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为什么月球不可能是空心的? 第1页

  

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其实都别笑, 月球空心说是一个很正经的假说。在登月之前,主流学术界还是有这个怀疑的。

这主要是,在登月之前,通过天文学观测,和利用万有引力定律进行计算,很容易就能得知月球的体积和质量。 然后这样计算出月球的平均密度只有:

这个密度和我们地球的平均密度 相比,实在是太低了啊。

而从天文观测来看, 月球显然不是气态的,而是和地球相似的岩石构造。 这难免让人怀疑,月球是不是有可能是空心的。因为从外部观测,只能得到月球的总质量,总体积,和平均密度,根本无法知道质量分布。所以月球空心的假说并不离谱。

只不过,本来正经的假说(月球密度不均匀,内部低,外部高),传来传去就变成什么月球内部有外星人居住,月球是个空的球壳质量的莫名其妙的东西了。

那么,月球的质量到底是咋分布的,上去测一测就知道了。所以,月球空心的这个说法,在登月之后就不攻自破了。

有个方法可以很好的反应出物体的质量分布,那就是转动惯量。

根据物理学知识,转动惯量只与物体的形状,质量分布,轴位置有关。

由于是月球是三维球体,我们可以通过测量月球的面积转动惯量来监测月球的质量分布。

假设月球是一个完美的均匀的实心球体,理论计算的面积转动惯量为0.4, 而假设月球是一个空心球壳,理论计算的转动惯量为0.6.

而实际测量,月球的面积转动惯量大概在0.393左右, 可以看出来,月球的质量分布是十分接近于一个实心球体的。

除此之外,现代遥感测绘技术大大进步,通过人造卫星,人类已经可以精确的绘制出月球的精确内部结构可,结构示意图如下:

可见月球根本不存在什么空心结构。

那么,回到最一开始的问题, 既然月球基本上算是实心的,为啥密度这么低呢?

其实是因为地球密度太高了,通过现代技术对地球测绘,发现地球的密度是非常不均匀的,越向地心密度越大。

我们可以看到,地球核心的密度已经到达了惊人的 ,是月球平均密度的4倍还多。

这是因为地球的体积,质量都远远大于月球,地球内部因为高温,高压的作用,形成了非常致密的物质。 而且,随着向地心深入,地球的密度是不断增加的。

而月球并没有那么大的质量,重力作用不明显,内部也就没有那么大的质量变化了。

从上表我们可以看出,月球的平均密度,和地球地幔的密度大致相当。


评论中有写朋友对转动惯量的问题有疑问,现在简单解答一下:

1 转动惯量为什么没有写单位?

这是天文学中经常为了图方便的一个简写方法。什么意思呢?

我们知道, 质点的转动惯量为:

但是计算三维物体时,一个物体饶轴转动,每个质点的转动轴都不一样,就不能用简单的加法来计算转动惯量,必须使用积分。

比如,计算一个质量分布均匀的空心薄球壳:

我们取球壳上一小段快质量dm,计算其转动惯量

根据几何知识,我们知道

计算整个球壳的转动惯量,就必须对质元m进行积分,

同样的道理,可以把实心球体看成是无数个半径为r的薄球壳组合而成,则对薄球壳转动惯量进行积分,即可得到实行球壳的转动惯量

在天文学中,计算天体的转动惯量,很难直接像地球上的小球直接 测量出转动惯量,通常都是通过测量不同位置的基本地理参数,从而计算出天体的转动惯量。

计算天体转动惯量的时候,一般来说不会带入天体的质量和半径,这也太不方便,通常会以系数表示。

均匀质量球体的转动惯量为 0.4, 即代表

月球的转动惯量为0.393,即代表转动惯量为

2 月球的转动惯量究竟是如何得到的

这是一个非常复杂的问题,可以写一篇论文了。简单的来说,就是通过基础的月球数据再通过计算得到的。

总的来说,数据一般都是通过 LLR(Iunar Iaser Ranging)月球激光测距实验或者SLR(Satellite Laser Ranging)卫星激光测距实验 等大型实验得到的。

月球激光测距实验LLR,就是人类登月的时候在月球不同档位放置了若干反光镜,地面实验室就可以利用激光照射这些反光镜进行各种实验。现在LLR数据在网上都可以查询得到。有兴趣的朋友可以自己查阅研究。




  

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