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为什么月亮总是同一面正对着地球？

月球公转周期27.321 661天，自转周期27.321 66155 天，因为两者相当接近，所以我们说看到的月球总是同一面。

月球自转周期并不与公转周期完全吻合，而且月球一直受到一个力矩的影响(部分地球自转的角动量转变为月球绕地公转的角动量) 引致自转速度减慢(月球以每年约38毫米的速度远离地球,地球的自转越来越慢，一天的长度每年变长15微秒)，因此月球背向我们的那一面是在逐渐变化的，只是这个变化速度很慢，对于较小的时间尺度如几个世纪来说，可以说月球总是以相同的一面朝着我们。

由于月球的轨道是一个倾斜的椭圆形轨道，它在不同的轨道位置面向地球的一面稍有不同，所以人们从地球上可以观测到月球整个表面的59%。它的背面形态如何曾一直是人类文明史上的一个哑谜，直到1959年10月，前苏联的“月球3 号”探测器拍得了月背的第一批照片，才使人类看到了月背的概貌。

月背与月球正面有显著差异，月球背面与正面的最大差异是它的大陆性。在总共30来个月球“海洋”、和“湖”、“沼”、“湾”等凹陷结构中，90％以上都在正面，约占正半球面积的一半。月背上完整的“海”只有两个，仅占背半球面积的不足10%，月背其余90％多的地方都是山地，山地的分布呈现出几个巨大的同心圆结构，地形严重凹凸不平，起伏悬殊，这种地势是正面所没有的。

月球的自转，目前传统的解释是月球是通过公转完成自转的。这样给人们造成了一种误会，就是很有名气的学者也误以为月球“相对地心不转”，也就是误以为月球是绕地轴完成“自转”的。

为了消除人们对月球自转的误解，我们可以通过下述实验形象地说明月球是绕自己的轴心旋转着的，而不是通过公转完成“自转”。

先找一张较大的白纸并在上面画一平分十二等分（标有刻度）的大圆圈表示月球轨道，轨道中心用红笔标出一红点（圆心），然后找一个较大的象棋并在棋顶上用红笔沿圆心画一直线（直径），并在象棋柱面上用红笔画一红点（表示月球的朝向地球的一面的中心点），放到纸面上的月球轨道上的任一刻度上。

实验开始，先将棋顶上的直线两端指向南北（或东西）两个方向，使象棋柱面上的红点与轨道圆心、象棋圆心置在一直线上。然后在保持棋顶直线始终指向南北（或东西）方向的前提下把象棋在轨道上逆时针平移到下一刻度上。这时我们会发现棋柱上的红点与轨道圆心、棋顶圆心不在同一直线上了，也就是在“公转”时重心偏离了。我们把象棋绕圆心逆时针旋转一个角色，使其柱面上的红点重新与轨道圆心、棋顶圆心成一直线。然后又保持棋顶上的直线的这一指向逆时针平移到第二个刻度上，以此类推。我们发现，象棋每移到下一刻度都出现柱面红点偏离轨道圆心（公转成偏），经调整后重新回到三点一线状态（自转纠偏）。

上述实验表明，两天体在绕中心旋转时，它们的公转都引起重心偏离现象，而这种现象是通过自转来纠正的。至于自转的动力，应该说就是重力（对月球而言，也就是地球的吸引力，潮汐作用也可认为是一种重力作用），这可能是因为天体内部物质的空间分布不均匀引起。

这里必须强调，解开月球自转的奥秘并不是从天文知识中得到启发而产生，恰恰相反，这是从“机械设计”原理中

的平面构件的活动度的计算方法中得到启发而想到的。下面我们再通过月球自转的三种情况来证明月球是绕自己的轴心完成自转的。

1、地球和月球都是绕各自的轴心旋转的天体，此时月球的活动度大于零，月球能绕自己的轴心旋转。

2、假定在“地球”是套上一个能相对地心旋转的套筒，再用一根长杆把月球与套筒联焊在一起。此时月球的活动度等于零，但能随套筒的转动绕地球公转（也就是人们认为的相对恒星的自转）。

3、假定用长杆把月球与地球直接联焊在一起。此时月球绕自己的轴心转动的活动度等于零，不能绕自轴自转，也不能相对地球公转，只能随地球定位“公转”。

从上面的2、3种情况来考虑，月球绕地轴旋转的情况虽不同，但都不能自转，看起来都是一面朝地球。从逻辑学的角度来考虑，把这种“旋转”说成月球在空间自转是不正确的。这两种情况下月球无论是相对地球还是相对恒星都不自转。对于相对旋转的两天体而言，它们彼此都是绕各自的轴心旋转的，是公平的。并没有一个绕另一个的轴心（公转）来实现自转之说。

所以，只能用第1种情况来说明月球是绕自己的轴心旋转的。无论是相对地球，还是相对太阳，月亮都在绕自己的轴心施转。只因它的公转偏心与自转纠偏相抵消，导致不易被人们所察觉。

自然界中有许多现象都让人产生错觉，这就需要我们细心观察、认真思考，道出其中的奥秘，揭示现象的本质。

月球为何总以一面示人？

月球是地球惟一的天然卫星，它围绕地球回旋不息。自从它诞生四十多亿年以来，从未离开过地球，是地球最忠实的伴侣。

仔细观察，我们很自然地会注意到，月球总以一面示人。这是为什么呢？

月球俗称月亮。月亮每天东升西落的运动是地球自转的反映。月亮围绕着地球转动表现为它在星空间自西向东移动，其轨迹称为“白道”。白道和黄道(地球绕太阳运动的轨迹)之间有5°多的夹角。月球绕地球转一周历时27天7时43分11.47秒，这一周期叫做“恒星月”。除了绕地球公转外，月球本身还在自转。月球自转的周期是27天7小时43分11.5秒，几乎等于它绕地球公转的周期。因此，无论在任何时间，我们从地球上永远只能看到月球的一面，另外一面总是背向地球，“犹抱琵琶半遮面”。由于月球的轨道是一个倾斜的椭圆形轨道，它在不同的轨道位置面向地球的一面稍有不同，所以人们从地球上可以观测到月球整个表面的59%。

月球永远以一面面向地球，如果不假思索，可能会以为月球没有自转。其实不然。我们可以想象，在月面上某点假设有一个垂直于月面的标志物，如果月球没有自转，在月球绕地球运行的过程中，由于该标志物始终指向空间同一方向，这样我们观察到的该标志物的指向会发生变化，月面的各部分会依次朝向地球，我们应该能看到月球的背面。所以，只有在月球的自转和绕地球转动的周期相等、方向相同(都是反时针方向)的情况下，月球才能永远以同一面朝向地球。

月球的自转周期和绕地球转动的周期相同，不是偶然巧合，而是因为地月之间相互潮汐引力的作用。月球可以产生对地球的潮汐引力，它能够造成地球

两侧海水的升涨，对地球大气也会产生大气潮。类似地，地球也可以产生对月球的潮汐引力。月球过去的自转速度比现在要快得多，那时它的表面存在着如熔岩流之类的流体。地球强大的起潮力引发了月球上的潮汐，而潮汐摩擦会使月球自转减慢，直至自转周期等于公转周期。此时，地球不再引起月球上明显的潮汐作用，月球便只能以同一面朝向我们了。

潮汐摩擦不仅正在使地球自转减慢，还会影响到地月系统的演变。现在，地球自转的周期比月球公转的周期短得多，潮汐作用会引起地球的变形、质量分布的变化，从而使月球运动加速。一旦加速，它便逐渐螺旋式地远离地球，进入愈来愈大的轨道，因而月球绕地球公转的周期会更长。

月球目前正以每年3.8厘米的速度离开地球。同样的道理，潮汐摩擦也会使地球的自转速度减慢，自转周期逐渐变长。每一百年地球自转周期约增加0.00164秒，这个数字虽然很小，但不能小看，因为长期的累积将相当可观。也许大约50亿年至100亿年后，地球上的一天将和一个月相等，大致都等于现在的43天，届时地球也将会以同一面朝向月球。真到了那个时候，背向月球的半个地球上的居民为了赏月，必须长途跋涉才行。至于哪个半球有幸对着月亮，现在还是个未知数。

人类第一张月球背面照片

在地球上，人们只能用肉眼依稀辨别出月球上阴暗的月海和明亮的月陆。借助地面望远镜，我们永远只能看到月球的正面，对背面的形貌依然一无所知。上世纪五十年代开始，人类进入太空时代。人们多次发射航天器对月球进行摄影和研究，并且实现了人类登月的夙愿，使人们开始对月球有了一个较全面而详细的认识。

1959年1月2日，前苏联“月球1号”卫星升空飞向月球，虽以失败告终，却奏响了人类向月球进军、探测与开发利用月球的序曲。同年10月4日，苏联又发射了“月球3号”飞船，成功地拍摄到了人类历史上第一张月球背面的照片，使人们第一次得以目睹月球背面的风貌，月球神秘的面纱开始被揭开。

“嫦娥”看到了月球背面

2007年10月24日18时05分，中国首颗月球探测卫星“嫦娥一号”从西昌卫星发射中心腾空而起，在经过近20天的飞行后，于11月7日准确进入环月工作轨道。11月26日，“中国首次月球探测工程第一幅月面图像”公布。12月11日，“嫦娥一号”卫星搭载的CCD相机对月球背面进行了成像探测，并获取了月球背面部分区域的影像数据。这些月球背面部分区域影像数据具有重要的意义，其中包括月球背面一个典型的辐射线撞击坑和“万户”撞击坑。同时，

这也表明“嫦娥一号”卫星的飞行、有效载荷的管理、地面测控与通信、数据接收与处理等，一切工作正常。

“嫦娥一号”获取的数据，再次证实了人类此前对月球背面的基本认知。月球背面与正面在地貌上的主要不同在于，月球背面月陆(也称高地)分布面积广，缺乏大型的月海盆地，只有三个较小的月海(东海、莫斯科海和智海)位于月球背面，而90%的月海分布在月球正面。由于月陆比月海的年龄要老，月陆表面撞击形成的月坑的密度比月海要大，所以在月球背面月坑较多。月球正面月海带周围围绕着许多山脉，如阿尔卑斯山、亚平宁山等，而月球背面几乎没有明显的山脉。

月球正面与背面的明显差异，与月球的起源与演化有关。有一种假说认为：月球形成后其轨道向地球逼近，大约在39亿年前，当月球运行到地球的洛希限附近时，由于地月潮汐力的相互作用，地球与月球正面相互撕裂出一部分并粉碎，甚至蒸发、熔融，大量被撕裂的碎块又回返到月球正面，撞击月表，开凿出大面积的月海盆地，这次撞击事件称为“雨海事件”。而月球背面几乎没有受到地月潮汐力的影响，没有发生过类似雨海事件的撞击，因而保持了较原始的月貌特征。(文/国家天文台月球与深空探测科学应用中心)