1 美丽而荒芜

月球的平均直径约3476千米，比地球直径的1/4稍微大一些。月球表面积约3800万平方千米，大约是中国陆地面积的4倍。月球的体积约是地球的1/49，也就是说，如果把地球比作一个篮球，月球就可以被比作一个乒乓球。

月球的表面重力只有地球的1/6，因而它不容易吸引空气和水汽。月球几乎没有大气，因此也没有风雨雷电，甚至听不到一点儿声音。

月球的自转周期和公转周期一样，都是一个恒星月（27日7时43分11秒），这称为“同步自转”，所以月球总以同一面对着地球，即在地球上只能永远看见月球朝向地球的一面，永远看不见月球背向地球的另一面。

由于月球上几乎没有大气来传递热量，因此其白天和夜晚的温度变化很大，温差高达310℃左右。白天太阳光直射的地方酷热无比，温度可达130℃左右；夜晚因为没有太阳光直射又极为寒冷，温度会下降到-180℃左右。

月球内部是一个鸡蛋状的结构，可类比为蛋壳（月壳）、蛋清（月幔）和蛋黄（月核）三个部分。根据月球探测的结果，月球没有全球性的偶极磁场。也就是说，在月球上使用指南针是分不出来东南西北的。

2 不知起源

关于月球的起源，有五花八门的说法，最常见的为三种假说，即地月同源说、地月分裂说和地月俘获说。

地月同源说认为月球和地球是姐妹关系。该假设认为：原始太阳系是一团由气体和尘埃组成的星云。地球和月球均是宇宙大爆炸之后在太阳星云的同一区域形成的。由于天体力场的作用，两者没有聚合形成一个整体，反而被扯成两块，各自形成现在的地球和月球。但是月球形成时间比地球稍晚，因此月球是地球的“妹妹”。在地球形成时，铁等金属元素较多的粒子聚集成地球的原始胚胎，月球则由残余在地球周围的非金属物质聚集而成，因此月球的密度比地球小。由于地球的体积和质量远大于月球，因此后来在地球引力的作用下，月球最终成为地球的一颗卫星。

地月分裂说认为地球和月球是母子关系。该假设认为：原始的地球温度很高，完全处于熔融状态。由于地球自转速度很快，在离心力和太阳引力的作用下，以及受到外来行星的冲击，地球向太空中抛出了大量的物质。这些物质冷却后形成尘埃，尘埃在地球引力和太阳系其他天体引力的作用之下慢慢形成了月球。也就是说，月球是从地球上分裂出去的。

地月俘获说认为月球和地球是夫妻关系。该假设认为：月球原本是太阳系或外星系的一个独立天体，只是后来“不小心”进入地球和太阳的力场中，被地球的引力俘获，成为绕地球运转的卫星。但是地球和月球相互间的排斥力使它们只能“相视”，而无法“牵手”，几十亿年来，形成了如今稳定的地月系统。

不过，上述三种假说都难以自圆其说。例如，假设月球和地球具有相同的起源，那么地球和月球应该拥有相同的物质构成，但是月岩的研究成果显示情况并非如此。

为此，近年来又兴起了碰撞说，即在地球形成初期，一个类似火星大小（火星的直径约为地球的一半）的天体撞击了地球，撞出的碎块形成了月球。这一假说由于得到越来越多的证据支持而受到大多数科学家的认可。科学家相信，当时的地球被一颗火星般大小的天体撞击，撞击抛射出的碎片逐渐聚集，形成了现在的月球。

3 意义非凡

至今，全世界已经掀起了两次月球探测（探月）高潮，其主要原因是什么？它们对人类已经或将要产生哪些影响？简单地说，探月是一项十分复杂的航天工程，它与人类的技术、政治、科学和经济等都有密切关系。

（1）引领发展

月球是离地球最近的天体，探测它相对比较容易，所以人类在掌握航天技术之后，第一个拜访的地外天体就是月球。大多数国家都是先探测月球，在积累了一些空间探测的经验之后再探测其他天体，只有欧洲空间局例外。

另外，由于月球上可能存在1100万～3.3亿吨的水冰，而且表面重力只有地球的1/6，因此，月球有望成为人类载人探索火星的跳板，大大降低相关费用和技术难度。因为水不仅可以满足航天员在月面上生存的需要，如果分解成氧和氢，还可以制成燃料用于载人火星探测器。将月球建设为深空探测的前哨或中转站，空间探测器和载人火星探测器只需要很小的推力，即消耗很少的燃料和花费很低的成本就能摆脱月球的引力前往别的天体。

随着月球资源利用能力的提高，人类将利用月球资源在月球上建立火箭燃料加工厂，或者建立空间探测的“补给站”。

通过开发复杂的月球探测技术，不仅可以满足上述政治、科学需要，由此衍生的大量新技术还可以广泛应用于其他航天领域，并带动许多别的科学技术的发展，因此意义十分深远。例如，20世纪60年代，“阿波罗”计划的实施就带动了美国超高强度和耐高温材料、新型计算机、遥控作业等一大批高科技工业产业的发展，后来该工程的人工智能、机器人和遥控作业等许多技术成果又转移到民用领域，促进了科技与工业的整体发展与繁荣。美国经济在20世纪90年代能够保持高速、高效增长，很大程度上得益于“阿波罗”计划派生出的约3000种应用技术成果在经济领域的应用。美国领先于世界的信息、生物、新材料等高新技术，很大一部分来自对月球探测技术的消化、优化和二次开发。

（2）科学家园

由于月球几乎没有大气和地质活动，岩石受到的地质作用很小，在那里研究月球岩石相当于研究地球39亿～40亿年前的标本，所以月球岩石是研究地球起源与演化的最佳标本。探索月球可了解到许多有关地球早期的信息，如大气、地壳等，甚至有助于人类认识生命、地球、太阳乃至整个宇宙起源和演化的历史，也有助于人类了解空间现象和地球自然系统之间的关系，并由此了解人类在宇宙中的位置和作用。在月球上建立多学科实验室可以对月球进行全面研究。如果月球实验室与地球上的科学设备联动，还能对地球进行全球性研究，使人们从独特的角度对地球进行全面、深入的了解。

最重要的是月球几乎没有大气，处于超高真空状态；月球没有全球性的磁场，月岩只有极微弱的剩余磁场；月球的内部能量已近于衰竭，内部的地温梯度也很小；月球的地质构造极其稳定，月震释放的能量仅相当于地震的一亿分之一；月球背面不受地球无线电波的干扰，月球表面还具有高洁净和弱重力的特征。月球的这些特征对于天文观测来说无与伦比，所以很多天文学家渴望在月球上建立大型月基天文台，以进一步扩展人类的眼界——月基天文台或许能成为第一个接收到外星人“来电”的天文台。

月球的表面重力只有地球的1/6，而且月球上永远没有风，在月球上架设巨型望远镜及天文台比在地球上更有价值。月球几乎没有地质活动，对望远镜的观测影响很小，这对基线很长的光学、红外和射电干涉系统尤为有利。月球背面不受地球无线电波的干扰，更是天文观测的胜地。

与人造卫星相比，在月球建立天文台有独特的优越性，因为一些在近地轨道上运行的人造卫星仍然要受到地球高层大气的一些效应的影响。以失重状态下的太空望远镜为例，月基望远镜是建立在月球这个直径约3476千米的巨大而稳定的观测平台上的，所以其安装、维修、跟踪等问题的解决都比太空望远镜容易得多，观测精度也比后者高得多，运行和维护费用则会低得多。例如，“哈勃”太空望远镜升空后，为了对其进行维修，航天飞机就曾4次对其先“追”再“抓”，航天员通过太空行走完成维修，难度和风险都很高。

由于月球自转与公转周期相同等因素，人们在月面上可以持续进行约14个地球日的夜间或昼间观测。因此，人们在月面可以对地球的地质构造及环境变化进行稳定监测与研究，特别是可以对可能对地球构成威胁的小天体进行监测。一旦发现有陨石、彗星等天体向地球方向运行，可能撞击地球时，人类可以及时采取措施将其摧毁或改变其运行方向，从而保护自身。

月球上的天文台不仅是对太阳系、银河系天体和星际空间进行观测研究的绝佳平台，而且是进行太阳物理学、天体物理学、重力波物理学、中微子物理学观测和实验最有吸引力的场所，也能对地球的气候变化、生态演化、环境污染和各种自然灾害进行高精度的观察和监视。

总之，月球上有特殊的空间环境资源：超高真空、几乎没有大气活动、低磁场、地质构造稳定、弱重力、无污染、宇宙射线丰富。因此，人类可以利用其特殊的空间环境资源建立精度高、造价低、运行与维护费用低的天文台与研究基地。

（3）能源基地

月球有可能成为人类未来的能源基地。能源是人类生存与发展面临的最严重的问题之一。尤其是近年来，随着世界石油价格的持续飞涨，越来越多的国家和组织将目光转向了月球，因为人类通过实施“阿波罗”计划发现，月球表面含有大量的氦3，而这种在地球上存量极少的物质是清洁、安全和高效的核聚变燃料，可提供便宜、无毒和无放射性的能源，被科学界称作“完美能源”，所以月球也被誉为21世纪的“波斯湾”。

月壤中富含由太阳风粒子积累而形成的元素，如氢、氦、氖、氩、氮等，尤其是核聚变燃料氦3，月球上的储量十分丰富。100吨氦3所发的电就能够满足人类一年的电力需求，10吨氦3所发的电就可以满足我国一年的电力需求。

氦3也可用于未来的载人火星飞船。因为每提取1吨氦3，可得到约6300吨氢、约70吨氮和约1600吨碳。其中的氢可以制作火箭燃料，同时，氢与氧结合也能制成非常宝贵的水。

开发月球上的氦3是十分可行的，在发电量相同的情况下，使用月球能源氦3的成本只是目前核电站发电成本的10%。未来，人类使用新型航天器一次可以运回20吨液化氦3（价值约500亿美元），能够满足美国一年的电力需求。

未来解决地球能源不足问题的主要出路有两个：一个是核能，一个是太阳能。所以，也有人提出在月球上建设太阳能基地，这样能更有效地利用太阳能来发电。因为月球表面几乎没有大气，太阳辐射可以长驱直入，每年到达月球表面的太阳辐射能量大约为12万亿千瓦，太阳能的能量密度为1.353千瓦/平方米。另外，月球很容易满足“使用目前的光电技术进行太阳能发电需要占用大片光照充足土地”的要求。

为了降低成本，不少国家设想直接在月球上建设核电站，核电站发出的大量电力除了供月球基地使用，还将以激光或微波形式输送到位于地球近地轨道上的能量中继卫星，能量中继卫星仍以激光或微波形式将电力传送到地球表面。

此外，月球上还蕴藏着丰富的其他自然资源。在月球广泛分布的岩石中，蕴藏着丰富的钛、铁、铀、钍、稀土、镁、磷、硅、钠、钾、镍、铬、锰等矿产，仅月海的玄武岩中就含有至少100万亿吨的可开采利用的钛矿。月壤中丰富的铝、铁、硅等矿产可用来直接生产建材，用于建造房屋。

利用月球地质结构比地球稳定得多，并拥有弱重力、高洁净的特殊自然条件和自然环境等优势，人们可以在月球上制备一些昂贵的生物制品与特殊材料。