月球表面的观测

时间：2022-02-18 理论教育版权反馈

【摘要】：一种是由凝固的熔岩构成的盆地，天文学家称之为“月海”。对广大天文爱好者来说，掌握月球的光学观测，实为一技之本。由于月球的视面大，表面清晰可辨，可观测的项目多，而且通过认真的观测，比较容易获得观测成果，因此，月球观测是进行天文普及教育的最生动最真实的活动。过去，许多月面观测都是由素质较高的天文爱好者来承担的，其中不少人以此方面的成就跃居月面学家。

第一节　月球表面的观测

月球是地球唯一的天然卫星，它像一个忠实的卫士，永远面向着地球围绕地球转。星际航行时代来临后，人们已从太空飞船拍摄的照片上一睹它背面的芳容，并实现了登月的梦想；1998年“月球勘探者号”又传回了月球两极有冰的喜讯。我们对月球进行观测活动，可加深对月球的认识，特别是比较月球两极与赤道区域偏振光的差异，更有着科学意义。

月面上主要有两种地形。一种是由凝固的熔岩构成的盆地，天文学家称之为“月海”。我们用望远镜看到月面的暗区就是月海，当然月海里一滴水也没有，它是广阔的平地。月球上的月海绝大多数分布在朝向地球的一面，如“雨海”、“澄海”、“危海”、“丰富海”、“酒海”、“云海”、“冷海”、“静海”、“湿海”，最大的叫“风暴洋”，高出月海的地区称为“月陆”。

月面上的另一种地形是山脉。有连绵险峻的高山，最高峰达8～9千米，比地球上的珠穆朗玛峰还要高；有为数众多的环形山，直径大于1千米的环形山有3万个以上，最大的环形山直径有二三百千米。最深的环形山是牛顿环形山，深达8700多米。较为年轻的环形山一般都有辐射纹，从望远镜中看去，它们像棕树叶似的铺展开去。著名的哥白尼环形山、第谷环形山都有辐射纹，它们向外延伸长达1000多千米。月面上也有一些绵延数百千米的山脉，最长的亚平宁山长达640千米。此外，月面上还有长数百千米、宽几千米至几十千米的大裂缝（称作月谷），好像地球上的大峡谷。

一、如何肉眼观测月球

通过望远镜观测月亮，很容易看到月面上大大小小的环形山，没有用望远镜看过月亮的人，则不必自叹不如，完全可以找个机会仔仔细细、认认真真地看看月亮。

对于任何人，不管能不能很方便地使用天文望远镜，仔细观察月亮都是办得到的。因为我们都有一双锐利的眼睛，不借助任何仪器，用肉眼直接看月亮，也会看到不少有趣的现象，甚至得到一些意外的收获。这一点也不奇怪，天文望远镜从发明到现在，只有还不到400年的时间。在望远镜还没有发明之前的漫长历史年代里，古人就是凭着自己的眼睛仔细地、反复地、边看边琢磨地看月亮的。

选择月亮看起来比较圆的那几天进行肉眼观察，效果会更好些。先粗略地扫视一遍整个月面，你马上就会看出，月面上有些地方要比周围地区略为暗些，它们就是被称为“月海”的地方。“月海”这个名称最早是意大利科学家伽利略在17世纪初提出来的。由于他用的望远镜很简陋，倍率不大，于是误以为这些看起来比较暗的地方就像是地球上的海，便称它们为月海，就这么叫开来了。事实上，月海里是没有一滴海水的。尽管如此，月海这个应该说是并不恰当的名字，一直沿用到现在。

月面上已经命名的海有22个，除个别的以外，绝大多数都在我们能常看到的半个月球面上。其中特别明显的是：危海、丰富海、静海、澄海、酒海、冷海、雨海、风暴洋、湿海、云海。稍仔细一些，你就会进一步看到：这10个月海中的前5个，都是在月面的东半部。或者说，每逢呈半圆形状的上弦月出现在天空时，这5个月海都可以清晰地看到。那后面的5个月海都是在月面的西半部。也就是说，呈半圆形状的下弦月高挂在天空时，这5个月海都可以看到。冷海跨在月面的东、西两个半球面上，上弦或下弦时各能看到它的一半左右，要想看得更完整一些，就要在月圆前后那几天去观察它。

看看这些月海的大小、形状、在月面上的位置，以及彼此之间的关系，那也是很有意思的。譬如说：哪些月海是独立存在的，哪些是串联在一起的，哪个大，哪个小，哪个边缘清晰，哪个边缘模糊，哪个很容易辨认，哪个就不那么容易确认，等等。这些，只要你仔细观察，就不仅能搞清楚，还会得到许多新的知识。

除了月海之外，还能在月面上看到些什么呢？

在雨海的西北边，定神搜寻一下，你会看到形如彩虹的一处地形，就好像地球上的港湾一样，这就是月亮上很有点名气的虹湾。虹湾的直径达260千米，即使与地球上的大港湾相比，也毫不逊色。

在虹湾的东北方向，可以看到一个形状比较完整的环形山，名字叫柏拉图环形山。这个直径达上百千米的大环形山口的底部，相当平坦、光滑，是一个很好的目视观测目标。环形山底部还有几个直径只一二千米的小环形山。如果你以后有机会用望远镜观测月面时，不要忘记欣赏这里的月面风光呀！

不用望远镜就能看到的三个主要环形山，是分别用丹麦、波兰和德国的三位天文学家的名字命名的，他们是第谷、哥白尼和开普勒。有意思的是，这三个著名的环形山都有所谓的辐射纹系统，即以环形山为中心向四周散射开去的明亮光带。辐射纹是月亮表面的特征物之一。

只是在天文学上所说的“望”，也即月圆的前后，辐射纹才最亮，看得最清楚，而且用肉眼看甚至比用望远镜看更清晰、更壮丽、更加引人入胜。

你在观察辐射纹时，最好再注意一下辐射状光带的数量、亮度、长短、走向以及它们跨山越岭的种种情况，那就会有更多的收获，更加兴味无穷。

肉眼看月面，至少有两条山脉是非常明显的，它们是亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉。从柏拉图环形山往东南方向延伸的山脉，是阿尔卑斯山脉，从这个山脉的尽头继续往西南方向看去，就是亚平宁山脉。

各人的视力情况不完全相同，能辨认出的月面细节会有所差别，这就有赖于细心的观察者去认真琢磨和体会了。

建议你先实地去观察月亮，自己能描绘一些简明的图作为记录更好。随后拿你的这些观察记录与简单的科学观察图进行对比，检验一下自己的洞察力。如果你能这样观察、对比，再观察、再对比，你所得到的知识和乐趣，决不亚于用望远镜观测的人，甚至有所超过。当然，如果有那么一架望远镜，不一定是很大的，既能进行仔细的观测，又能反复观察、反复对照，那自然是好上加好了。

二、如何使用望远镜观测月球

对广大天文爱好者来说，掌握月球的光学观测，实为一技之本。由于月球的视面大，表面清晰可辨，可观测的项目多，而且通过认真的观测，比较容易获得观测成果，因此，月球观测是进行天文普及教育的最生动最真实的活动。380年前，伽利略发明了望远镜后首先把望远镜指向了月球，就获得了惊人的发现。过去，许多月面观测都是由素质较高的天文爱好者来承担的，其中不少人以此方面的成就跃居月面学家。

1.观测仪器的选择

这里所说的光学观测，指的是通过天文望远镜的观测。

（1）物镜口径：因为月球属于有延伸面的天体，主要是观测月面的细节。所以天文望远镜的分辨本领要强才行。因此，一般来说，较优良的折射望远镜物镜口径不要小于5厘米，反射望远镜物镜口径不要小于10厘米。

（2）机械系统：最好是有跟踪的赤道装置。只有这样，才能进行上述各项系统观测。

（3）目镜：对目镜系统的要求是应备有多种目镜。目视观测要定位绘图，有十字丝装置的目镜较理想。如果有动丝测微器就更好了。

2.观测地和天气的选择

为了尽量获得高清晰度的月面细节，最大限度地发挥天文望远镜的本领，观测地点和天气状况的选择是很关键的。

（1）观测地点：望远镜不要直接架在水泥地面上。尤其是夏季，水泥地面的气流变化大。冬季也不要架在有雪水的地面上。观测地要尽量减小外界的震动和烟尘的污染。最理想的是望远镜处在居高临下，周围或观测方向上是草地，或水域，或泥土地的开阔区域。

（2）天气：一般说来，雨雪过后的晴天，大气的透明度极佳，然而，宁静度往往极差，这时拍下的月球照片，远不如目视清楚。这就要观测者根据本地小气候的规律，掌握观测时机。

3.观测方法

从前面所述观测项目可以看出，我们主要观测的是月面形态。为此，向大家简单地介绍目视观测和照相观测的方法。

目视观测的目的就是认识月面环境，了解特殊结构，进而绘制月面图。什么样的月相最适宜目视观测呢？人们往往迷恋于满月的多姿，陶醉于它柔和的光辉。其实，这时通过天文望远镜观测，它光强刺眼，细节完全不清，月视观测最好的日期是弦月前后。这时月光妩媚，立体感很强，月面就像石膏艺术品一样，呈现在观测者面前。

目视观测用多大的放大倍率目镜呢？选择目镜主要考虑两点：其一，选择适当的放大倍率，而不是越大越好。我们知道，眼睛对目镜视场内细节的分辨本领约为2角分。如果你要观测月面1角秒的细节，必须把它放大到2角分以上才行。也就是要选用放大120倍以上的目镜。从衍射理论看，只要能看清天体望远镜就算发挥了最大本领。要想再追求高倍率也无济于事。而且，由于大气抖动，要想看清0．2角秒以下的细节，那是根本不可能的。观测月球最好的放大率为有效口径的1．5～3倍的数值。显然，望远镜的有效口径越小，选用的放大率也相应的要低。其二，放大率越高，视场越小，视场越暗。一位月面学家说得好：“对月球的观测，清晰比大小更有价值。”因此，每次观测前，根据观测目的，选用几种目镜试一试，然后从中再定。

如果要绘图，首先应定比例尺，画出预定的月轮，绘出月面中央子午线和东西线。有条件的还要算出（或查出）月球的球面位置：月球自转轴的方位角P，通过视面中央子午线的经度L₀，视面中心的纬度B₀。绘制时，要从靠近月轮中心区的特征开始。对一些重要细节结构，应用测微器测出位置和大小。

目前天文学家已编制出几种月面详图。天文爱好者们通过自己的观测对月面的认识会更深刻、更有意义。

照相观测只要有一般摄影常识，通过天文望远镜进行照相观测是不成问题的；照相观测可分为两类：全月面照相和局部放大照相。

关键是要弄清月亮在底片上成像的尺寸。这与所用望远镜的焦距有关。即有关系式：d=3f·tan（θ/2），d为底片比例尺；f为物镜焦距，以毫米表示；θ为月亮在天球上的角直径，大约为30角分。若你的望远镜物镜焦距为1000毫米，则在焦平面处的月亮直径约9毫米。南京天文仪器厂生产的120折反射望远镜的物镜焦距为1500毫米，则月亮在底片上的直径约13毫米。

不同月相的露光时间是不一样的。往往有人以为满月的面积是弦月的两倍，亮度自然也是两倍。实际上绝不是这样简单的比例关系。测量表明，满月亮度是弦月亮度的12倍左右。若以满月的亮度为100计算，将月亮在几种位相角时的亮度列于表8.1.1。

表8.1.1