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月球是地球夜空中肉眼可见的最亮、最大的天体。与第二亮的天体金星相比，月球的直径大 30 倍，表面积接近 1,000 倍，并且看起来比金星亮约 1,000,000 倍。此外，月球并不是一个均匀的圆盘，而是在其表面的不同地方表现出令人难以置信的变化，即使从我们在地球上有限的视角来看也是如此。

对于肉眼来说，这些差异可能只表现为亮点和暗点：所谓的“月球上的人”是最容易区分的特征。但如果你通过望远镜观察，你不仅会看到这些明亮区域的黑点，还会看到山脉、高墙和从其辐射的光线的陨石坑，以及沿着昼夜边界的阴影地貌，即月球的地貌。终结者。

虽然这些特征可能看起来很熟悉，但它们都提供了月球古代历史的线索，并可能帮助我们理解为什么我们看到的月球“脸”并不是唯一重要的视角。

由美国宇航局月球勘测轨道器的广域相机拍摄的月球近侧的带注释马赛克。海洋、突出的陨石坑、墙壁、射线和山脊都清晰可见。令人震惊的是，我们发现月球近侧的这种景象并没有在远侧重现。

即使使用最简单的双筒望远镜或最便宜的望远镜，您也会忍不住注意到月球的两个主要特征：

1. 它有很多陨石坑，而且较亮的区域通常比较暗的区域有更多的陨石坑。许多陨石坑区域包括大型陨石坑内的中型陨石坑内的小陨石坑，这证明大型陨石坑非常古老，以至于在其顶部形成了新的较小陨石坑。

2. 它有这些被称为月海的黑暗区域，这些区域的陨石坑相对较少，而且大多较小。这些区域因其颜色和成分与月球大部分区域显着不同而引人注目。

确实，月球总是以同一面面向我们，但月球半球的不同部分在整个月中都会被照亮，具体取决于地球、月球和太阳的相对位置。

尽管月球被潮汐锁定在地球上，因此同一面始终面向我们的星球，但月球轨道是椭圆形并遵循开普勒运动定律的事实确保了它会在整个月内来回摆动。：一种称为月球天平动的现象。总体而言，随着时间的推移，从地球上可以看到整个月球表面的 59%，而不是 50%。

此外，由于月球的椭圆轨道，靠近地球时移动速度较快，远离地球时移动速度较慢，因此我们看到的月球侧面会发生轻微变化，这种现象称为月球天平动。尽管这意味着在几个月的时间里我们可以看到月球 59% 的部分，但直到 63 年前，当苏联 Luna 3 号宇宙飞船绕月球背面运行时，我们才收到了第一张月球背面的图像月亮的。

虽然图像的质量不是很令人印象深刻，但由于一个意想不到的原因而引人注目：与始终背对月球的远侧相比，月球的近侧在陨石坑和海洋特征方面都显得完全不同。我们。这一发现完全令人震惊，几十年来，尽管我们对最近行星邻居这一难以捉摸的一面的形象和理解质量有所提高，但我们无法解释为什么会存在这种差异。

苏联月球 3 号任务拍摄的月球背面原始图像 (A) 及其现代数字修复图像 (B)，与美国宇航局月球勘测轨道飞行器拍摄的月球背面现代图像进行比较（C）。

您首先会注意到的一件事是远端几乎完全没有黑暗的海洋。有一个在月球北半球很突出，但它很小。南半球可能有一些较小、较浅的星体相互连接，但没有一个像月球近侧的星体那样宽、深或广泛。近侧和远侧的海洋截然不同。

也许您会注意到的第二件事是远侧的陨石坑更加明显和广泛。由于这些海洋的大部分表面被剥离，有更多的区域显得更古老、坑坑洼洼。这会导致更多的陨石坑，光线似乎从陨石坑中向外辐射，甚至在远端相互交叉。

尽管它早在 1959 年就被发现了，但人们花了更长的时间才找到这个谜团的原因。你看，有一个显而易见的解释——你甚至可能想到过这个解释——但事实证明它是错误的。

这张从阿波罗 8 号上向南看西经 162 度的月球表面视图，显示了月球远半球崎岖的地形特征。丰富的陨石坑特征，包括陨石坑内的许多陨石坑，表明了它的年龄，而月海的缺失表明地壳比近侧更厚。

我们的观察告诉我们，太阳系充满了危险的彗星和小行星，它们定期坠入我们恒星的内部区域。当内部世界一切顺利时，这些天体会创造出壮观的景象，例如彗尾和流星雨。但当出现问题时，这些大型天体中的一个会与另一个较大的天体相撞，从而造成灾难性的影响，如果受到撞击的世界上有生命，则可能会灭绝。

“明显”的解释是，当这些巨大的太空岩石从远端飞向月球时，它们的路径上根本没有任何东西，而每个应该撞击它的物体实际上都撞击了它。但是，当你从近侧接近月球时，地球会挡住你的路，我们可以充当盾牌，防止物体撞击月球近侧。因此，地球可以吸收这些影响，或者通过重力使这些潜在影响远离月球。

尽管与月球相比，地球可能很大而且质量很大，但与它们之间的距离相比，两个物体都非常小。光从地球到月球单程大约需要1.25秒，地球和月球之间的距离大约是地球直径的40倍。

但当我们审视地月系统的细节时，这个解释站得住脚吗？

这是解释我们所看到的现象的一个很好的尝试，但地球和月球之间的距离约为地球直径的四十倍，这一事实意味着月球近侧与月球近侧的撞击次数存在差异。当我们计算时，远端应该小于 1%。但这根本不是真的。远侧的陨石坑比近侧多约 30%，这一巨大差异无法通过重力偏转效应进行定量解释。

此外，这种解释对于近侧和远侧出现的海洋的丰富度和大小没有差异。据信影响不会造成这些现象；它们是玄武岩熔岩流的结果。事实上，地球对月球近侧几乎没有提供行星保护，这一事实根本无法解释这一特征。

那么如何解释近端和远端之间的差异呢？事实证明，答案确实与宇宙碰撞有关，但与彗星和小行星无关。

该动画展示了月球背面在 DSCOVR 航天器的地球多色成像相机 (EPIC) 和望远镜与距离一百万英里（160 万公里）的地球之间经过时被太阳照亮的卫星图像。月球的背面与近面有很大不同。

与我们的星球在过去 6500 万年所经历的一切相比，消灭恐龙的小行星是巨大的。它大约有5到10公里宽，或者说是一座非常大的山的大小。但如果我们回顾大约 45.5 亿年前的历史，我们就会发现希克苏鲁伯撞击事件绝对不是地球历史上最大的撞击事件，远非如此。

直到我们从月球带回岩石并发现它们的材料与地球完全相同时我们才意识到这一点！这是一个很大的惊喜，因为太阳系中没有其他卫星/行星配对——木星及其卫星、火星及其卫星、土星及其卫星——是这样的。为什么会这样呢？

大约 45 亿年前，当太阳系仍处于起步阶段时，地球几乎完全形成，并占其当前质量的约 90-95%。但还有另一个非常大的、火星大小的小行星，其轨道与地球几乎相同。数千万年来，这两个物体不稳定地舞动着，时而远离，时而接近。然后，最后，在太阳系形成大约 5000 万年后，它们相互碰撞了！

当两个大天体相撞时，就像早期太阳系中地球和忒伊亚之间发生的那样，它们通常最终会形成一个更大的天体，但碰撞喷射出的碎片可能会合并成一个或多个大卫星。不仅地球如此，火星、冥王星以及它们的月球系统也可能如此。

两颗原行星的大部分最终形成了地球，而大量碎片被喷射到太空中。随着时间的推移，大部分碎片在重力的影响下聚集在一起形成月球，而其余的要么落回地球，要么飞到太阳系的其他地方。尽管它在 20 世纪 70 年代提出时听起来很疯狂，但在过去 40 年里，它已成为一种公认的理论，并被许多与预测一致的观察到的现象所证实。此外，现在有证据表明，火星和冥王星等其他岩石世界周围的卫星也可能是由巨大的撞击形成的。

这次碰撞肯定发生在太阳系历史上很早的时候，发生时地球还很热：大约2700开尔文！形成的月球最初是由一个碎片盘形成的，这些碎片在其形成过程中暴露于非常热的地球。我们对一些细节非常有信心：

月球最初很可能离我们更近，它很可能在很短的时间（约10万年或更短的时间）后被潮汐锁定，甚至可能天生就被潮汐锁定，甚至在形成完成之前就失去了多余的角动量。

后一个细节目前尚不清楚，但可能性仍然很大。如果是这种情况，那么附近有这个额外的热源（地球）会对月球在形成过程中面向地球和远端的可用材料产生很大影响。

地球形成后大约 5000 万年，一个名为忒伊亚 (Theia) 的火星大小的大型天体与地球相撞。碰撞的后果导致地球过热并产生大量碎片，其中大部分形成了月球。其余的要么离开了地月系统，要么落回到两个天体之一上。虽然月球的远端冷却得更快，但面对炎热地球的近端仍然更热的时间要长得多。

直到 2014 年，也就是我们第一次看到月球背面整整 55 年之后，Arpita Roy、Jason Wright 和 Steinn Sigurdsson 的一项研究似乎综合了这个完整的故事，并提供了必要的证据来证实它。

他们所做的事情非常出色地证明了这种解释的力量。他们研究了创造早期地月系统的事件，并追踪了其物理演化的潜在途径。月球本身最终是由围绕地球的行星碎片盘形成的。如果地球非常热，则该圆盘内靠近地球的某些元素将被耗尽：例如钙和铝等元素。换句话说，早期地球发出的热量在圆盘内产生了化学梯度，导致月球靠近地球的一侧与距地球最远的一侧的成分不同。

来自地球的非常强大的潮汐力，请记住，与月球相比，地球的质量非常大（大约是月球的 70 倍），而且月球过去距离地球更近，很容易导致月球形成已经预先阻挡的形状来自地球。如果这是真的，那么与近侧相比，月球远侧的地壳会更厚，因此环行星盘远侧的钙和铝含量会更高。

因此，月球形成过程中原月盘的化学/成分梯度今天可以作为月球两个半球之间的差异得以保留。如果月球像烤肉架上的鸡一样快速旋转，这是不可能的，但如果月球与地球几乎瞬时潮汐同步，这几乎是不可避免的。

1969 年末，莫纳乌鲁火山喷发期间，可以看到熔岩流入阿洛伊火山口。当一块岩石落入熔岩时，无论是来自地球还是来自外星人的撞击，都不会留下撞击坑，因为液体只会在撞击地点周围重新形成。这也适用于月球上的熔融物质。

我们看到的海洋是熔岩流的证据，熔岩流发生的时间要晚得多，当时熔岩流入月球表面的大盆地和低地。如果近侧地壳较薄且成分与远侧不同，这就可以解释为什么即使数十亿年后，两侧看起来如此不同，其海洋的大小和数量也不同。

由于黑暗的月球海洋直到太阳系历史的很晚时期才凝固，所以很容易理解为什么它们的陨石坑比月球高地少得多，而月球高地在很长一段时间内都是固态的。当你的表面被液体覆盖时，任何先前的影响都会被消除，就像赞博尼在溜冰场上更新冰一样。同样的，这段时间的任何冲击都会被吸收到熔岩海中。就像陨石落入地球海洋一样，那些落在远古月球熔岩海洋中的陨石也没有留下任何伤痕！

研究发现，仅仅在月球形成过程中拥有一个距离月球足够近的热早期地球——加上这一单侧热源——就可能造成地壳厚度的差异，以及两侧之间元素和化学的差异。

这六张正交图像显示了月球近侧和远侧以 60 度旋转间隔的组合，由 NASA 月球勘测轨道飞行器任务中的广角相机拍摄。所有图像均以 0 度纬度为中心。

最后，经过半个多世纪对月球背面之谜的好奇，我们不仅可以自信地说出月球是如何形成的，而且还可以说出为什么它的两侧如此不同！我们知道月球是通过反射太阳的光而发光的，但谁能想到，正是年轻的地球在月球的天空中发出明亮而炽热的光芒，使得月球的两面如此不同？