔辐射纹和施罗特尔谷里所看见的那样。图170里的三个图表示这种演化的过程。热的效果或小陨星的冲击使得裂隙的直壁倒塌，脊棱变成圆形，尘土填塞凹槽，逐渐形成浅的直线式的沟道。许多月面学者在这些沟道里看出一系列的坑穴，这些小坑穴可能偶然形成在断层的延长线上或者裂隙里面，按照热的侵蚀作用完全可以解释深的裂隙如何转变为一系列的圆形的低地。在阿尔马农和阿布费达两座环形山之间的有名的沟道是很显著的（图171）。

除这种崩裂和填塞的作用之外，还须加上一种因可塑性而来的缓慢变形。组成月壳外层的物质像松香那样具有黏性，它们变形缓慢，甚至需要地质年代那样长的时间，但这却解释了为什么古代的结构差不多完全消逝了而仅留下一点儿痕迹。这种效应和灰化效应相结合，就足以说明高耸突出的结构为什么都平伏化了，老年山为什么也都慢慢地被削平了。

环形山也会变老。图173里的环形山，年龄大有差别。嘉德琳墙垣（图173的上方）已经成了一个坡度较缓的斜面，一切棱角都磨圆了。图中部的瑟里尔生成要晚一些，有些地方的墙垣仍露出锋利的棱角，中间还有一个小山的遗迹。再下面的美丽的环形山捷奥菲尔表现少年期的一切特征，它还没有被侵蚀或者沙掩所改变。

图174里的大圆场显然是很古老的，这可由它边沿上有那么多的环形山和坑穴而看出。这个圆场名叫克拉维斯，直径达220千米。图175里的哥白尼环形山和它相反，是月面上最年轻的结构，这里棱脊以及从墙顶到圆场的台阶都很完整。

月面结构的基本特征已经体现在这些照片上。环形山是月壳上的下陷部分，有时可能很深。人们常把它们比拟作地上的火山喷口，那是不恰当的。我们的火山是喷出物所堆成的锥体，上面有高峰，峰顶有一个不大的坑穴。哥白尼环形山的外形不是这样的，它是缓缓地从它附近升高。将来的星际航行者如从它的墙垣上飞过，将会感到他在一个直径数千里、四围闭合的盆地上面。它里面圆形的被人错叫作中心小山的突出处，并不算高，而是比环形山周围的平原要低得多。

如果我们再研究一下围着环形山的海和陆，它们演化的迹象更是明显。月面的土壤好像是由两种物质组成的。海是一种较暗的具有或者说曾经具有过相当可塑性的物质，而大陆是较凝固的亮的物质。试看一下虹湾和赫拉克利特海峡（图176），它们好像因缓慢的垂直的运动而把高度改变了，好像黏性液体的物质铺在陆地的低下部分而把它们浸没了似的。

图177表示这种机械作用，说明下沉的陆块被海的可塑性物质所覆盖的情况。在本章的几张照片上，读者不难认出部分沉没的古代环形山。一般说来，在海的表面上很少出现坑穴，或者出现近代形成的环形山。

◀ 坑穴和环形山的起源 ▶

自望远镜发明以来，人们以好奇、求知的心理观察了月面的坑穴和环形山，但它们至今仍然是一个疑谜。现在我们以为研究宇宙已经达到最遥远的河外星系，可是近在咫尺的星球就把我们的头脑弄得糊涂。解释这个问题的假设并不少：火山说、旋涡说、渗出说、膨胀说、陨星碰撞说。这一切假说都曾被人提出过，而且还有人加以有力的维护。

在这些假说里，唯有陨星碰撞说最受得住理智的非难，在它主要的理论上，至今还没有什么破绽。当一大块固体物质，以陨星的方式撞着月面时，它骤然被挡住。它坠落的速度至少每秒15千米。它所具有的动能忽然变成热能，使得这块物质本身和它碰着的东西温度升高，以致达到像太阳的温度那样高，于是，它就立刻挥发，造成一个轰轰烈烈的爆炸，使得大量的固体物质被抛射到远方去。这样在爆发处便造成一个坑穴，可能比原来的陨星的范围还大得多。如果这个解释是正确的，那么墙垣里的体积应该等于爆炸时所陷下去的部分，就少年期的还没有被侵蚀的坑穴来说，的确是这样的。由飞机上扔下的巨型炸弹，在地面上所造成的坑穴和月面上的坑穴十分相像。从空中拍摄被轰炸过的战场所得的照片和本章里的月面图并没有多大区别。好像自然为我们做了一个规模更要宏伟的实验。事实上，在地球上也有一些大坑穴，它们来源于陨星的碰撞，这是无可怀疑的。最完善的一个是美国亚利桑那州的陨星坑。它的直径是1 200米，墙垣比它所围绕的坑底高40米，坑底是陨星的铁质碎片所组成的，这就清楚地表明了这片坑穴是怎样形成的。从月亮上用我们的望远镜去看这个深坑，就和我们在这里看月亮上的小环形山一样。但是如果撞成这个坑穴的陨星落到月球上去，那么它所产生的后果必定更要大得多，因为月球上没有大气，这一大块物质在碰撞月面以前，既不会受到阻止，也不会部分挥发，而且又因月球的重力微弱，会使更多的物质因爆炸而被抛射到更广大的范围去。

我们立刻会想到一个问题：如果环形山是由陨星的坠落和爆炸形成的，那么，它们为什么在月面上是那样多，而在地面上又是这样少呢？ 我们认为，这是因为地球一向被一层稠密的大气包围着，形成一种有效的保护层，因此，较大块的陨星常在没有落地以前就在空中爆炸。另外，地球上的侵蚀现象比月球上更要厉害些，这样轰炸成的遗迹转眼就被湮没了。

地球平均每200年接待一个大的陨星，它们大半都落在海洋里。如果我们计算了月面和地面的比例，而且考虑到月球的另一面是我们所看不见的，则我们可以算出，月球上平均每6 000 年可以形成一座环形山。假设在1亿年前形成的古代环形山已经被侵蚀或者被湮没了，那么在月面上还会有可以看见的大小不同的环形山或者坑穴1. 7万个。虽然洛伊和皮伊瑟的月面摄影图上没有这样多，但是因观测方法的进步，时常有新的被发现。这个估计的数字，是现今可以查出的环形山的总数，也是一个合理的数字。

更能抵御毁坏因素的大环形山比小坑穴的数目要多一些。环形山在陆上最多，它们的分布好像是偶然的，其中许多是很古老的。在近代的环形山顶上还有光环和辐射纹。

小坑穴差不多都是近代的，这可由它们完整的情况看出，很古老的小坑穴极少看见。小坑穴在月面上的分布比大环形山更均匀，有时甚至在古老的环形山的墙垣或者山脉上面，这说明陨星下落是偶然的。小坑穴在海里不及陆上那样多，这也许因为海底的土壤有可塑性，加速了它们的消逝。即使月面没有环形山和坑穴，地势仍是很崎岖的，还有山、海、谷和像直壁那样的悬崖。要解释这些现象，只好把地质学上的问题搬到月球上去。也像对于地球一样，我们假设月球内部是同心层的结构，密度愈向外层愈是稀薄。最轻的表面层因辐射而先冷却凝固成固体，它是一个黏结在一起的比较薄的壳，浮在有可塑性的核心上面。

因为收缩和压缩的作用，月亮表层发生褶皱和破裂，造成这些现象的详细机制目前还不太清楚。我们应该注意，不要把地球上的情形硬搬到月球上去，因为这两个球冷却的经过是很不相同的：一个周围有大气，且一部分被水覆盖着，这两个球的密度也不相同；另外，地球上的重力是月球上的6倍。因为有这些差异，我们应该假定这两个世界的演化是不相同的。

◀ 月球上的变化 ▶

月亮在望远镜里像是一座冰冻了的世界。可是那里既没有大气又没有水，更没有变化莫测的气象现象，像“月中人”望见天空中地球上那样复杂的变化。我们也知道，环形山的形成是在相当久远的时代，也许在有历史的时期以来还没有看见它曾经出现过一座。可是人们却想在这个不变的沉寂的世界里去找出一些变化来！ 人们怀着极大的兴趣，去探索是不是有一点运动的迹象会打破这永恒的静寂！ 可是人们在月亮上从来没有发现丝毫变化的迹象。自从望远镜发明以来，热情的天文爱好者孜孜不倦地考察着月面上的情况。有一些具有“发现迷”的观测者，甚至宣布有新的环形山被发现、旧的被消灭或者变形。但综合过去的文献，加以详细的研究，我们认为这些所谓的发现或者变化，并不能得到证实。有一些小坑穴特别引起观测者的注意。在晴海边缘名叫林奈的坑穴，在100年前，有人认为不见了，并且也得到别人的印证。可是，现在只需要用一个15厘米直径的优良望远镜，便不难看见这个坑穴，只是观测的时间需要适宜，即要在日光斜照在它上面使它的凸凹起伏的形势特别突出的时候进行观测。这个坑穴的直径只有900米，它的墙垣仅高出它周围土地30 米。在满月时，它的所在地只有一个白色的圆光；在日光的垂直照射下，这个坑穴就再也看不见了。这只是光线影响的结果，坑穴本身并没有发生变化。在梅西耶双环形山上，有人以为有了变化，也可以这样加以解释。有一个奇怪的实验，说明地上火山灰的性质和覆盖着月面的灰尘物是类似的。有人曾将两种不同的灰铺在一个盘上，一种铺在底下，另一种以十字形铺在它的上面。这个盛灰的盘子在不同的光照下，拍了两次照（图179）：左图是在斜射光线照耀下拍摄的，十字形看不见；右图是在直射光线照耀下拍摄的，十字形明显地出现。物理学家对于这个现象的解释是：这两种灰的漫射曲线不同，这两条曲线对于某一种照射角度是相交的。月亮上的灰尘物也表现出这样的差异。两个相邻接的区域，在太阳升起时是最暗黑的，然而在满月时可能是最明亮的。这样的变化可以造成形态、轮廓和大小的改观，可是在月亮上一切都没有变。在这一点上，最有趣味的结构应当是作为亚平宁山脉末端的那座名叫埃拉托斯特尼的环形山。在一个太阴周里，它的形态、大小、各部分的色调，有着惊人的改变，这是人们在小号望远镜里就可以看得见的。但是这不过是光和影所形成的表面现象，在这一区域里尘埃的光学性质有了各种各样的表现。

可是月亮上一定有新的环形山出现，但是上面已经说过，这必须在很长的时间里才会发生，而且肉眼能不能观测到也很成问题。为了增加发现的可能性，应该预备一幅比洛伊和皮伊瑟的月球表面图还要详细的照片，以留作将来比较之用。如果只就这两位作者的图上的最小坑穴来说，我们曾经估计要6 000年才能出现一个。所以，用2000年所拍的照片和该月球表面图比较，要寻出月球上的一点儿变化，可能的机会实在是少极了。如将来有高度清晰的照相机，装在适当的地方来对月亮作不断的拍照，所搜集的大量资料应当是有益的。如果在这些照片上能够分辨直径100多米的范围，那么新近被陨星击成的坑穴，就有被人发现的可能。

至于用望远镜作直接观测，在天文学家的注视下，要亲眼看见一块陨星爆炸从而造成一个坑穴，这件事之稀罕，正如陨星忽然落在遮盖望远镜的圆顶上面那样的稀罕。