20世纪，人类在月球探测上取得了巨大的成果，积累了大量的月球科学数据，大大加深了人类对月球的认识。但是，由于受技术和通讯等原因的制约，月球探测活动还主要集中在月球的正面和表层，数据还缺乏足够的精度。由于采集到的样品较少，不具备完全的代表性，给科学家研究月球带来了很大的局限性。因此，对月球的认知程度只是初步的，还有许多重大的基础问题亟待探索和研究。

 

 

虽然人类迄今发射了数十颗探测器对月球进行了近距离观测，在上世纪60年代末宇航员又登上月球，实现了对月球零距离的探测，取得了大量的研究成果，但是，月球留给人类的谜团却是有增无减。这些谜团主要有：

 

1.月球是怎样形成的。月球到底是怎样形成的，是从哪里来的？这是一个十分古老的问题，人们对它的猜测和研究虽然已有数百年的历史了，但是，直到今天也没有搞清楚。围绕月球起源的问题，天文学家们众说纷纭。

 

从18世纪以来，科学家们就对月球起源提出了种种说法。归纳起来可以分为3类，即同源说、分裂说和俘获说。

 

“同源说”是人类最早出现的一种关于月球起源的假说，这种假说认为月球和地球的起源是一样的。也就是说，月球与地球是姐妹。

 

“分裂说”则认为在太阳系形成初期，地球还处于熔融状态的时候，地球的转速相当高，以致于有一部分物质被甩出去了，后来这部分物质就形成了月球。甚至有人认为太平洋就是月球分出去后留下的一个大疤痕。也就是说，月球与地球是母子。

 

继同源说和分裂说之后又有科学家提出了“俘获说”。这种观点认为，月球和地球是在不同的地方形成的，一次偶然的机会，地球运行到它身边，把月球一把抓住了，于是，在强大的地球引力的作用下，月球再也跑不掉了，结果就只好成为地球的卫星了。也就是说月球是地球的“俘虏”。

 

数百年来，关于月球起源的这3种假说争论不休，提出假说的人虽然都通过大量的试验，证明了其假说的可信性，但是，又都毫无例外地在某些问题上难以自圆其说，都留下一些无法解答的问题。这些问题主要有：

 

一是经过对从月球上采集到的标本进行化验发现，地球和月球的化学成分差别非常大。这就带来一个问题，如果“同源说”的说法成立，地球和月球二者都同时从一个快速旋转的尘埃云团中产生出来，那么，它们的化学成分应该是一样或者是非常相近的。但是，通过对月球的考察，科学家发现，地球和月球的化学成分相差很大，这是“同源说”所无法解释的。

 

二是有些科学家认为，地球没有足以把月球抛出去那么大的离心力。按照“分裂说”的说法认为，最初月球只是地球赤道隆起的部分，在太阳的引力和地球的快速自转作用下，月球“飞”了出去，分裂为地球的卫星。但是，科学家认为，地球的惯性离心力要达到把月球抛出去的程度是不可能的，又何况两者的化学构成也有很大差别。因此，月球不可能是从地球中分离出去的一部分。

 

三是如果按照“俘获说”的说法认为，月球原先是太阳系里的一颗普通的小行星，在一次偶然的机会当它走到距离地球很近的时候，一下子被地球“俘虏”了，而成为地球的卫星，它的轨道问题却无法解释。因为如果小行星从地球旁经过，它只能略微改变一下轨道，无论如何也是不可能被地球“俘虏”过来的。

 

到了上世纪80年代中期，一位美国天文学家又提出了一个崭新的假说，这个假说摆脱了上述3种假说的框框，认为在太阳系形成早期，大约在相当于目前从地球到月球系统存在的空间范围内，形成了一个原始地球和火星般大小的天体，它们在各自的演化过程中，均形成了以铁为主的金属核和以硅酸盐组成的幔和壳。一个偶然的机会这两个天体撞在了一起，地球被撞出了轨道，火星大小的天体也碎裂了。飞离的气体、尘埃受地球的引力作用“落”在地球的周围，它们相互吸收和沉积，先形成几个小天体，以后像滚雪球似地越滚越大，最后形成了月球。这种假说在某种程度上兼容了3种经典假说的优点，并得到了一些地质化学、地质物理学实验的支持。尽管如此，这种说法还没有最终得到科学界的广泛确认。

 

目前，在月球起源的研究中，被广泛接受的理论仍然认为，月球是由地球和一颗类似火星的天体相撞而产生的。在这场“天地大冲撞”中，两个天体的部分岩石熔化并飞出地球表面，其中一些熔岩在冷却后就成为现在的月球。

 

2.月球有多大年龄。月球的年龄一直是科学界的一个谜团。令人难以置信的是：从月亮上采集的90%的岩石标本要比地球上90%的最古老的岩石还要古老。由宇航员尼尔·阿姆斯特朗从月球“静海”收集到的第一块岩石被测定具有超过36亿年的历史。其他岩石经鉴定后，证实具有43亿年、45亿年和46亿年的年龄，据说还有一块竟然已经存在了53亿年之久了。一些科学家由此得出结论，月球远比我们的太阳系形成的还要早。

 

根据化验结果发现，月球上的粉尘比月球岩石还要久远10亿年。这个现象在逻辑上几乎不可能。因为通常来说，尘土是岩石退化而来的。化学分析结果证明，月球粉尘并非来自附近的岩石，而是来自其他地方。

 

3.月球被撞击后为什么像一架“大钟”一样长时间的振动？在“阿波罗”登月探险过程中，当登月舱抛弃第三级火箭、着陆和起飞的过程中，撞击坚硬的月球表面时，宇航员们发现了一个奇特的现象：每一次撞击后，月球都像一只被敲击的大钟一样，持续一至四个小时发出振动。美国宇航局由此指出，月亮是中空的。可是，到底月球是不是空心的？除此之外，还有没有其他更加令人信服的解释呢？

 

4.月球的阴影区的秘密。月球的阴影区被早期天文观测者们推测为干涸的海洋。可是这些“月海”为什么很奇怪地集中于月球的一侧。同时，宇航员们发现月海区域的表层非常坚固，要想用钻头钻出一个孔来，要费很大的劲。而通过分析那里的尘土标本发现，那些地区有钛、锆、钇、铍等地球上十分稀有的金属。这些发现让科学家们疑云重重，因为这些金属只有在很高的高温下，才会和周围的岩石融为一体。那么，当初，这样高的温度是怎样产生的？

 

5.月球上采集的纯铁为什么在地球上也不生锈？在人类进行的月球探测中，前苏联和美国科学家都从月球上采集的尘埃中发现了含有纯铁的颗粒，苏联人发现这些从遥远月球上取回的纯铁颗粒在地球上几年后也不生锈。这些纯铁为什么在地球环境下不生锈？科学家还无法给予解释。

 

6.月球的放射性从何而来？科学考察得知，月亮具有很强的放射性，当“阿波罗”13号宇航员使用热探测器时，他们发现了异常高的读数。这表明在亚平宁山脉以下有高温热流。这就又带来一个谜团，因为根据推测，月球的核心不仅不热，反而很冷。造成月球表面这样高的辐射的原因是什么？这些热核辐射材料(铀、钍、钾)从何而来？

 

7.月球上空大量的水蒸气云团是怎样产生的？几次对月球的实地考察都证明月球是极其干燥的世界。一位月球专家曾经形容月球比地球的戈壁滩还要干燥100万倍。但是，奇怪的是“阿波罗”15号宇航员却发现了月球表面有259千米大的水蒸气云团。这一发现使科学家们万分震惊。类似于云、雾和水气及月表变迁的现象曾被天文学家们多次发现。

 

月球上存在水气是极其古怪的，因为根据月球的引力只有地球的1/6的看法，月亮是不可能具有任何形式的大气层或云团的，这些水蒸气云团从何而来？科学家们曾经猜想，在登月过程中，有两个被登月宇航员抛弃的水箱可能是云团的起因。可是事实上，两个水箱是不可能制造出这样庞大的云团的。当然，宇航员们排在月球上的尿液也不可能产生如此巨大的云团。科学家猜测这些云团可能是来自月球的内部。

 

8.月球为什么有像玻璃一样的表面？宇航员多次登月考察发现，月球表面是一层玻璃状的物质。这个现象提示了月球曾受过高温热源的烘烤，月球表面为什么是这般模样？专家们分析猜测，这种现象可能是由于大量小陨星的撞击。还有的看法认为，3万年以前一次来自太阳的猛烈的火焰，使月球产生了这些变化。甚至还有人认为，这种玻璃状表面可能是核武器造成的，因为它与核武器造成的效果相似。

 

9.月球的怪异磁场是怎么回事？早期的月球研究发现，月球的磁场很弱或根本没有磁场，而月岩的样品显示它们被很强的磁场磁化了。那么，这个磁场来自哪里？这对科学家们又是一次冲击，因为他们无法解释这些强磁场的来源。

 

10.月球内部神秘的物质聚集点之谜。早在1968年，围绕月球飞行的探测器就首次显示，玛丽亚环形山区地下有高密度物质聚集。当宇宙飞船飞越这些结构上空时，由于它们产生的引力，飞船的飞行轨道会稍稍降低，而当飞船离开这些结构上空时，它又会稍稍加速。这种现象清楚地表明月球内部存在着物质聚焦结构，以及它们巨大的质量。时至今日，科学家仍然不知道是怎么回事。

 

 

1. 月球表面三维地貌到底是什么样的？月球表面到底长得是什么样的？一直是月球探测的最重要的内容，搞清楚这个问题，可以为科学家研究月球演化的现状和历史提供直接的证据。目前，月球表面二维地貌数据已经达到了较高的精度，但是三维地形图由于幅宽很窄，其分辨率和覆盖率都不够高，利用更为先进的遥感器，获得更高分辨率和覆盖率的数据，将加速对月球的研究工作，加深对月球的认识。

 

2.月球研究结果表明，月球在它的历史上曾经存在过比现在浓密得多的大气层，可是今天月球大气层如何变成仅约为地球的百万亿分之一？月球的古大气层是如何起源和演化的？后来又是如何消失的？将是月球研究的重要课题。

 

3.月球的五脏六腑到底是什么样的？研究月球的内部结构，是月球研究的基本问题和月球探测的主要目标之一。目前，人类对月球内部状况的认知还非常浮浅，甚至对月球的基本结构模型仍难以达到共识，这个问题非常需要在今后的月球探测中加以研究。

 

4.月球的岩石类型和它们是怎样分布的。目前，对于月球岩石的描述还非常粗略，绝大部分岩石类型的划分还是根据推测得来的，新的月球岩石类型的发现，将成为今后月球探测的一个重点。

 

5.月球是如何起源和演化的？月球的起源与演化是月球研究的基本问题。对月球起源和演化的认识，揭开月球起源的奥秘，将在很大程度上依赖于今后月球探测的成果。

 

在进行月球科学研究的同时，能否充分开发月球的能源资源、矿产资源、月表与月球空间的环境资源为人类所用，也是新一轮月球探测高潮兴起和开展大规模月球科学研究的重要动因之一。除了开发利用月球土壤里的氦-3外，月球上还可以接收到丰富的太阳能。测算表明，每年到达月球范围内的太阳光辐射能量大约为12万亿千瓦。假设使用目前光电转化率为20%的太阳能发电装置，则每平方米太阳能电池板每小时可发电2.7千瓦时。从理论上来说，可以在月球表面无限制地铺设太阳能电池板，获得丰富而稳定的太阳能。此外，在月球建成新的科学基地。其中包括设立月球天文台，这是因为月球上有着地球表面所不具备的观测条件。

 

月球表面真的有水冰吗？这个问题一直困扰着科学家，也是重返月球所要探究和建立月球基地所要解决的问题。月球上没有其他形式的水资源，而水又是人类的必需品，如果从地球上运水到月球，费用估计为每千克2000～200000美元。而且水冰还能够分解成氧和氢，氧元素是人类生存所必须的另一种物质，在月球上还没有找到，而氢元素则可以作为火箭的燃料。因此，人类重返月球寻找水冰也是一个重要使命，许多月球计划都将由于是否有水冰的存在而展开和推进。

 

人类在21世纪之初再度探月，主要担负3个任务。首先，月球到底从何而来？其次，怎样开发利用月球上丰富的资源。第三，研究探索人类在月球上居住和生活的可能性。另外，月球还是一个待开发的旅游胜地。现在人们已经可以到国际空间站上去旅游了，也可以坐亚轨道飞行器体验失重的滋味。虽然价格很贵，2000万美元到太空玩一趟，不是一般人所能承受得了的，但也吸引了众多富翁跃跃欲试。到月球去旅游，将会是一个更加吸引人的项目。据估计，假如世界上有1％的具有支付能力的富翁想到月球去旅行，那么整个市场将会是1680亿美元，假如每年送500名旅游者到月球旅行，则要16年的时间才能满足8000人的需求。在这个巨大但十分遥远的市场出现之前，必须以搞清楚月球的奥秘,将宇航员重返月球和月球前哨基地的建立作为一个开端。

 

（作者单位：中国航天科技集团公司）

 

《科学新闻》 (2008年 12月 第1期 专题报道)