月球有多大？

月球，天体名称，人类肉眼所见称为月亮，中国古时又称太阴、玄兔、婵娟、玉盘，是地球的卫星，并且是太阳系中第五大的卫星。月球直径大约是地球的四分之一，质量大约是地球的八十一分之一。其表面布满了由小天体撞击形成的撞击坑。月球与地球的平均距离约3844万千米，大约是地球直径的30倍。

2019年5月16日，中国科学院国家天文台宣布，由该台研究员李春来领导的研究团队利用嫦娥四号探测数据，证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质。国际学术期刊《自然》（Nature）在线发布了这一重大发现。

当地时间2020年10月26日中午，美国国家航空航天局（NASA）的同温层红外天文观测台“索菲娅”（SOFIA）首次证实：月球的向阳面上存在水。

月球是地球唯一的天然卫星，是距离我们最近的天体，它与地球的平均距离约为384401千米。它的平均直径约为3476千米，比地球直径的1/4稍大些。月球的表面积有3800万千米，还不如我们亚洲的面积大。月球的质量约7350亿亿吨，相当于地球质量的1/81，月面重力则差不多相当于地球重力的1/6。

月球的轨道运动

月球以椭圆轨道绕地球运转。这个轨道平面在天球上截得的大圆称“白道”。白道平面不重合于天赤道，也不平行于黄道面，而且空间位置不断变化。

周期173日。

月球的自转

月球在绕地球公转的同时进行自转，周期2732166日，正好是一个恒星月，所以我们看不见月球背面。这种现象我们称“同步自转”，几乎是卫星世界的普遍规律。一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果。天平动是一个很奇妙的现象，它使得我们得以看到59%的月面。主要有以下原因：白道与赤道的交角、白道与赤道的交角。

①根据题意设生成的新核

AZ

X，则由于在核反应过程中遵循质量数守恒故有3+2=1+A

解得A=4

根据核反应过程中核电荷数守恒可得2+1=1+Z

解得Z=2，

故新核为

42

He

所以核反应方程式为：

32

H+

21

H→

11

H+

42

He

②核反应过程中质量亏损为△m，根据爱因斯坦质能方程△E=△mC2

可得释放的能量△E=90×10-30×（3×108）2=81×10-13J

由于释放的能量全部转化为动能，故生成物的动能为81×10-13J．

在阿波罗飞船上，携带有登月所需的所有条件，其中上升舱负责离开月球表面，并与指令舱对接后返回地球轨道，然后指令舱把宇航员带回地面。

土星五号

足够运载能力的火箭，是载人登月中最关键的一项技术，美国正是凭借土星五号，完成了载人登月的壮举；土星五号起飞重量30385吨，近地运载能力118吨，月球轨道运载能力45吨。

阿波罗11号的飞船，总质量大约为45吨，采用三段式结构，分别由登月舱、指令舱和服务舱组成，如下图：

服务舱

负责地月转移轨道的动力，储存有氢氧燃料电池模块、动力燃料、水循环系统、氧气供应等等；服务仓高67米，重量25吨。

指令舱

三位宇航员生活和工作的舱室，是整个飞船的控制中心，储存有两周的生活用品，以及返回地面时的救生设备，也是宇航员从地球轨道上，返回地面的唯一舱室；指令舱高32米，重6吨。

登月舱

登月时，指令舱和登月舱分离，两位宇航员乘坐登月舱在月球表面登陆，其中一名宇航员留驻指令舱；登月舱又由下降段和上升段组成，总重量147吨。

（1）下降段

指令舱和登月舱分离后，下降段主要负责着陆工作，从月球表面返回月球轨道时，下降段和上升段分离，下降段还起着发射架的作用，并永远留在月球上。

（2）上升段

登月时宇航员的舱室，具有独立的控制计算机、氧气供应、推进器、通讯系统以及独立电源，能保证两人大约40小时的氧气供应。

上升段和下降段分离后，推进器把上升段送回月球轨道，并和指令舱对接，宇航员把重要物品转移到指令舱，然后上升段遗弃在月球轨道。

月球表面重力只有地球的1/6，而且月球没有大气层，所以从月球表面返回月球轨道，要比地球表面到地球轨道容易得多。

上升段重量大约10吨，其中很大一部分，都是推进器燃料，足以把两名宇航员送回月球轨道。

地球：

体积 1083 207 3×10^12 km^3

质量 59742×10^24 kg

平均密度 5,5153 kg/m^3

太阳:

体积：1412× 10^27 m3（地球的130万倍）

质量：1989×10^30 kg（地球的332 946倍）

平均密度：1409g/cm3

月球：

体积 2199×10^10 km3

质量 7349×10^22 kg

平均密度 水的3350倍(水：1000kg/m3

作者 | 秦志伟

2020年12月17日，中国地质大学（武汉）行星科学研究所（以下简称行星科学所）教授肖龙非常激动。就在这一天，嫦娥五号圆满完成中国首次地外天体采样返回任务。当天下午，他做客该校逸夫博物馆，为广大师生讲述嫦娥五号背后的故事。

2天后，他作为唯一一位来自高校的科学家代表，参加了嫦娥五号任务月球样品交接仪式。看到月球“土特产”顺利地来到地球，肖龙的脑海中浮现出为之奋斗的日日夜夜、点点滴滴。

10年模拟月壤超100吨

肖龙是嫦娥五号钻取子系统飞控专家组成员。他带领的行星地质团队主要参与嫦娥五号选址区研究、负责研制模拟月壤用于取样试验验证工作，同时还开展了利用模拟月壤进行样品研究的准备工作。

早日见到月球样品真容，是肖龙期盼已久的事。“我和全国相关领域科学家一样，期待早日获得实际样品开展研究，尽快把工程成果转化为科学成果。”他告诉《中国科学报》。

2011年，中国探月工程三期嫦娥五号正式立项。而早在2009年，肖龙团队就开始模拟月壤预研工作。那时，采样工具和方案主研单位迫切需要了解月壤的性质，并且需要使用类似实际月壤的物质作为对象，开展采样试验方案和采样工艺的验证。

“当我们接到这一任务需求时，心情非常激动。”肖龙说，他们以往都是在探测数据回来之后才有机会做些研究工作。“如果能够在前期为这一重大工程的实施贡献力量，那是再好不过的了。”

尽管当时是预研，嫦娥五号能否真正立项还未知，但肖龙团队没有犹豫，全身心投入这项工作。

需要的模拟月壤用量大，没有现成的经验可以参考，这是肖龙认为最具挑战性的环节。难在如何判断采样点的月壤性质，包括物质组成、粒度大小和分布、内聚力和内摩擦角等性质，其中物质成分是主要影响因素之一。

为此，肖龙团队通过对阿波罗样品的调研以及其他可能的月壤性质评估，再结合对着陆点的地质分析，做出模拟所有不同类型月壤的研制方案。

接下来就是模拟出月壤。没有现成可供参考的方法流程、经费短缺、没有试验和样品存放场地……因为这是我国首次地外天体采样，肖龙团队每走一步就像遇到一座山，但他们并没有被眼前的山吓倒，而是通过反复摸索试验攻克技术难题、校友帮助降低研发成本、腾出自家车库转存原料和样品等，最终取得了满意的成果。

团队成员、行星科学所讲师王江一直在和肖龙一起做这项工作，但当时他还是一名研究生。他向《中国科学报》回忆，自2009年到现在，肖龙家的车库一直是被用来放模拟月壤的。

鉴于不同的工况，肖龙团队研制出十多种类型的模拟月壤，包括不同成分、粒度、深度剖面及低重力环境下的模拟月壤。“这些不同类型的模拟月壤，是在7年左右的时间研制完成的。”王江说。

当嫦娥五号的发射时间由2017年推迟到2020年后，肖龙团队又利用3年左右的时间，配合主研单位完善钻进工艺方案等。10年来，肖龙团队累计提供的模拟月壤重量超100吨。

肖龙团队直接服务对象是钻取子系统负责单位。据他介绍，工程单位利用不同类型的模拟月壤开展试验，在试验中不断试错，进而制定各类故障的排除方案，把月面会遇到的情况都尽可能想到了，并不断提高模拟月壤的真实度，最大程度地保证采样成功。

完成1：25万地质填图

嫦娥五号落在哪儿，也要经过前期周密的谋划。从2016年开始，肖龙团队承担中国地质调查局“嫦娥五号预选着陆区1：25万地质图”任务。

“1：25万的地质意义是，图面上表达的最小单位是1毫米，也就是说月球上大于250米的地质体都要反映到图面上。”肖龙介绍道，这个比例尺的填图方案是综合考虑了图幅范围内地质现象的复杂程度和填图的目的后确定的。

工作难度又来了。1：25万地质图的填图规范没有，更缺少现成的资料。

虽然肖龙团队曾对嫦娥三号着陆区进行过地质单元划分，也完成过数量众多的地球地质填图，但这与填制一幅高标准的月球地质图不可同日而语。

为了解决这些问题，肖龙团队只能从已有的小比例尺月球地质图及相关的填图规范出发。首先建立填图的标准，包括明确月球地质图的填图单元、使用哪些图例、如何挑选地质单元颜色等，还要保证我国的地质图符合国际标准。

功夫不负有心人。在与中国地质调查局共同努力下，肖龙团队圆满完成了这一重大任务，弥补了预选着陆区没有大比例尺月球地质图的空白，为后续地质研究提供了基础资料。

但对着陆区的选择，并不那么容易。10年前，我国还没有选定着陆采样区，只确定在月球正面的月海区域。后来，经过科学家与工程单位的多次联合论证，最终把采样区定在风暴洋北部的吕姆克山地区，面积约55万平方公里。

“这一选项，主要基于工程可以安全实施和较好的科学产出两大因素。”团队成员、行星科学所博士生钱煜奇表示，这里远离美国阿波罗和苏联的无人采样点，出露的岩石也有差异。

但这个区域非常大，涵盖了多个地貌和岩性单元，包括一个巨大的火山穹隆（吕姆克山）、西边的古老火山岩区及东部的年轻火山岩区。其中，还有很多次级的地貌单元。

“我们把预选着陆区有较大科研价值的目标都做了研究，类比了各自的科学价值，也为模拟月壤研制提供依据。”团队成员、行星科学所副教授赵健楠说。

实际钻取深度不到2米

作为钻取子系统飞控专家组成员，肖龙用“刻骨铭心”“终身难忘”来形容他见证月面采样的整个过程。

坐在飞控室，肖龙最期待的就是嫦娥五号着陆后能第一时间看到监控相机传回的采样点图像，这样便可大致判断采样难度。“考虑到技术成熟度的不同、钻取的不确定性大，我最担心的事情就是钻机下方出现大石块。”对于肖龙来说，这种等待既兴奋，也是一种煎熬。

奇怪的是，着陆后，肖龙所在的子飞控室并没有收到监控相机的画面。“当时的焦虑真是难以言表。”肖龙说，“但很快，从主飞控室传来一张纸条，上面写了着陆点的具体位置以及预估的月壤性质信息，询问我月壤的可钻取性时，心里才稍微踏实了一点。”

随后，肖龙才正式看到监控相机的画面。“我当时还是很紧张的。”肖龙告诉《中国科学报》，因为他所见的画面比阿波罗采样点的情况要复杂，月壤粒度明显要粗，表面以下的土壤中遇到大颗粒的概率更高，“相当于直接面临挑战工况了”。

钻机开始工作后，从表面钻到接近1米深时，还相对顺利。后来遇到大石块时，意外发生了——钻机启动保护性停钻。尽管地面指挥中心采取了一系列措施，但依然没有能够继续钻下去。为了保护已取到的样品及后续的表面挖取样品工作，最后的实际钻进深度不到2米便宣告收工。

“当时我虽心有不甘，但完全理解和支持这一决定，也更加理解采样工程的难度和风险。”肖龙表示，与钻取相比，月球表面取样进展顺利，使得最终采回的样品达到1731克。

不过，这距离对月球样品开展研究还有段时日。肖龙介绍道，2020年12月19日举行样品交接仪式时，样品是被密封在样品容器中，打开需要在十分严格的环境中进行，否则样品容易被污染。据悉，国家航天局已在国家天文台建立了月球样品存储中心。

可能改写对月球演化 历史 的认识

采样地点的选择也是有讲究的。最终选择的地点是东部的年轻玄武岩区，“也是我们所期待的”。团队成员、行星科学所副教授黄俊说。

肖龙向《中国科学报》进一步解释道，因为这里的土壤是更为年轻的玄武岩风化形成的。该地火山喷发的年龄可能在距今15亿年左右，而美国和苏联采集的火山岩样品都是早于31亿年形成的。

更为关键的是，这一年龄差别有重要的科学意义。

过去的50年里，人类对月球科学的认知多与样品的研究有关，包括地月系统的形成、月球的起源、月球核幔壳圈层结构的形成机制、月壳的组成、火山活动 历史 、小天体撞击 历史 和潜在矿产资源等。而样品来源主要是阿波罗样品和月球陨石样品。

“以前，科学家普遍认为月球的火山活动早在31亿年前就停止了，或者说月球的生命周期就结束了。”肖龙表示，而我国取回的样品，很可能会改写人类对月球演化 历史 的认知。

但如何在保证样品不受污染的前提下，使用最小量的样品获得更多的数据和成果，是当务之急。据悉，国家国防 科技 工业局探月与航天工程中心主导制定了月球样品使用的相关规定，近期将对外发布。

作为嫦娥三号和四号探测数据研究核心团队的组长和副组长，肖龙感慨道，“如果仅仅依靠国外的探测数据，我们是不可能取得这些成果的。国家花费如此多的人力和财力去月球采样，就是要在月球和行星科学领域向世界贡献中国智慧和中国力量，这是科学家报效祖国和人民的光荣时刻。”

《中国科学报》 (2021-1-5 第8版 学人 原题为《为了把月球“土特产”带到中国》 )

根据已有的公开资料显示，月球上铬矿储量有450亿吨。

《月球上的首批100人》报告给出了月球上的矿产资源分布：月球有450亿吨铬、2500亿吨钾、9亿吨钠、5亿吨铜、2亿吨镁、15亿吨镍、1亿吨锌、500万吨钛和300万吨“氦-3”，其中，月球上最常见的矿物是克里普矿物（KREEP），即钾、稀土、钇和磷的混合物。

月球有丰富的矿藏，据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由0．1～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。

科学家指出，要开发月球必须对月球进行全面的探测，了解月球的资源，并逐步对资源进行开发。月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行；此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层，铝的含量也十分丰富。

月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源，这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从目前的分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。

月球表面分布着22个主要的月海，除东海、莫斯科海和智海位于月球的背面（背向地球的一面）外，其他19个月海都分布在月球的正面（面向地球的一面）。在这些月海中存在着大量的月海玄武岩，22个海中所填充的玄武岩体积约1010千米3，而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。若假设月海玄武岩中钛铁矿含量为8%，或者说二氧化钛含量为42%，则月海玄武岩中钛铁矿的总资源量约为13×1015～19×1015，尽管这种估算带着很大的推测性与不确定性，但可以肯定的是月海玄武岩中丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。

克里普岩是月球高地三大岩石类型之一，因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖，克里普岩混合并形成高灶和铀物质，其厚度估计有10～20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。克里普岩中所蕴藏的丰富的钍、轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。

此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源，将为人类社会的可持续发展出贡献。

月球的质量约7350亿亿吨,相当于地球质量的1/81

月球的周长约为10916公里

月球距离地球平均为384,401公里。这段距离约为地球赤道周长的10倍。月球轨道呈椭圆形，近地点平均距离为363300公里,远地点平均距离为405500公里。月球直径为3476公里,约为地球直径的3/11。