地理：2.2《地球的卫星—月球》学案（鲁教版选修1）

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第二章 神奇的太阳系
2.2地球的卫星——月球
学案 导学
【学习指导】
1、了解有关月球的一些基本情况；知道人类对月球的探索历程。
2、能利用多种渠道搜集有关月球的资料；能与同伴一起交流和探讨一些有关月球的资料；能根据资料的特征整理制作自己的“月球卡”；在讨论交流中知道对信息进行分析比较，并尝试对信息的可信度进行评估。
3、培养学生对宇宙浓厚的探究兴趣。
【知识结构】
【重难点知识讲解】
一、月球概况
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3800万平方公里，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。
月球本身并不发光，只反射太阳光。它的亮度随日月间角距离和地月间距离的改变而变化。满月时亮度平均为－12.7等。
月球的表面是由平原、山峰和山谷组成的荒漠。还有许多由于太空物体高速撞击月球表面而形成的陨石坑。月球上没有供人类呼吸的空气，但是可能有供饮用的水。最近在月球阴面的一个很深的陨石坑底发现了冰。科学家们认为这些冰可能是某次与月球相撞的彗星带来的。彗星的冰没有融化，因为月球的背阴面温度非常低。
1、月球的基本参数
平均赤道半径：ae=1738000米
平均半径：a=1737400米
赤道重力加速度：ge=1.618米/秒
平均自转周期：T=27.32166天
扁率：f=0.006
质量：M=0.07348×1024公斤
月心引力常数： GM=4.902793455×1012米3/秒2
平均密度：ρe =3.34克/厘米3
地月系质量比E/M=81.30068
离地球平均距离： R=384400公里
逃逸速度：v =2.38公里/秒
表面温度：t =-120～+150
表面大气压：p=1.3×10-10帕
2、月球的圈层结构
月球是地球的唯一天然卫星，它与地球有着密切的演化联系。根据对建立在月球上的阿波罗11号和12号月震台记录资料的分析，以及对月球表面和月岩的研究，可知现今的月球内部也有圈层结构，但与地球内部的圈层结构并不完全相同。月球表面有一层几米至数十米厚的月球土壤。整个月球可以认为由月球岩石圈（0～1000公里）、软流圈（1000～1600公里）和月球核（1600～1738公里）组成。月球岩石圈又可进一步分为四层，即月壳（0～60公里）、上月幔（60～300公里）、中月幔（300～800公里）和月震带（800～1000公里）。软流圈又称为下月幔。在月壳的10公里、25公里和60公里深处，均存在月震波速的急剧变化，表明在这些深度处存在显著的不连续性。月球表面至25公里深处为玄武岩组成的月壳第一层次，25公里～60公里之间为月壳的第二层，由辉长岩和钙长岩组成。上月幔由富镁的橄榄石组成，中月幔和下月幔由基性岩组成。月球震源的位置位于600～1000公里的深度之间，平均月球震源深度为800公里。由于月球表面岩石的密度并不比整个月球的平均密度小很多，因此，可以认为月球核不会是较重的铁镍等元素组成，它可能呈塑性或部分熔融状。在月球1000公里深处，月幔温度不会高于1000°C。根据对月球内部状况的了解，固体部分圈层结构并不是地球本身所特有的。月球的上述圈层结构，也是月球的演化过程中整个月球物质圈层分化的结果。
3、月面特征
月面上山岭起伏，峰峦密布，没有水，大气极其稀薄，大气密度不到地球海平面大气密度的一万亿分之一。没有火山活动，也没有生命，是一个平静的世界。已经知道月海有22个，总面积500万平方公里。从地球上看到的月球表面，较大的月海有10个：位于东部的是风暴洋、雨海、云海、湿海和汽海，位于西部的是危海、澄海、静海、丰富海和酒海。这些月海都为月球内部喷发出来的大量熔岩所充填，某些月海盆地中的环形山，也被喷发的熔岩所覆盖，形成了规模宏大的暗色熔岩平原。因此，月海盆地的形成以及继之而来的熔岩喷发，构成了月球演化史上最主要的事件之一。
月球上的陨击坑通常又称为环形山，它是月面上最明显的特征。环形山（crater），希腊文的意思是“碗”，所以又称为碗状凹坑结构。环形山的形成可能有两个原因，一是陨星撞击的结果，二是火山活动；但是大多数的环形结构均属于陨星的撞击结果。1924年，吉福德（A. C. Gifford）曾把月坑同地球上的陨石坑作了比较，证实了月坑是陨星撞击形成的。因此，陨击作用是形成现今月球表面形态的主要作用之一。许多大型环形山都具有向四周延伸的辐射状条纹，并由较高反射率的物质所组成，形成波状起伏的地形，向外延伸可达数百公里。环形山周围有溅射出来的物质形成的覆盖层；溅射的大块岩石又撞击月球表面，形成次生陨击坑。由于反复的陨星撞击与岩块溅落，以及月球内部喷出的熔岩大规模泛滥，使得许多陨击坑模糊不清，或只有陨击坑中央的尖峰露出覆盖熔岩的表面。
从叠加在月海上的陨击坑的状况判断，以及从月球上带回样品的放射性年龄测定表明，月海物质大致是与陨击坑同时期形成的。月海年龄大都在35亿年左右，而月陆高地的形成至少在月海熔岩喷发之前10亿多年已经存在，因此原始月壳是更为早期形成的，并且是大量熔岩的不断喷发，月球物质长期圈层分化的结果。研究表明，月球的圈层结构是继大约46亿年前它所经历的一个漫长的天文演化阶段之后，又一个持续了约10亿年之久的一个圈层分化过程。月球上大型环形山多以古代和近代天文学者的名字命名，如哥白尼、开普勒、埃拉托塞尼、托勒密、第谷等。月球表面陨击坑的直径大的有近百公里，小的不过10厘米，直径大于1公里的环形山总数多达33000个，占月球表面积的7～10%，最大的月球坑为直径235公里。在月球背向地球的一面，布满了密集的陨击坑，而月海所占面积较少，月壳的厚度也比正面厚，最厚处达150公里，正面的月壳厚度为60公里左右。由于月球表面之上缺乏大气圈和水圈，所以月球早期的熔岩喷发和陨星撞击形成的月球表面形态特征能够得到长期的保存。自1969年以来，宇航员已从月球表面取回数百公斤的月岩样品，经过对这些月岩样品的研究分析得出结论，这些月岩曾熔化过，月球表层物质主要是岩浆岩组成。月球的年龄至少已有46亿年。
二、月球运动及月相变化
1、月球运动
地球与月球构成了一个天体系统，称为地月系。在地月系中，地球是中心天体，因此一般把地月系的运动描述为月球对于地球的绕转运动。然而，地月系的实际运动，是地球与月球对于它们的公共质心的绕转运动。地球与月球绕它们的公共质心旋转一周的时间为27天7小时43分11.6秒，也就是27.32166天，公共质心的位置在离地心约4671公里的地球体内。
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园称“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。月球轨道（白道）对地球轨道（黄道）的平均倾角为5°09′。
月球在绕地球公转的同时进行自转，周期27.32166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：１.在椭园轨道的不同部分，自转速度与公转角速度不匹配。２.白道与赤道的交角。月球绕地球转动的周期，朔望月29.53059日；恒星月27.32166日。
2、月相变化
随着月亮每天在星空中自西向东移动一大段距离，它的形状也在不断地变化着，这就是月亮位相变化，叫做月相。“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，这里的圆缺就是指“月相变化”：在地球上所看到的月球被日光照亮部分的不同形象。
由于月球本身不发光，在太阳光照射下，向着太阳的半个球面是亮区，另半个球面是暗区。随着月亮相对于地球和太阳的位置变化，就使它被太阳照亮的一面有时对向地球，有时背向地球；有时对向地球的月亮部分大一些，有时小一些，这样就出现了不同的月相。
每当月球运行到太阳与地球之间，被太阳照亮的半球背对着地球时，人们在地球上就看不到月球，这一天称为“新月”，也叫“朔日”，这时是农历初一。
过了新月，月球顺着地球自转方向运行，亮区逐渐转向地球，在地球上就可看到露出一丝纤细银钩似的月球，出现在西方天空，弓背朝向夕阳，这一月相叫“蛾眉月”，这时是农历初三、四。
随后，月球在天空里逐日远离太阳，到了农历初七、八，半个亮区对着地球，人们可以看到半个月亮（凸面向西），这一月相叫“上弦月”。
当月球运行到地球的背日方向，即农历十五、十六、十七，月球的亮区全部对着地球，我们能看到一轮圆月，这一月相称为“满月”，也叫“望”。
满月过后，亮区西侧开始亏缺，到农历二十二、二十三，又能看到半个月亮（凸面向东），这一月相叫做“下弦月”。在这一期间月球日渐向太阳靠拢，半夜时分才能从东方升起。
又过四五天，月球又变成一个蛾眉形月芽，弓背朝向旭日，这一月相叫“残月”。
当月球再次运行到日地之间，月亮又回到“朔”。
月相就是这样周而复始地变化着。如果用月相变化的周期（即一次月相变化的全部过程）来计算，从新月到下一个新月，或从满月到下一个满月，就是一个“朔望月”，时间间隔约29.53天，中国农历的一个月长度，就是根据“朔望月”确定的。
三、月球和潮汐
宇宙间天体之间都存在相互间的作用，其中所谓“潮汐作用”是重要的作用形式之一。由于地月间距离相对较近，这种潮汐作用更为明显。太阳系天体中，月球对地球的潮汐作用约为太阳对地球潮汐作用的2.2倍，并远远大于其它天体对地球的潮汐作用。由于月球的潮汐摩擦作用使得地球自转变慢，每天时间变长，平均每一百年一天的长度增加近千分之二秒。同时，由于地球自转变慢，使得月球缓慢向外作螺旋运动，目前月球正以每年3～4厘米的速度远离地球。同样道理，地球对月球的潮汐作用，使得月球自转周期变得与其公转周期相同。月球的自转和公转都是自西向东的。月球的这种自转，称为同步自转。因此，自古以来，人们看到月球总是以同一面朝向我们地球。
人类在开始记录地球史的时候，就已通过观测月球位置和位相来计时。通过对月球和太阳周期性运动的研究，使得古代中国人和美索不达米亚人创立了历法。公元前300年，巴比伦的天文学者已能预报月食。
【学海泛舟】
月球
在茫茫宇宙中，除了光芒万丈的太阳外，月亮这颗美丽的星球，是离我们最近的邻居，几十亿年来形影不离地伴随着地球转动，是地球唯一的伴侣。
夜晚，一轮明月高挂天空。它千秋万载吐辉播明，为人类驱除长夜的幽暗。古时候，白昼司光之日，叫太阳；那么夜间播明的就是太阴了。
希腊神话中说，在晚上，当阿波罗到西方去休息的时候，他的孪生妹妹--月亮女神狄爱娜就驾驭着她的银车出来巡行了。我国民间广泛流传着嫦娥奔月的神话，墨西哥阿兹台克人传颂着月亮女神的神话。
地球到月亮的平均距离大约38400千米，最早人们用三角来测，现在用激光来测量，误差只有几厘米。月亮的直径为3476千米，相当于地球直径的l／4。月亮的面积是地球表面积的1／14；体积为220亿立方千米，是地球的l／49。月亮的质量是7350亿亿吨，约等于地球质量的1／81。
月球表面
太阳半径大约是月亮半径的400倍，日地距离是月地距离的400倍。因此，在地球上看来，太阳同月亮差不多大。
月亮绕地球运动，在地球引力影响下，自转和公转周期是一致的。因此，月亮永远只以半个球面（实际上约占59％）对着地球。还有不到半个月面的部分，它始终背着地球，过去人们没瞧见，一直是千古猜不透的谜。
我们肉眼看到的月球正面的明亮部分，是月面上的山脉高原。月球上最高的山峰高达9000米，比地球最高峰还高；月亮上的暗黑的部分，是广阔的平原和低地。过去人们误以为它们是海洋，取名为“风暴洋”、“静海”等等，实际上那里是月亮早期火山爆发，喷出的大量岩浆所形成的熔岩平原。
月面最显著的特征是坑穴星罗棋布，直径大于1千米的环形山（也叫“月坑”），在月球正面就有33000多个，这些环形山大多是宇宙体冲击月面和火山活动的产物。
现代科学技术已很发达，人造卫星拍摄的月亮背面照片上，显示了月亮背面也是像正面一样的半球，绝大部分是山区，中央部分没有“海”，其他地方的一些“海”，都是较小的。
在地球上看月亮，有时像镰刀，这叫蛾眉月；有时作半圆，这叫弦月；有时如一轮明镜，银光四射，这叫满月（望）；有时全部黑暗，这叫新月（朔）。月亮圆缺（盈亏）的各种形状，叫做月相。
月球同地球一样，自己不发光，全靠反射太阳光而照亮。迎着太阳的半个球是亮的，背着太阳的半个球是暗的。由于日、地、月三者的相对位置，随着月亮绕地球向东运行而变化，就形成了新月——上弦月——满月——下弦月——新月的月相周期性更迭。月相变化的周期为29．53日。
自1969年“阿波罗11号”登陆以来，人类已6次登上了月亮。除了证实那些科学家过去对月亮的测算以外，还有不少新的发现。
阿波罗11号
月亮上的景象是另一番风光：月亮上没有大气，阳光不再散射，昼夜来得突然，黑夜降临，白昼立即消失。
月亮上没有大气，也就没有浮力，氢气球在月亮上飞不起来，降落伞也起不了作用。
月亮上是真空，声音也无法传播，所以月亮是一个寂寞无声、死气沉沉的世界。
月亮上没有水汽，天空是永远晴朗的，既没有风、云、雨、雪，也没有雾、雹、霜、露，更没有晕、华、虹、霓。月亮上昼夜温度差别很大，白天在阳光直射的地方，温度可达127℃，夜晚则降至－183℃。月亮表面的重力只有地球表面重力的1／6。一个在地球上重60公斤的人，在月亮上用弹簧秤称，只有10公斤重了。举重运动员在地球上举重150公斤，在月球上可举重900公斤。在月亮上，人们跑步、跳跃，像电影上的慢镜头那样。
在月亮上仰望星空，白天，天空也是黑黝黝的，星星就像一颗颗明珠似的镶嵌在黑色天幕上，不会闪烁。看到的太阳，也比地球上看到的太阳要明亮得多，耀眼极了。
从月亮上看星星，同地球上看到的情景相似，有东升，也有西落。可是，速度就慢多了。在月亮上，每个月只能见到一次日出和日落。
在月亮上看地球故乡，那是另一种不平凡的景象：地球仿佛静止不动地悬挂在天空，远距天顶30°，发出耀眼的蓝色和白色光芒。月亮上看到的“地相”，同地球上看到的“月相”一样，也有盈亏的变化，不同的是，在同一日子里，月相和地相正好相反。月亮上看到的“满地”，要比地球上看到的“满月”大14倍。那蔚蓝色的地球，美丽极了。由于经常有大气云层遮掩着，很难看清它的真面貌。几次登月采集到的几百公斤各种月球样品，经过分析，月岩中已发现近60种矿物，其中有6种是地球上尚未发现的。在月岩和月壤中发现有地球上的全部化学元素，并发现多种有机化合物，但没有发现生命的存在。月球的年龄，同地球一样，也有46亿年。
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