为什么月球不可能是空心的？
关于月球的各种奇思妙想层出不穷，其中“月球是空心”的说法也曾一度在坊间流传。然而，从科学的角度来看，月球之所以不可能是空心的，有诸多严谨的证据支撑。今天，我们就来拨开迷雾，深入探究月球的真实面貌。
1. 月球的质量与密度：无法支撑“空心”的理论
我们首先要从月球的质量和密度说起。通过精密的天文观测和对月球陨石的研究，科学家们已经相当准确地测量出了月球的质量。同时，我们也知道月球的体积。质量除以体积，我们就能得出月球的平均密度。
月球的平均密度大约是3.34克/立方厘米。这是一个什么概念呢？地球的平均密度大约是5.52克/立方厘米，而地球的密度之所以更高，是因为其内部富含铁镍等重元素。
如果月球是一个实心的球体，那么它这样一个平均密度是完全可以解释的。构成月球的物质主要是岩石，例如玄武岩、斜长岩等，这些岩石的密度都在这个范围内。
然而，如果月球是空心的，这意味着它的大部分体积里都是真空或者稀薄的气体，那么它的平均密度应该会比我们观测到的数值低得多。 即使在那个“空腔”中填充了密度较低的物质，要达到3.34克/立方厘米的平均密度，也需要“外壳”部分的密度异常之高，这与我们对月球表面物质成分的了解相悖。
想象一下，如果你有一个足球，里面是空的，它的质量会非常轻。如果你要让一个空心的球体拥有和你手中一样沉的实心球体一样的质量，那么这个空心球体的外壳就必须异常厚重，而且材料密度也必须远超普通物质。月球的质量并没有达到那种“夸张”的程度。
2. 月球的引力效应：证明其“实心”的轨迹
月球对地球产生的引力效应，是另一个强有力的证据。我们都知道，潮汐现象就是月球引力作用在地球上的表现。通过精确测量地球上的潮汐变化，科学家们可以推算出月球的引力场强度。
月球的引力场强度，以及它对地球产生的具体影响，都与一个具有特定质量分布的球体模型高度吻合。 如果月球是空心的，其质量分布将与一个实心球体截然不同。内部的质量分布不均匀，或者中心是空的，都会导致其引力场产生我们尚未观测到的明显变化，比如在某些区域引力突然变弱，或者引力方向出现异常。
此外，月球的轨道稳定性也间接证明了其质量分布的均匀性。 如果月球内部存在巨大的空腔，其质量分布就不可能像一个均匀的球体那样稳定。行星之间的引力作用是极其精密的，任何不均匀的质量分布都可能在长期的天体演化过程中导致轨道不稳定，甚至被甩出原有的轨道。我们观测到的月球数亿年来都稳定地围绕地球运行，这表明它的质量分布是相对均匀和集中的。
3. 月球地震（月震）的探测：揭示内部结构
人类在阿波罗计划中，在月球表面安装了地震仪，对月球的“地震活动”进行了长期的监测。这些被称为“月震”的现象，虽然比地球地震要弱得多，但它们为我们了解月球内部结构提供了宝贵的线索。
月震波在月球内部的传播方式，以及它们反射和折射的规律，与一个由岩石构成的实心行星内部的波传播规律完全一致。 地震学家通过分析月震波的传播路径和速度，可以绘制出月球的内部结构图，类似于地球的“地壳”、“地幔”、“地核”等分层。
如果月球是空心的，当月震发生时，地震波会以一种完全不同的方式传播。 它们会穿过空腔，反射，然后以不同的方式到达月球表面的地震仪。例如，穿越空腔可能会导致某些类型的地震波（如S波，只能在固体中传播）无法传播，或者其速度发生剧烈变化。
科学家们对月震数据的分析结果，无一例外地表明月球内部存在一个由岩石构成的实体，并且存在类似于地球的内部分层结构，包括一个可能的熔融核心。 这些探测结果与“月球是空心”的设想是完全矛盾的。
4. 月球陨石的研究：直接的物质证据
从月球上带回的岩石样本，以及通过探测器采集的月球陨石，为我们提供了最直接的物质证据。这些岩石的成分分析、同位素比值测定、以及它们的物理特性（如密度、硬度等），都与月球表面的岩石以及我们推测的月球内部岩石成分相符。
对这些样本进行详细分析，并没有发现任何“空心”结构存在的迹象，也没有任何证据表明构成月球的物质是某种特殊的、能够支撑巨大空腔的材料。 它们就是我们熟悉的那些行星岩石。
如果月球是空心的，那么我们从月球带回的这些岩石，理论上应该是其“外壳”的一部分。 但这些岩石的成分和性质，并没有展现出能够支撑一个巨大空腔的特殊之处。
5. 月球形成的模型：科学家的共识
现有的主流科学理论，如“大碰撞假说”，能够很好地解释月球的形成过程。该假说认为，在地球形成的早期，一个火星大小的天体（称为忒伊亚）与早期地球发生了一次巨大的碰撞。这次碰撞将大量的物质抛射到太空中，这些物质在引力作用下聚集，最终形成了月球。
这个过程是一个物质聚集、冷却、固化的过程，自然而然地会形成一个实心的行星体，而不是一个空心的结构。 除非有某种极其奇特且未知的物理过程，否则这种碰撞和聚集机制很难产生一个内部是空的月球。
总结：证据的洪流指向实心
综合以上几点，我们可以清晰地看到，月球不可能是一个空心的球体。从它的质量和密度，到它产生的引力效应，再到我们对月震的探测以及月球陨石的直接分析，所有的科学证据都在告诉我们：月球是一个由岩石物质组成的、相对均匀分布的实体。
“空心月球”的说法，更多地属于一种科幻的想象，或者是对未知事物的好奇和探索。但在科学面前，我们必须依据严谨的观测和实验数据来判断真相。月球，作为我们最亲密的邻居，它的真实面貌，虽然不如想象中那样充满神秘的空腔，但其形成和演化的过程，同样是一个令人着迷的科学故事。
网友意见
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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