李竞:嫦娥万里,梦想探太空

新闻来源:长城人寿    日期:2009-10-13

时间:2007129

 

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  

  

    129,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3031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。