在地球上，人类看到月亮总是皎洁无暇的。经过科学家们多年以来的探索发现我们的月球还有另外一面。人在地球上仅仅水南，看到月球的正面，永远没有办法看到月球的背面。月球的正面和背面是差别非常大的，它的正面看起来皎洁无暇，我把它的背面却是黑乎乎没有一点光亮，而且表面都坑坑洼洼的。有人可能会感到好奇了，为什么月球的正面和背面相差如此大？其实主要是因为月球的正面和背面所面对的物体以及环境是不一样造成的。

月球的正面所面对的是地球以及地球上的人类，由于太阳光的照射，从而使得月球的正面一直都是保持着光亮状态。而月球的背面由于太阳光线被阻挡，从而导致月球的背面看起来是十分黑暗的。另外，月球的背面还会时常遭遇一些宇宙中的陨石的撞击，从而导致月球背面是坑坑洼洼的。除此以外，月球背面之所以出现坑坑洼洼的现象，还与月球与地球之间所发生的潮汐有一定的关系。

月球在民间又常常被人们称为月亮。它是地球的一颗天然卫星。说到月亮相信大部分人一点也不陌生。在晴朗的夜空中，我们只要一抬头，总能看到月亮正在散发着月光，照耀着我们前进。地球上的人们看天上的月亮，发现它的变化是有规律的，它会随着时间以及气候的变化而发生变化。来说，在农历每个月15号左右的那离天，月亮就会像一个圆圆的球，看起来非常圆。而一旦过了每个月的十五这个日子，月亮就开始慢慢变成月牙形。

月球背面和正面相差如此之大，主要是因为它们所面对的环境不同。

不同于夜空中距离太远的恒星，虽然当我们在肉眼观察时，总会觉得它们都是静止不动的。但只要借助专业的探测工具，便能观测到它们的移动情况；而月球的背面，则是地球上的我们即便用天文望远镜也无法看到的神秘面，因为我们可以观测到的那一面总是它的正面。

没错，正是因为月球总以同一面面向地球上的人类，所以月球才有了正面和背面之分。人类在1959年才第一次看到月球背对地球那一面的照片，它是通过前苏联的月球3号太空船所拍摄。而人类首次通过眼睛看到月球的背面，则是在1968年阿波罗8号任务环绕月球飞行的时候。那么，一直在转动的月球为何总以同一面示人呢？

关于月球近侧正面的基本事实

月球的近侧，也就是我们常常看到的正面，分布着一滴水都没有的月海，巨大的撞机坑被暗色火山喷出的玄武岩熔岩流所填充。而那些古老而明亮的斜长岩高地，以及引人瞩目的撞击坑就零星的分布在月海的内部和外围之间。

虽然，站在我们人类的角度，月亮就是天空中唯一亮度低于太阳的星体，然而它的真实表明却十分昏暗。倘若要对它的亮度进行一个比较具象的描述，那么，我们可以将其与生活中较为常见的沥青进行对比。简单来说，月球正面的真实反射率，其实仅比沥青高出那么一点点。

月球的近侧（左侧）覆盖着深色斑点，月球的远端（右侧）有许多陨石坑和高耸的地形

月球的远端背面是什么样子

月球始终背对着我们的那一面，也就是它的远端背面，存在着一个太阳系中已知最大的撞击坑，名字叫做南极-艾特肯盆地。不同于正面月海的大面积分布（大约31.2%的覆盖面积），月球背面很少有比较平坦的月海存在（2.5%左右的面积占比），同时还可以遮蔽来自地球的电波干扰。

或许正是这种地形分布上的明显不同，才导致了月球的热量主要是集中在其正面的半球上生成。比如，月球勘探者的γ射线光谱地质化学图已被证实。南极-艾托肯盆地代表着月球上最低的高度，以及最薄的地壳。为什么它不像正面的风暴洋那样，存在着剧烈的火山活动，便与其隆起的表面和地壳的厚度会影响内部玄武岩的爆发有关。

月球侦察轨道飞行器拍摄的月球远端区域照片，大量mineral矿物表明其过去可能是稀有硅酸盐火山沉积

月球的同步旋转是怎么回事？

相信很多观察月亮的人都会发现，当它经过轨道时会与地球基本保持在同一侧，这也是为什么很多人会疑惑，月亮到底有没有在旋转。答案当然是肯定的，虽然它看上去似乎与我们的眼睛所观察到的截然相反。事实上，月球围绕地球运行一周大约需要27.322天，而它围绕自己的旋转轴一周也刚好是在27天左右。

为什么月球给很多人的感觉是静止不动的？正是因为这两个旋转周期值近似相等所造成，这样的现象被称为同步旋转。很多时候，大家都将月球的远端背面称为阴暗面，但这样的说法却并不准确。因为，当月相处于新月阶段、月球刚好位于太阳和地球之间的时候，此刻沐浴在阳光之下的就是月球背面。

当然了，月球的轨道和自转并没有达到完全匹配的程度，它会沿着略微伸展的椭圆轨道绕着地球运转。当地月之间的距离达到最近的时候，月球的自转速度会小与其旋转速度，这也是为什么我们可以在东边看到另外8度角。而当地月之间的距离达到最远的时候，其更快的自转速度，则会让我们在西边看到另外8度的角。

月球的运转轨道是如何发生变化的？

正如月球会受到地球的引力影响，地球上的海洋潮汐也会受到月球的影响一样。它的自转周期，也并不是一直都刚好等于它围绕地球运行的轨道。缺少海洋的月球，会在地球的引力作用下形成潮汐凸起，并在拉动它们的时候产生潮汐摩擦，并最终导致了月球自转速度的减慢。随着时间的递进，当月球的自转速度变得足够慢的时候，它的轨道和自转变得匹配。

月球被地球反射光照亮的“夜侧”就像满月

然后，月球的正面被潮汐锁定永远面向我们的地球。简而言之，引力效应在月球上形成的凸起，导致了月球的旋转速度变慢，而同步旋转的形成，使得更长的月球轴指向了地球。也就是说，月球面向地球的一侧完全取决于其自身的旋转速度。

月球逐渐地失去了原有的运行速度，而地球也不会完全不受束缚。月球会对地球的自转施加摩擦，地球也会在月球自旋的时候施加摩擦，而一天的长度就这样每个世纪增加几毫秒。比如，在恐龙时代的时候，地球的自转大约只需要23个小时就能完成；但是，当时间来到1820年的时候，同样的轮换则花费了大约24个小时。

潮汐锁定并不是只存在于月球和地球之间

月球总是以同一面朝着地球，其实就是潮汐锁定在我们现实生活中的最直观体现。这样的现象通常都发生在，重力梯度使天体总以同一面面向另一个天体。所有被潮汐锁定的天体都有一个共有的特征，那就是其自旋需要花费的时间，总是几乎等于它围绕同伴进行公转需要耗费的时间。正是这样的同步自转行为，才导致了被潮汐锁定的星球，总是以固定不变的一面朝向另一个天体。

在巨大的陨石坑和广阔的月球平原上，LRO和其他航天器最终在月球北极和其他地方发现了数吨水冰的证据。

客观而言，潮汐锁定现象在宇宙中并不罕见，即便是我们所在的太阳系也较为普遍的存在着。比如，水星和太阳之间，卫星和它的行星之间，乃至太阳系外的其他行星和恒星之间，其实都存在着地球和月球之间的这种潮汐锁定现象。其中最为特殊的，应该就是冥王星和卡戎，由于两个天体的质量和物理性质都比较接近，所以它们被彼此潮汐锁定。

关于潮汐锁定机制原理的描述，我们可以将被锁定的较小天体命名为天体B，然后将较大的天体命名为天体B。从自转率的改变这个角度来说，当天体A的引力在天体B的隆起的诱导下造成扭矩，那么，天体B会就会被天体A潮汐锁定。所有具有该类现象的天体，都会经历从潮汐隆起、隆起拖拽、结果的扭矩到轨道变化、乃至大天体的锁定后自转轨道共振。比如，水星的自转，就被锁定到与公转太阳周期为3:2的共振。

月球不仅自转且与地球的距离变得越来越远

不要感到意外，月亮不仅不像很多人错觉里的那样没有旋转，而且还与地球之间的距离变得原来越远。就连地球的自转速度也在减缓，而这两个现象之间又存在着密切的联系。地球的两端，都受到月球引发的潮汐影响，并且地球又在旋转。所以，月球在其轨道上的位置将落后于潮汐，月球因为引力的拖拽被送入到更高的运行轨道。

图像中的颜色说明了月球表面坡度和粗糙度等信息

由于受到了这样的增强影响，地球被迫需要损失一部分能量，所以也出现了旋转速度减缓的现象。但是从数据上来看，地球和月球之间的潮汐锁定并没有发挥很大的作用。比如，月球和地球之间的距离虽然在变得越来越远，但每年的增加距离仅为3.8厘米。当然了，随着时间过去很多年，我们头顶这片天空中的月亮将会在视觉上变得越来越小，同时还会使得日全食变得更加罕见。

总结一下：

月球的确是一直处于运转的状态之中，之所以它总以同一面面向地球、会存在背面和正面之说，是因为它和地球之间由于同步旋转导致了潮汐锁定的现象。

潮汐锁定现象并不是只存在于地球和月球之间，不管是太阳系之内的行星和卫星之间、还是太阳系之外的恒星和行星之间，都普遍的存在着潮汐锁定现象。

所有存在潮汐锁定现象的天体都具有一致的形成原理，较小的天体总是会被另一个较大的天体潮汐锁定，而当两个天体具有相似的物体特性和质量的时候，则会彼此都被潮汐锁定。

在古代，无数古人都曾抬起头，思考月球到底是什么的问题。他们怎么也想不到，月球竟然是和地球类似的天体，而且还有另外一个面。

由于潮汐锁定的作用，月球只有一面可以朝向地球，习惯上我们称之为月球的正面。站在地球上的人永远看不到另外一面，也就是月球的背面。只有飞到那里或者借助绕月球探测器，才能够看到那片神秘的世界。

当科学家第一次看到月球背面的时候，他们就被震惊了：如果将月球的正面和背面分开来看，我们很难相信它们位于同一颗星球。月球的正面相对平坦，有大面积的月海，也就是我们平时看到的月球上的阴影，而它的背面则坑坑洼洼，布满了小型的陨石坑，看起来更加明亮一些；正面的月壳厚度只有大约60公里，而背面则厚达150公里；正面以玄武岩为主，而背面几乎都是高地斜长岩。此外在形貌构造、岩石年龄等方面，正面和背面也都有着显著的不同。

明明来自于同一颗星球，为何两面能够呈现出如此惊人的差异？

自从人类第一次看到月球背面开始，这个谜题就一直困扰着科学家。有人认为，月球的正面的火山比较多，当玄武岩被喷射出来后会以岩浆的形式在正面月表流淌，掩埋了那些陨石坑。可是，这又带来了新的问题：为何月球正面的火山比背面多呢？这个猜想于是又变成了研究月球领域的新热门话题。

在解释这个问题的时候，科学家们注意到了月球上的一些不同寻常之处，那就是 风暴洋克里普岩区 （Procellarum KREEP Terrane）。科学家认为，这个风暴洋克里普岩区，很可能与正面的玄武岩有着密切的关系。

所谓的克里普岩，指的是富含钾（potassium，元素符号K）、稀土元素（Rare Earth Elements，缩写REE）和磷（phosphorus，元素符号P）的棕黄色玻璃状矿物。除此之外，月球的克里普岩中还有铀和钍等放射性元素，它们会在漫长的岁月里发生衰变，释放出热量。

（图片说明：与KREEP对应的钍浓度）

在此前的研究中，有科学认为，这些放射性元素的放热特性可能与月球正面的火山活动有一定的关系。根据我们对月球内部建立的热模型，钾的同位素、钍和铀的放射性衰变可能在数十亿年的岁月里为月球的正面提供了热源。

为了证明这个猜想，一支国际科学家团队展开了研究，通过相关的实验分析，来判断克里普岩对于月球表面的构造到底有何影响，并且将研究成果发表在了《自然地质科学》上。

首先，他们将相关元素按照一定比例混合，仿造出了一定量的克里普岩。然后，他们将仿造的克里普岩和与月球表面类似的岩石进行混合，其中克里普岩的比例分别占了5%、10%、15%、25%和50%。接下来，他们将这些混合岩石在1175到1300摄氏度之间的温度下分别保存4至8天的时间，以观察克里普岩对普通岩石的影响。

结果表明，克里普岩对于这些岩石来说的确有着巨大的影响，可以明显降低这些岩石的熔点。和那些完全没有加入仿造克里普岩的空白对照样本相比，那些被混合的岩石被融化的量增加到了前者的2-13倍。而且，这个数据还仅仅是克里普岩对于降低岩石熔点的效果，如果考虑到其本身衰变释放的热量，基本可以确定会融化更多的岩石。

那么，克里普岩中的放射性元素会对岩石产生何种影响呢？由于衰变过程相对比较长，所以该团队利用数值建模来分析这个过程。结果显示，这些元素的放射性为克里普岩融化岩石助了一臂之力。两种机制叠加在一起，极有可能就是月球正面火山活动的最重要的能量来源。最终月球正面出现大量的火山喷发，最终形成了这些黑暗的月海。

至于月球的背面，我们暂时还没有发现克里普岩。或许就是由于缺乏这种特殊的矿物，所以月球背面就没有那么多火山，保留了大量的小陨石坑，变成了今天的模样。

这里又有一个问题，月球正面为何有这么多的克里普岩呢？同是一颗星球，为何这种矿物的分布如此不均匀呢？

实际上，这也是科学家好奇的问题。没有人知道其中的原因，不过该研究团队认为：这或许与月球的形成机制有关。

根据目前的理论，我们认为月球的形成来自于45亿年前的一次撞击事件。当时，一颗体积和火星差不多，名叫忒伊亚的行星由于引力的波动流窜到地球轨道附近，与地球发生了一次剧烈的撞击。地球遭受到了前所未有的灾难，不仅整个被炸碎重组，而且大量的碎片被溅到太空中。这些碎片凝聚起来，就形成了今天的月球。

研究人员认为，这些碎片在凝聚成月球的过程中并不是均匀分布的，于是造就了正面有着大量的克里普岩，而背面却完全找不到这种矿物的结果。当然，关于这个猜测，我们也需要寻找更多的证据才能确认。

对于风暴洋克里普岩区形成过程的研究，可以帮助我们更好地了解月球是如何诞生和演化的，这些都是目前困扰科学家的未解之谜。日本地球生命科学研究所的行星科学家Matthieu Laneuville指出：“由于侵蚀过程相对来说非常少，月球表面很好地记录了太阳系早期 历史 中的地质事件。尤其是月球正面某些区域铀和钍等放射性元素的浓度与其他区域大不相同，了解这些区域铀和钍富集的原因，有助于解释月球形成的早期历程，进而解释早期地球的环境。”

这一切谜题的谜底，就在月球上隐藏着。或许当美国重返月球之后，我们就可以找到答案，看看地球和月球在形成的初期，到底经历过什么。

从古至今，月球的背面一直是我们看不见的地方。1959年10月7日，前苏联的太空船月球3号传回第一张月球背面的照片，人类有史以来第一次见到了月亮背面的样子。随后的探测器不断更新月球背面图片，使得月球背面不再陌生。月球背面不像正面那样有许多的月海，而是有非常多的陨石坑，这可能是为了保卫地球。

月球的背面（月亮的古老黑暗面——这里的“黑暗”指的是不被地球所见，而不是未被照亮）是月球的另一个半球，它总是背离地球。月球背面的地形崎岖不平，有许多撞击坑和相对较少的月海平面。它拥有太阳系中最大的陨石坑之一 - 南极 - 艾托肯盆地。月亮的正面和背面会先后经历两周的阳光照射和两周的夜晚; 月球的背面被称为“月亮的黑暗面”，意思是从地球上看不见，而不是缺乏太阳光照射。

由于天平动，大约18％的月球背面可以从地球上看到。剩下的82％直到1959年才被观测到，当时苏联的月球3号太空探测器拍摄到了它。苏联科学院于1960年出版了第一张月球背面的地图集。1968年，阿波罗8号任务的宇航员是第一批在月球轨道上直接观察到该地区的人类。到目前为止，还没有人踏上月球背面。

天文学家建议在月球的背面安装一个大型射电望远镜，这样月球就可以屏蔽来自地球的无线电干扰。

为什么背面一直看不见？

来自地球的潮汐力减慢了月球自转的速度，使得月球的同一面总是面对着地球，这种现象叫做潮汐锁定。然而在地球上，月球另一面的大部分我们都不可以看见。由于天平动的缘故，我们看见的月球正面大约有59%。

因为背面看不见，所以有时候人们也会称背面为“月亮的黑暗面”。这里的黑暗面不是指太阳光永远照射不到，主要是由于潮汐锁定以及月球为实体，所以黑暗面看不见的意思。实际上，如果地球、月球、太阳三者几乎成一条直线时，黑暗面就完全在太阳光的照射中。

背面与正面的差异

月球的两个半球有着截然不同的外观结构，月球正面覆盖着许多个宽广的月海（拉丁语为“海洋”，因为古代天文学家错误地认为这些平原是月球的海洋）。然而月球背面有一些古老而密集的坑洼（撞击坑），几乎没有月海的特征。背面只有1%的表面被月海所覆盖，而在正面有31.2%。这种差异最贴切的解释是热量的生成集中在月球正面的半球上，如已被证实的来自月球勘探者的γ射线光谱地质化学图。

还有人提出，两个面之间的差异可能是由于与较小的伴星相撞而引起的，这个伴星也起源于忒伊亚碰撞事件。在这个模型中，撞击导致了一个增生堆而不是陨石坑，造成了半球范围的层和厚度可能与背面高地的大小一致。

月球背面有更明显的陨石坑。有人认为这是由于月球熔岩流造成的，它们覆盖和遮蔽了陨石坑，而不是来自地球的屏蔽作用。根据NASA的计算，从月球上看，地球在41000平方度的天空中只遮蔽了大约4平方度。这使得地球作为月球的“盾牌”可以忽略不计......月球的每一面都可能受到相同数量的撞击，但是熔岩的重铺使得正面可见的陨石坑数量远远少于背面，尽管两面都受到了相同数量的撞击。

最新的研究表明，月球面向地球的一面撞击坑较少的原因可能是月球形成时来自地球的热量造成的。月球地壳主要由铝和钙凝结并与地幔中的硅酸盐结合形成的斜长石组成的。较冷的背面会较快地凝结这些元素，因此会形成较厚的外壳;流星体撞击正面有时会穿透这里较薄的地壳，并释放出玄武岩熔岩，从而形成月海，但在背面这样的事件很少发生。

人类探测器拜访背面

直到20世纪50年代后期，人们对月球的背面依旧知之甚少。月球的天平动允许我们看见了月球背面的小部分景象。然而，这也只是低角度的观察而已。背面剩余的82％的表面仍然是未知的，其特征一直有很多的猜测。

通过天平动我们可以看到背面特征的一个例子是东方海，它是一个横跨近1000公里（600英里）的显著的冲击盆地，然而直到1906年，这个特征才被德国天文学家尤利乌斯·海因里希·弗朗茨给予命名。盆地的真实性质是在20世纪60年代被发现的。该盆地在1967年被月球轨道飞行器4号拍摄到。

在太空探索开始之前，天文学家并没有预料到背面居然会与地球可见的一面不同。1959年10月7日，苏联探测器月球3号拍摄了月球背面的第一张照片，其中东方海是解析出的18个地形特征之一，覆盖了三分之一从地球上看不见的表面。通过对这些图像进行分析，1960年11月6日，苏联科学院出版了月球背面的第一张地图集。它包括了500个景观特征的目录。一年之后，前苏联以月球3号探测数据为基础，制做了第一个月球仪（比例为1:13 600 000），其中也包括了地球上不可见的月球背面的特征。1965年7月20日，前苏联的另一个探测器“Zond 3”传回了 25张质量非常好的月球背面照片，分辨率比月球3号高得多。特别的是，还发现了数百公里长的陨石坑链，但是出乎意料的没有发现肉眼可见的像地球那样的平原。1967年，“月球背面地图集”的第二部分在莫斯科出版，根据Zond 3的数据，目录新增加了包括4000个新发现的月球背面景观特征。同年，苏联发布了第一幅“月球完整地图”（1:500000比例尺）和更新的完整版本月球仪（1:100000比例尺），呈现了95%的月球表面。

因为侵袭月球正面的太阳风受到地球的遮蔽，所以估计月球背面的月海会有月球表面最高的氦-3浓度。相对而言，这种同位素在地球上是非常罕见的，但是在核聚变的反应堆中是很好的燃料。这种物质的存在给了主张在月球建立基地的支持者一个很好的理由。

人类第一张月亮背面的黑白照片，由月球3号于1959年10月7日拍摄。图片来自：OKB-1

（图左：传回地球的第一张月球背面影像，左边的暗色区域分别为危海、史密斯海、界海，下方为南海，右上为莫斯科海。图右：月球勘测轨道器拍摄的月球背面。）

月球背面的彩色照片.图片来自：NASA/GSFC/Arizona State University

球正面有广寒宫、有嫦娥、有兔子精，而月球背面呢，人类在地球上肉眼看不到，以至于连一个神话传说都没有，月球背面和正面确实是不大一样的。

月球背面确实和月球正面不一样，像我们的地球东西半球也是不一样的。月球由于潮汐力被地球锁定，人类自从仰望星空遥望月亮看到的只是月球的正面，千百年来一直如此。

月球正面有较多的月海，相对平坦，美国的阿波罗登月都是在月球的正面，我国的玉兔号月球车也是着陆在月球正面。但是月球背面我们一直都没有看见过，前苏联的月球三号成功拍摄了月球背面的模糊照，我们才一睹月球背面风采。

类似月球被地球引力锁定的卫星，在太阳系有很多，木星的一小半卫星都是这样，公转周期和自转周期相等，以至于在地球表面上，只能看到月球的一面，月球背面在地球上的不同纬度总共可以看到约18%，其它区域则笼罩在黑暗之中。不过古代人对月球的想象却有点类似，不管东方西方都认为月球上很冷，大概由于月光比较清幽，这是人类在实际体验中获得的主观认识。其实月光也是“温暖”的，但是因为比日光弱很多，并且夜晚本身气温低。

前苏联第一颗月球在轨探测器发射后，人类终于看到了月球背面较为完整的图像，与人类更容易观测的正面相比，月球背面陨石坑分布更多，月海的面积更小。更多的探测显示，月球背面有着人类已知的太阳系中已知的最大的撞击构造，即宽186公里的冯·卡门陨石坑，也是月球上最古老的撞击构造，同时那里的月球地壳也是月球上最薄的，我国嫦娥四号即将登陆这一区域展开探测。

天体形成本身就难以保证是一个完美的球形，不管是表面色泽还是地形，总会有差别，月球背面和正面有肉眼可见的不同，更大的是元素分布、地形地貌、陨石坑的分布和陨石坑的形成时间的不同，通过了解这些和更深入的研究（探测月球内部），有助于了解月球整体的起源和演变，也将助推人类对整个太阳系的了解。