中秋节:超级月亮、月全食、红月亮来袭

出品:科普中国

制作:郑永春、陈洁、孔啸、张硕(中国科学院国家天文台)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

中秋年年过,今年大不同。今年9月27日是全球华人共同的中秋节。28日,我国公众将迎来今年最大最圆的月亮,又称“超级月亮”,而美洲、欧洲、非洲、西亚部分地区的公众除了能看到“超级月亮”,还能看到壮观的月全食和“红月亮”。

中秋节、超级月亮、月全食、红月亮、十五的月亮十六圆,这些难得一见的月球天文现象集中在一起轮番上演,为我们观月赏月提供了绝佳的机会。

超级月亮

一、什么是超级月亮?

月亮到地球的平均距离约是38万千米,但月亮绕地球运行的轨道并不是圆形的,而是椭圆形的。月亮离地球最近的距离约36万千米,最远的距离约40万千米。

当月亮距离我们近时,看到的月亮大一些,当月亮距离我们远时,看到的月亮小一些。9月28日月亮恰好运行到近地点,我们在地球上看到的月亮要比它位于远地点时大12-14%。这一天我们有幸欣赏到比平时更大、更亮的月亮,也称为超级月亮。

1.月亮-地球之间的距离示意图。月亮分别位于近地点和远地点

月亮-地球之间的距离示意图。月亮分别位于近地点和远地点

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月亮位于近地点时,我们看到的月盘要比远地点大约14%

二、超级月亮不罕见

超级月亮并非天文术语,它最早由占星师理查德·诺艾尔在1979年提出,他把它定义为当新月或满月时月亮位于近地点附近的现象。当月亮位于近地点时正好出现新月,则称为超级新月;当月亮位于近地点时正好满月,则称为超级满月,但怎样才算靠近近地点还没有任何的官方定义。

因此,一些天文学家不赞同超级月亮的称谓,因为从科学定义而言,叫做近地点满月或近地点新月更为准确。但2011年3月19日的满月,当时月亮离地球为一年中最近,也是最大的满月,媒体报道普遍采用了超级月亮的称谓,使超级月亮为大家所熟知。

超级月亮并不罕见,每年均会出现4~6次超级月亮,仅仅2015年就有六次超级月亮,分别为:2015年1月20日、2月18日和3月20日出现的超级新月,以及8月29日18:35、9月28日2:50、10月27日12:05(UTC)的超级满月。

今年9月28日的超级月亮是一年中离地球最近的,地月距离为356,896千米。而2月18日的超级新月离地球仅比9月28日远200千米,是今年的第二大超级月亮。但如果没有对月亮进行长期观测,并记录月盘大小,仅凭肉眼偶尔看看月亮,我们很难觉察觉月盘大小的细微变化。

3.超级月亮可以是新月或满月,分别称为超级新月或超级满月,超级满月可见而超级新月不可见

超级月亮可以是新月或满月,分别称为超级新月或超级满月,超级满月可见而超级新月不可见。

4.当满月从地平线升起时,我们看到的月亮似乎比它升到天顶时更大、更明亮

当满月从地平线升起时,我们看到的月亮似乎比它升到天顶时更大、更明亮

三、2017年不见超级月亮

由于月亮绕地球的轨道是周而复始的,因此,每隔1年零1个月18天,即每隔383天,我们就会迎来这样一次超级月亮,过去几年和未来几年的超级月亮分别出现在:

2011年3月19日、2012年5月6日、2013年6月23日、2014年8月10日、2015年9月28日、2016年11月14日、2018年1月2日。2017年将不会有超级月亮,因为满月和近地点不能同时出现。

再展望更远一些, 2034年11月25日的超级满月距离地球仅为356,446 km千米,在21世纪中首次出现月地距离小于356,500千米。而本世纪最近的超级满月出现在2052年12月6日,届时的地月距离为356,425千米。

月全食与红月亮

一、月全食

今年的月全食发生在北京时间9月28日上午,即中秋节之后的第二天。由于月全食发生时正值中国的白天,因此我国境内的民众不能观赏到这次月全食。但北美、南美、非洲、西亚等地区的民众将可以看到这次月全食。

月全食的成因很简单,即当太阳、地球、月亮三者在一条直线时,地球挡住了太阳照射到月球的光,形成月全食。

5.月全食形成原理图。当月亮运行到本影区域,就会发生月全食

月全食形成原理图。当月亮运行到本影区域,就会发生月全食。

月亮本身不发光,只靠反射太阳光来显示自己的存在。当月亮向着太阳的半个球面被照亮时,背着太阳的半个球面就是黑暗一片。

月亮绕地球运动,随着月亮相对于地球位置的变化,使得它被太阳照射的一面,有时面向地球,地球上就看到整个月盘被照亮,此时称之为满月;有时背向地球,地球上看到整个月盘漆黑一片,此时称之为新月。有时面向地球的亮的区域大一些,有时小一些,这就产生了娥眉月、上弦月、凸月等不同的月相。

由于月球绕地球运行的轨道与地球绕太阳运行的轨道不在一个平面上,并不是每次新月或满月时,都会发生月全食。

6.月相的形成原因

月相的形成原因。由于日地月的相互运行,太阳光在一个月中照亮月球的不同球面。地球上看到月面被照亮的部分,从阴历月初完全黑暗的新月逐渐增大到上弦月,到月中出现满月,之后被照亮的月盘逐渐变小至下弦月,直至月末再次出现新月。

二、红月亮

从地球上看到的月亮是月光穿过地球大气层看到的,它并不是真实月亮的颜色,而是经过地球大气层散射后看到的月亮颜色。月光经过地球大气后,一部分波长的光被散射掉,而另一部分波长的光可以直接穿过。

当月亮出现在低空时,月光几乎穿过整个大气层,大部分蓝光被大气散射掉,而红光没有被散射,这时的月亮看起来是红色的。当月上中天时,月光穿过的大气层相对较薄,这时月亮看起来是黄白色的。

当发生月全食时,虽然照向月亮的太阳光被地球挡住了,月亮表面无法直接看到太阳,但此时地球上的人们仍然可以看到月亮,不过此时我们将看到难得一见的“红月亮”,西方也称“血月”。

红月亮实际上是光的折射造成的,因为地球有大气层,当太阳光穿过地球大气层时,波长较短的光被大气散射掉,剩下波长较长的红光由于折射照向了月面,所以地球上的人们看到的月亮就变成了“红月亮”。

7.月食时发生的红月亮现象实际上是光的折射造成的

月食时发生的红月亮现象实际上是光的折射造成的

三、蓝月亮

如果同一个月份内看到两次满月,那么第二次满月被称作“蓝月亮”。

2015年7月的一个月内出现了两次月圆之夜,一次发生在7月1日,另一次发生在7月31日。根据历法计算,两次满月之间大约相隔29.5天左右,而我们采用的公历中有的月份为31天,有的月份为30天,这就出现了一个时间差。这个时间差会导致一个月内可能出现两次满月,也会导致一年中有可能出现13次满月。这多出来的满月就是“蓝月亮”,即意料之外的满月。

8.蓝月亮并非指蓝色的月亮

蓝月亮并非指蓝色的月亮,而是在同一个月出现的第二次满月

四、黑月亮

黑月亮的说法实际上2014年初才刚刚出现,之前我们从未听说过。当然,黑月亮也不是天文术语,而是来自于巫术。与蓝月亮相对应,当一个阴历月中出现两次新月时,月末出现的第二个新月被称为黑月亮。

2014年1月,在月初和月末出现了两次超级新月,其中第二次新月不仅是超级月亮,而且被称为黑月亮。下一次黑月亮将出现在2016年10月30日。

关于黑月亮也有别的说法,例如每季度有四次新月,其中第三次新月被称为黑月亮。据此说法,最近一次黑月亮发生在2015年2月18日的超级新月,因为这是自2014年12月冬至到2015年3月春分期间的第三次新月。而下一次超级新月的黑月亮将出现在2017年8月21日,届时美国将上演日全食。

十五的月亮十六圆

一、为什么十五的月亮十六圆

“人有悲欢离合,月有阴晴圆缺,此事古难全。”民间常有“十五的月亮十六圆”的说法,寓意好事不一定出现在你期望的时刻。据统计,过去10年间,中秋节的圆月出现在“十五”的有3次,出现在“十六”的有6次,出现在“十七”的有1次。所以,“十五的月亮十六圆”并不完全准确。

从上一个新月到出现下一个新月的周期称为一个“朔望月”,阴历初一出现的新月称为“朔”,十五出现的满月称为“望”。一个“朔望月”平均需要29.53天,月亮从新月、上弦月逐渐长大为满月,而后又逐渐瘦下去成为下弦月,之后成为一弯残月。

为什么会出现“十五的月亮十六圆”呢?

这是因为月球绕地球运行的轨道是椭圆形的,因此月球在不同位置公转的速度快慢并不相等。月亮离地球近时公转速度快一些,离地球远时公转速度慢一些。“朔”之后平均要经过14天18小时22分才出现“望”,一个“朔望月”所需最长时间与最短时间相差13个小时。因此每个月满月出现的时间也有差异。

如果“望”以前月亮走得慢,那么从“朔”到“望”需要的时间可能是16-17天,所以会出现十五的月亮十六圆,甚至是十七圆的现象。一般来说,满月出现在农历十四、十五、十六和十七都是正常的,其中以农历十五、十六居多。

今年农历八月中“望日”出现在农历十六,因此与去年一样,今年中秋仍然会出现“十五的月亮十六圆” 的天象。而且未来4年将持续如此,一直到2020年才能在中秋之夜欣赏到最圆的满月。

二、真实的月亮

月球表面的岩石主要由各种硅酸盐矿物和金属氧化物组成,包括氧、硅、铁、钙、铝等元素。看到嫦娥一号和二号卫星拍摄的月球照片是黑白色的,很多人好奇为什么没有发布月球的彩色照片。实际上,黑白色才是月球的真实颜色。

月球上颜色较深的黑斑,看起来很像地球上的海洋,是玄武岩岩浆冷却后填充的大型平原,颜色比较黑,对太阳光的反射比较弱,看上去比周围月陆区暗一些。月球上一共有22个主要的月海,包括雨海、静海、云海、冷海、风暴洋等。

除月海外,月球上颜色较浅的部分好像地球上的“陆地”,被称为月陆,月陆平均海拔高出月海2~3千米,所以也称月球高地。组成月陆的岩石主要是斜长岩,它们的颜色比较浅,看上去比月海明亮。月陆的年龄比月海更古老,遭受小天体撞击的几率更高,因此地形更加崎岖。

9.卫星拍摄的月球照片

科普中国

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新视野号再探柯依伯带

7月14日,新视野号飞船历史性飞越冥王星和冥卫一。目前,飞船正在快速飞离冥王星、进入柯依伯带中心地带。8月29日,美国宇航局今天公布了这艘飞船的下一个目的地:编号为2014 MU69的柯依伯带天体。2014 MU69的昵称是PT1,即潜在目标一号的英文缩写,运行在冥王星以远16亿千米的轨道上。

根据哈勃太空望远镜的观测,2014 MU69直径约为45公里,比彗星大一些

根据哈勃太空望远镜的观测,2014 MU69直径约为45公里,比彗星大一些

新视野号总投资7亿美元,是美国宇航局的小型太阳系探测任务。该项目由马歇尔太空飞行中心总体负责,约翰·霍普金斯大学应用物理实验室负责飞船的设计、建造和任务运行,西南研究院负责科学探测任务规划和科学仪器操作。

按照合同规定,新视野号已经圆满完成了探测任务,探测柯依伯带其他天体不是合同规定的任务,也没有经费支持。鉴于新视野号飞船目前状态良好,还有能力进行拓展任务,新视野号团队将向美国宇航局提交建议书,申请拓展任务的经费。独立专家团队将于明年评估该建议书,美国宇航局根据专家评估结论,才最终决定是否同意资助。

虽然美国宇航局已经确认2014 MU69作为新视野号飞船的下一个探测目标,但还需要经过完整的评估程序后。曾经担任航天员的美国宇航科学任务部主任John Grunsfeld介绍说,是否同意新视野号的拓展任务,需要在更高层面的行星科学工作会上讨论,我们希望拓展任务比主任务花钱更少,但仍然确保做出新的令人振奋的科学发现。

新视野号探测的区域光线非常暗弱,太阳辐射能量只有地球上的千分之一,飞船没有太阳能电池板,无法靠太阳能发电。新视野号安装了一个反应堆,携带了10.9公斤二氧化钚,通过放射性燃料衰变发电,提供给飞船上的各种仪器使用。新视野号携带的常规燃料只有66公斤,通过常规燃料点火给飞船提供动力,改变飞行轨道。这66公斤燃料就像一个液化气罐,每点火一次,燃料就变少一点。因此,新视野号下一个探测目标只能在原先的飞行轨迹附近选择,不能偏离原轨迹太远,否则它携带的燃料不足以进行轨道调整。

由于燃料有限,新视野号飞船的下一个探测目标需要尽早确定。10月下旬和11月上旬,飞船将开展一系列的轨道机动,使其朝着2014 MU69飞行,并于2019年1月1日飞越探测目标,庆祝地球新年的到来。但如果迟迟未能决策的话,延迟实施这些轨道调整动作将需要消耗更多的燃料,并增加任务风险。

2014 MU69是柯依伯带中的一种古老天体类型,形成于其现在所在的轨道区域。据新视野号首席科学家、西南研究院研究员斯特恩介绍,去往该柯依伯带天体只需要消耗很少的燃料,比其他候选目标的燃料消耗要少得多。由于新视野号下一步要去的目标了解很少,所以需要尽可能节省燃料,以应付这些难以预见的意外情况。

新视野号飞船最初的设计目的是飞越冥王星及其卫星,在可能的情况下探测其他柯依伯带天体。设计时,飞船携带了飞越柯依伯带其他天体所需的肼燃料,通信系统的设计可以满足比冥王星更遥远天体的探测,飞船上相机和光谱仪都可以在比2014 MU69更暗弱的光照水平下成像。新视野号的心脏——放射性同位素温差电池,至少可以保证新视野号正常工作到2030年。目前,新视野号目前距离地球49亿公里,刚刚开始向地球发送飞越冥王星时存储在飞船硬盘中的大量图像和其他数据,飞船运行一切正常,状态良好。

与火星和木星之间的主带小行星不同的是,柯伊伯带天体离太阳更遥远,只受到很微弱的太阳光照加热,因此得以保存完好,记录着46亿年前太阳系刚刚形成时的历史。2003年,美国科学院曾经发布了行星科学十年规划报告——“太阳系中的新前沿”,这也是指导美国宇航局太阳系探测的纲领性文件。该报告强烈推荐未来的探测任务去飞越冥王星和其他的小型柯依伯带天体,尽可能了解这片未探索区域不同的天体类型。PT1是柯依伯带中完全不同于冥王星的天体类型,因此新视野号的拓展任务选择飞越这种类型的天体,有助于实现规划报告提出的目标。

寻找新视野号下一步探测目标的努力实际上四五年前就已经开始了,但要找到合适的柯依伯带天体绝非易事。科学家用地球上最大的地面望远镜从2011年开始搜索,发现了几十个柯伊伯带天体,但没有一个是新视野号的剩余燃料可以到达的。2014年夏天,科学家不得不借助功能更强大的哈勃太空望远镜来搜寻目标,共发现5个目标,但根据新视野号的飞行轨迹,只有两个目标符合要求,2014 MU69就是其中之一,也是新视野号团队向美国宇航局建议的唯一目标。

据估算,PT1的直径约为45公里。虽然PT1的体积仅为冥王星的0.5-1%,质量仅为冥王星的万分之一,但已经比罗塞塔任务探测的典型彗星(楚-格彗星)的直径大10倍,质量大上千倍。因此科学家相信,PT1可能是太阳系中用于构筑像冥王星这样的大型天体的砖块原料。

冥王星上的龟甲地形,箭头所指为冥王星表面平原上的泥裂状沟渠和山丘,红圈区域可能是冰升华后形成的麻点状地形。1英里=1.61千米。图/NASA,JHUAPL,SwRI

冥王星上的龟甲地形,箭头所指为冥王星表面平原上的泥裂状沟渠和山丘,红圈区域可能是冰升华后形成的麻点状地形。1英里=1.61千米。图/NASA,JHUAPL,SwRI

冥王星上发现的冰山。这张照片拍摄于新视野号从最近点飞越冥王星前约1个半小时,探测器距离冥王星表面约77万千米。图/NASA,JHUAPL,SwRI

冥王星上发现的冰山。这张照片拍摄于新视野号从最近点飞越冥王星前约1个半小时,探测器距离冥王星表面约77万千米。图/NASA,JHUAPL,SwRI

“就像新视野号飞越冥王星时带给我们非常震撼的科学发现一样,近距离飞越柯依伯带天体,可以让我们了解很多地球上永远无法获知的信息,”新视野号科学家团队成员、西南研究院研究员约翰·斯宾塞认为,“新视野号飞越柯依伯带天体将获得清晰的图像和其他数据,将从根本上改变我们对柯依伯带和柯依伯带天体的认识。”

行星的表情说明了冥王星被降级后的不满情绪。非正式民意测验显示冥王星是美国小学生最喜欢的行星,其行星地位不保引起了世界范围的人们带感情色彩的反应。

行星的表情说明了冥王星被降级后的不满情绪。非正式民意测验显示冥王星是美国小学生最喜欢的行星,其行星地位不保引起了世界范围的人们带感情色彩的反应。

今晚,千万别错过“蓝月亮”!

     出品:科普中国 
     科普中国是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌 
     创作:中国科学院国家天文台 陈洁、郑永春、孔啸、张硕 
     监制:中国科学院计算机网络信息中心 
蓝月亮2015年7月会有两次月圆之夜,一次已经发生在7月1日,另一次将要发生在7月31日。天文术语中:在同一个月份,如果能看到两次满月,第二次月亮称作“蓝月亮”。民间也有:“蓝月亮”预示着灾难的说法。7月31日我们将要看到的满月,是“蓝月亮”吗?它真的是不祥的征兆吗?
月色朦胧,树影婆娑

月色朦胧,树影婆娑

其实,天文术语中的“蓝月亮”并不指蓝色的月亮。“蓝月亮”这个词主要起源于西方国家。在大约400年前,当人们提起“蓝月亮”时, 就好像“把白色说成黑色” 一样荒谬。“蓝月亮”后来就引申为“从来不会发生”。英语中说:当月亮变成蓝色时,这件事才会发生,就好比我们经常说:当太阳从西边升起时一样。英语中的谚语“Once in a blue moon”,就意味着几乎不会发生的事情。 
那么天文中的“蓝月亮”究竟是什么意思呢?根据历法计算,两次满月之间大约相隔29.5天左右,而我们采用的公历中有的月份为31天,有的月份为30天,这就出现了一个时间差。这个时间差会导致一个月内可能出现两次满月,也会导致一年中有可能出现13次满月。这多出来的月亮就是“蓝月亮”,是意料之外的月亮的意思,它在天文术语里有两种解释。
第一种:19世纪和20世纪早期,美国缅因州的农民历中给当地农民列出了“蓝月亮”的日期。指出在通常情况下,一个季度有三个满月。如果在一个季度中,发生了四次满月,第三次满月被称做“蓝月亮”。 
第二种:1946年,美国人在《天空和望远镜》杂志中的一篇文章“Once in a Blue Moon”中误解了缅因州农民历中的解释,将19年中存在7次“蓝月亮”误解为在这19年中,有7年时间每年会有13次月亮,也就是,其中11个月中每月有1次圆月亮,另外一个月有两次圆月亮。将同一个月中的第二次满月称为“蓝月亮”。后来,这种解释的“蓝月亮”被应用。1980年美国电台广播节目“StarDate”,应用这种定义的“蓝月亮”。 “蓝月亮”作为同一个月中的第二次满月被广泛传播并接受。
2015年7月份月相图

2015年7月份月相图

天空中会出现蓝色的月亮吗? 
通常情况下,月亮是红黄色的,人们很少能够看到蓝色的月亮。只有当火山爆发或森林着火时,它们产生的火山灰、烟雾或尘埃粒子抛到大气中,这些粒子散射蓝光,这时的月亮看起来是蓝色的。 
“蓝月亮”预示着灾难,并没有科学的根据。但是,当地球上有火山爆发或森林发生大火时,有可能会看到蓝色的月亮。 
1883年,印尼的喀拉喀托火山爆发,像一个威力庞大的原子弹爆炸,火山灰飘到地球大气层的高处,使月亮出现蓝色近两年。1950年发生在瑞典,1951年发生在加拿大的森林火灾,使烟雾或尘埃粒子漂浮在大气中,人们看到了蓝色的月亮。
森林大火导致天空中烟雾弥漫

森林大火导致天空中烟雾弥漫

1980年美国Mount St. Helens火山,1983年墨西哥的El Chichón火山以及1991年菲律宾Mount Pinatubo的火山爆发后,人们也都看到了蓝色的月亮。
火山爆发释放的火山灰进入大气层

火山爆发释放的火山灰进入大气层

能够看到蓝色月亮最关键的因素是空气中存在许多直径略大于0.7微米(红波) 且小于1微米的粒子。通常情况下,这种状况在大气中是罕见的,只有当火山爆发或森林发生火灾时,才会产生很多这种尺度的粒子,它们倾向于散射蓝光,这时才会看到蓝色的月亮。
7月31日将要看到的月亮是“蓝月亮”,但不是蓝色的月亮。 
月亮的颜色:红月亮?蓝月亮?灰月亮? 
通常我们仰望星空,看到的月亮是红黄色的,那么在什么情况下,会出现不同颜色的月亮? 
空间卫星上拍摄的月球照片是灰色的。因为月亮的表面主要有氧、硅、铁、钙、铝等组成。其中颜色较深的部分,是月亮上的黑斑,形貌很像地球上的海洋,叫雨海、静海、云海等。组成月海的主要是玄武岩,颜色比较黑,对太阳的反光比较弱,所以看上去比周围月陆区暗一些。除了这些黑色斑块以外,颜色较浅的部分是月亮上的“陆地”,也称为月陆,平均高出月海2~3千米,也称为月球高地。组成月陆的岩石主要是斜长岩,它们的颜色比较浅,看上去比月海明亮。
真实的月球颜色

真实的月球颜色

我们从地球上看月亮是穿过地球的大气层看到的月亮,它并不是真实的月亮的颜色,而是经过大气散射后看到的月亮颜色。太阳光经过大气后,一部分波长的光被散射掉,而另一部分波长的光可以直接穿过。 
当月亮出现在地平线附近时,光几乎通过所有的大气,大部分蓝光被散射掉,红光并没有被散射,这时的月亮看起来是红色的。当月亮出现的高度增高时,它穿过的大气层很薄,这时月亮看起来是黄白色的。
月上中天时,月亮呈黄色

月上中天时,月亮呈黄色

当发生月全食时,月亮并不会完全消失。因为地球有大气层,太阳光穿过大气层时,短波光被散射掉,剩下波长较长的红光,所以,我们会看到“红月亮”。
月全食时,红月亮

月全食时,红月亮

当地球上,火山爆发或者森林起火时,会释放大量的灰尘和粒子。这些粒子将红光散射掉,我们会看到蓝色的月亮。
蓝色的月亮

蓝色的月亮

 延伸阅读 
 月上一日,地上一月 
月球到地球的距离约40万千米,月球的直径约为地球直径的1/4。月球的表面积有3800万平方千米,中华人民共和国陆地版图的面积是960万平方千米,也就是说月球的表面积大约相当于四个中国陆地的版图总和。
由于月球自转一周的时间大约是一个月,月球绕着地球运行一圈的时间也是一个月。这两个运行周期相等,所以不论在地球的何时何地,永远只能看到月球的正面,而月球的背面是不可能在地球上看到的,这就是因为月球的自转周期和它的绕地球公转的周期相等所造成的。正因为是这样,月球自转一周的时间接近于一个月,所以月球的一天接近于我们地球的一个月,也就是说,月球的白天接近地球的半个月,月球的黑夜也接近地球的半个月。所以我们过去常说,“天上一日,地上一年”,在月球上的一日相当于地球的一个月。 
地球人永远只能看到月球的正面。

地球人永远只能看到月球的正面。

月球上有风霜雨雪吗?
地球上的气候

地球上的气候

月球上的大气浓度大约是地球上的一万亿分之一,相当于没有大气,是一个超高真空的世界。除了月球南北极太阳永远照不到的深坑中可能有水冰之外,月球上也没有水。没有了空气和水,月球上也就没有地球上的风、霜、雨、雪和氧化等的风化作用,也没有河流、冰川、湖泊、和海洋的侵蚀和搬运作用。 
极冷极热的月球生活 
由于月球上没有大气来传递热量,所以白天和夜晚的温度变化很大。白天太阳光直射的地方,最高温度可以达到130摄氏度;到了晚上没有太阳的时候,温度就会下降到零下180摄氏度左右。而且,不管是白天还是黑夜,只要是太阳没有照射到的地方,就和晚上一样冷。所以,月球上山峰的向阳面比火焰山还要热,而翻过山的背阳面却比冰窖还要冷。而地球上最冷的地方也就零下89摄氏度,那还是在毫无人烟的南极洲最冷的“冰点”上测量到的,实际上,南极洲其它地方的温度要高得多,比如,中国南极中山站的冬天最冷的时候也就是零下30多摄氏度。
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科普中国

7月31日,一起来看“蓝月亮”

2015年7月,会有两次月圆之夜,一次已经发生在7月1日,另一次将要发生在7月31日。

天文术语中在同一个月份,如果能看到两次满月,第二次月亮称作“蓝月亮”。民间也有“蓝月亮”预示着灾难的说法。

今天晚上,我们将要看到的满月是“蓝月亮”吗?它真的是不祥的征兆吗?

蓝月亮0731

作者:陈洁、郑永春、孔啸、张硕

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我们为什么要探索太阳系?

-或许,当未来航天技术高度发达,行星际运输成本大幅下降的时候,现在的月球、火星、木卫二、土卫六将成为太阳系中人类定居的一个个“岛屿”。

太阳系

前一段时间,“新视野号”探测冥王星的新闻引起全世界关注。冥王星从原本只有在天文望远镜中才能看到的暗淡小圆点,变成了具有爱心和活力的“萌王星”;从与我们日常生活毫不相干的、遥远的外太阳系天体,成为我们生活谈资的一部分。

很多人要问,为什么要去探索太阳系?它又不能直接带来经济效益。探索太阳系的魅力,首先是当人类面对一个完全未知的世界,一切都是新发现,能极大地满足人类好奇的内心和探索天性。好奇是创新的源泉,探索未知世界是人类的天性。太空探索的本质是鼓励创新和探索,浩瀚的宇宙,壮丽的星空,让人类的好奇心得到充分释放。

我们渴望了解地球以外的世界,希望探访太阳系中的各类天体,这一过程也能显著推动基础科学的进步。从地球出发,探索太阳系,要历经长期飞行,才能实现对这些天体的飞越、环绕、着陆和表面巡视探测,这一过程几乎逼近人类航天技术能力的极限。太阳系探测的需求直接推动了航天技术的跨越式发展,牵引人类的知识、能力、技术取得新的进展,是人类社会文明进步的动力源泉。

随着人口增长和生活水平的提高,人均资源消耗量和污染排放量也快速增加,石油、天然气、金属矿产等地球资源将逐渐枯竭,人类面临巨大的资源与环境压力。为缓解这一压力,从长远看,我们有必要探索太阳系,寻找另一个家园。虽然我们尚不具备向太空移居或大规模移民的能力,但一定要先找到这样的天体,了解他们的环境,研究开发利用之道。或许,当未来航天技术高度发达,行星际运输成本大幅下降的时候,现在的月球、火星、木卫二、土卫六将成为太阳系中人类定居的一个个“岛屿”,而地球是这些岛民共同的故乡。

纵观地球历史上的生物大灭绝事件,科学界预测人类未来将面临超级太阳爆发、小天体撞击地球、地球磁极倒转等重大灾难,威胁地球和人类的可持续发展。我们只有进行充分的准备,在面临灾难之时,才有能力在地球或外星球上延续人类的火种,避免像恐龙那样成为地层中的化石。

从根本上说,人类未来的命运取决于我们对自然界的理解。太阳系探索是全人类共同的事业,目的是加深对各大行星、小行星和彗星等太阳系天体的了解,认识作为太阳系行星之一的地球的过去、现在和未来。人类通过在太阳系中寻找资源,预防来自太阳系和宇宙的灾难,将有力地促进科学探索和技术创新,造福后代。

从地球出发,月球是离地球最近的一个天体,被誉为永不坠落的天然空间站。虽然月球并非是人类宜居的好地方,却是人类向深空进军的必经阶段和重要中转站。把月球作为试验平台,通过载人月球探测突破技术壁垒,积累探索经验,是实现人类长期地外生存的合理途径。相比月球,火星是人类移居的最理想场所,也理所当然地成为世界各国太阳系探测的战略焦点。科学界越来越清晰地认识到,火星是人类面临重大灾难时最有可能移居的避险地。

原文发表于2015年7月24日的《人民日报》

图片来自网络,仅供示意。

除了地球,我们别无他所

系外行星搜寻中所谓的第二个地球,其实只是大小和温度与地球相似,行星上可能会有水,但仍然与地球差别巨大

系外行星搜寻中所谓的第二个地球,其实只是大小和温度与地球相似,行星上可能会有水,但仍然与地球差别巨大

人类是在地球上繁衍进化而成的,我们的身体、生产、生活都已经适应了地球的环境。就像自然界没有两片完全相同的叶子一样,宇宙中与地球一模一样的星球几乎是不存在的。人类在某些方面是很脆弱的,对自然环境改变的适应能力甚至不如蟑螂小强和老鼠等。所以如果真的要移居到另一颗星球上生存,人类很可能就需要进化成另一种生物。虽然地球并非天堂,经常会有地震、火山、海啸等重大自然灾害,也要面对超级太阳风暴、地球磁极倒转、小天体撞击等重大天文灾难,但即使我们多有不满,地球依然是我们唯一的生存家园。

我们寻找系外行星,我们希望登陆火星乃至移民火星,并不是因为那里更加美好,而是为了寻找人类未来的避难所。地球上的生物常常需要面对重大的灾难性事件,根据推测,地球上的生物大灭绝平均每隔2600万年发生一次。就像导致曾经独霸地球的恐龙灭绝一样,这样的灾难一旦发生,必将导致人类的灭绝。为了人类的火种在宇宙中得以延续,我们需要在宇宙中寻找避难所,这就是我们搜寻系外行星和开展深空探测的重要价值。

但是,太阳系的半径达七万亿千米以上,在星际飞行理论没有质的突破之前,在用于时空穿越的虫洞还没有成为现实之前,我们只能利用火箭和飞船实现行星际航行,在可以预见的将来,人类还没有能力飞出太阳系,因此,人类未来移居地的搜索只能局限在太阳系以内。而在太阳系内,火星是目前科学界公认的最佳选择。木卫二、土卫六可能会有生命存在,但那里并不适合人类移居。

地球上的戈壁和沙漠可以作为载人登陆火星前的野外训练基地

地球上的戈壁和沙漠可以作为载人登陆火星前的野外训练基地

航天员和机器人协同考察、登陆火星

航天员和机器人协同考察、登陆火星

如果不借助大型望远镜,从冥王星上看地球,地球就已经是阳光照射下一个暗淡的蓝点。如果从太阳系外看地球,地球就像宇宙中的一粒尘埃,相当于太平洋中的一滴水。恰恰是这个暗淡的蓝点、这粒尘埃、这滴水,正是人类唯一的赖以生存的地球家园。我们遍寻整个宇宙之后遗憾地发现,迄今为止,地球仍是太空中唯一适合人类长期居住的行星。保护地球,就是保护人类的未来。如果把人类看作一个大家庭,那么地球就是我们代代相传的“稀世珍宝”,我们有义务把它完好无缺地传给下一代。我们不能在地球上肆意地乱涂乱画,把一颗千疮百孔、伤痕累累的地球交给我们的孩子,这是每一个人的责任。

系外行星的想象虽然美好,但这美好的“远水”解决不了人类面临的“近渴”。人类未来的命运系于地球。

除了地球,我们别无他所。

 

系外行星:一个遥不可及的美丽童话

地球孕育了人类,是迄今为止浩瀚宇宙中唯一确证有生命的星球。地球是太阳系八大行星之一,银河系中像太阳一样的恒星有上千亿颗,而整个宇宙中像银河系一样的星系又数以千亿计。

系外行星本身不发光,在遥远的、很亮的恒星附近很难直接观测到,大多通过行星运行时对恒星的扰动来判断。迄今还没有办法判断系外行星是否有岩石质的表面,是否有液态水,是否有磁场,大气层中是否含有氧气,更难以确认系外行星是否真正与地球环境相似。

如果人类足够幸运,真的发现了一颗类似地球的系外行星,那我们是否有能力到达这颗系外行星呢?开普勒望远镜最近发现了8颗系外行星,其中有3颗处于宜居带,温度范围允许液态水的存在。其中比地球大12%的开普勒438B被认为最类似地球,距离地球475光年,公转周期为35.2天,取代去年发现的开普勒186F,被认为是最有可能接近地球环境的系外行星。另一颗类似地球的系外行星开普勒442B,距离地球1100光年,公转周期为112天。以新视野号在借助木星引力加速后的峰值速度7万~7.5万千米/小时(相当于19~20km/s,大于第三宇宙速度)估算,飞到开普勒438B需要684万年,飞到开普勒442B需要1584万年。所以在星际飞行理论没有突破的情况下,如果依靠传统火箭,不借助时空穿越,人类基本上不可能抵达这些系外行星。

行星系统的宜居带。纵坐标为母恒星质量与太阳质量的倍数,横坐标为行星到母恒星的距离与日地距离的倍数

行星系统的宜居带。纵坐标为母恒星质量与太阳质量的倍数,横坐标为行星到母恒星的距离与日地距离的倍数

如果从太阳系外看,地球就像宇宙中的一粒尘埃,恰恰是这粒尘埃,却是人类唯一的赖以生存的家园。我们遗憾地发现,迄今为止,地球仍是太空中唯一适合人类长期居住的行星。系外行星的想象虽然美好,但这只是一个美丽的童话,另一个地球美好的“远水”解决不了人类面临的“近渴”,人类未来的命运系于地球。除了地球,我们别无他所。