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月球是地球的唯一天然卫星，它与地球有着密切的演化联系。根据对建立在月球上的阿波罗11号和12号月震台记录资料的分析，以及对月球表面和月岩的研究，可知现今的月球内部也有圈层结构，但与地球内部的圈层结构并不完全相同。月球表面有一层几米至数十米厚的月球土壤。整个月球可以认为由月球岩石圈（0～1000公里）、软流圈（1000～1600公里）和月球核（1600～1738公里）组成。月球岩石圈又可进一步分为四层，即月壳（0～60公里）、上月幔（60～300公里）、中月幔（300～800公里）和月震带（800 ～ 1000公里）。软流圈又称为下月幔。在月壳的10公里、25公里和60公里深处，均存在月震波速的急剧变化，表明在这些深度处存在显著的不连续性。月球表面至25公里深处为玄武岩组成的月壳第一层次，25公里～60公里之间为月壳的第二层，由辉长岩和钙长岩组成。上月幔由富镁的橄榄石组成，中月幔和下月幔由基性岩组成。月球震源的位�梦挥�600～1000公里的深度之间，平均月球震源深度为800公里。由于月球表面岩石的密度并不比整个月球的平均密度小很多，因此，可以认为月球核不会是较重的铁镍等元素组成，它可能呈塑性或部分熔融状。在月球1000公里深处，月幔温度不会高于1000°C。根据对月球内部状况的了解，固体部分圈层结构并不是地球本身所特有的。月球的上述圈层结构，也是月球的演化过程中整个月球物质圈层分
月面特征
月面上山岭起伏，峰峦密布，没有水，大气极其稀薄，大气密度不到地球海平面大气密度的一万亿分之一。没有火山活动，也没有生命，是一个平静的世界。已经知道月海有22个，总面积500万平方公里。从地球上看到的月球表面，较大的月海有10个：位于东部的是风暴洋、雨海、云海、湿海和汽海，位于西部的是危海、澄海、静海、丰富海和酒海。这些月海都为月球内部喷发出来的大量熔岩所充填，某些月海盆地中的环形山，也被喷发的熔岩所覆盖，形成了规模宏大的暗色熔岩平原。因此，月海盆地的形成以及继之而来的熔岩喷发，构成了月球演化史上最主要的事件之一。
月球上的陨击坑通常又称为环形山，它是月面上最明显的特征。环形山（crater），希腊文的意思是"碗"，所以又称为碗状凹坑结构。环形山的形成可能有两个原因，一是陨星撞击的结果，二是火山活动；但是大多数的环形结构均属于陨星的撞击结果。1924年，吉福德（A. C. Gifford）曾把月坑同地球上的陨石坑作了比较，证实了月坑是陨星撞击形成的。因此，陨击作用是形成现今月球表面形态的主要作用之一。许多大型环形山都具有向四周延伸的辐射状条纹，并由较高反射率的物质所组成，形成波状起伏的地形，向外延伸可达数百公里。环形山周围有溅射出来的物质形成的覆盖层；溅射的大块岩石又撞击月球表面，形成次生陨击坑。由于反复的陨星撞击与岩块溅落，以及月球内部喷出的熔岩大规模泛滥，使得许多陨击坑模糊不清，或只有陨击坑中央的尖峰露出覆盖熔岩的表面。
从叠加在月海上的陨击坑的状况判断，以及从月球上带回样品的放射性年龄测定表明，月海物质大致是与陨击坑同时期形成的。月海年龄大都在35亿年左右，而月陆高地的形成至少在月海熔岩喷发之前10亿多年已经存在，因此原始月壳是更为早期形成的，并且是大量熔岩的不断喷发，月球物质长期圈层分化的结果。研究表明，月球的圈层结构是继大约46亿年前它所经历的一个漫长的天文演化阶段之后，又一个持续了约10亿年之久的一个圈层分化过程。月球上大型环形山多以古代和近代天文学者的名字命名，如哥白尼、开普勒、埃拉托塞尼、托勒密、第谷等。月球表面陨击坑的直径大的有近百公里，小的不过10厘米，直径大于1公里的环形山总数多达33000个，占月球表面积的7～10%，最大的月球坑为直径235公里。在月球背向地球的一面，布满了密集的陨击坑，而月海所占面积较少，月壳的厚度也比正面厚，最厚处达150公里，正面的月壳厚度为60公里左右。由于月球表面之上缺乏大气圈和水圈，所以月球早期的熔岩喷发和陨星撞击形成的月球表面形态特征能够得到长期的保存。自1969年以来，宇航员已从月球表面取回数百公斤的月岩样品，经过对这些月岩样品的研究分析得出结论，这些月岩曾熔化过，月球表层物质主要是岩浆岩组成。月球的年龄至少已有46亿年。
四月球运动
地球与月球构成了一个天体系统，称为地月系。在地月系中，地球是中心天体，因此一般把地月系的运动描述为月球对于地球的绕转运动。然而，地月系的实际运动，是地球与月球对于它们的公共质心的绕转运动。地球与月球绕它们的公共质心旋转一周的时间为27天7小时43分11.6秒，也就是27.32166天，公共质心的位置在离地心约4671公里的地球体内。
宇宙间天体之间都存在相互间的作用，其中所谓"潮汐作用"是重要的作用形式之一。由于地月间距离相对较近，这种潮汐作用更为明显。太阳系天体中，月球对地球的潮汐作用约为太阳对地球潮汐作用的2.2倍，并远远大于其它天体对地球的潮汐作用。由于月球的潮汐摩擦作用使得地球自转变慢，每天时间变长，平均每一百年一天的长度增加近千分之二秒。同时，由于地球自转变慢，使得月球缓慢向外作螺旋运动，目前月球正以每年3～4厘米的速度远离地球。同样道理，地球对月球的潮汐作用，使得月球自转周期变得与其公转周期相同。月球的自转和公转都是自西向东的。月球的这种自转，称为同步自转。因此，自古以来，人们看到月球总是以同一面朝向我们地球。
人类在开始记录地球史的时候，就已通过观测月球位置和位相来计时。通过对月球和太阳周期性运动的研究，使得古代中国人和美索不达米亚人创立了历法。公元前300年，巴比伦的天文学者已能预报月食。
月球形成学说
月球的天文演化同地月系统的天文演化有重要关系。地月系统的天文演化，同这一行星——卫星系统的形成有关。在地月系统的形成中，很重要的一个问题是月球的形成问题。目前人们普遍认为，太阳系中行星——卫星系统的形成机制，基本上与太阳——行星系统的形成机制相同；或者，至少在主要方面大体上相一致。已有关于月球起源的学说，可以分为三大类：1. 地球分裂说，2. 地球俘获说，3. 共同形成说。
1．地球分裂说认为，在太阳系形成的初期，地球和月球原是一个整体，那时地球还处于熔融状态，自转快。由于太阳对地球强大潮汐力作用，在地球赤道面附近形成一串细长的膨胀体，终于分裂而形成月球。在19世纪末，乔治×达尔文（Geoge Dorwin）在研究了地月系统的潮汐演化后认为，月球是从地球分离出去而形成的，并提出太平洋盆地就是月球脱离地球时所造成的一个巨大遗迹。在此期间，支持分裂说的人已经知道太平洋地区地壳缺失硅铝层，由于形成月球的物质分离出去，使得该地区地壳的硅镁层暴露出来。所以他们推测月球从地球上分离出去的具体位置是在太平洋地区。
2．地球俘获说认为，月球可能是在地球轨道附近运行的一颗绕太阳运行的小行星，后来被地球所俘获而成为地球的卫星。支持俘获说的人认为，由于月球的平均密度只有每立方厘米为3.34克，与陨星、小行星的平均密度十分接近。因此，很有可能月球原是一颗小行星，在围绕太阳运行中，由于接近地球，地球的引力使它脱离原来的轨道而被地球所俘获。他们认为，月球的运动轨道显著地偏离地球赤道面，而比较接近各行星绕太阳运行的公转平面，因此，月球是给地球俘获的可能性较大。有人认为这个俘获事件发生在35亿年前，整个俘获过程经历5亿年。月球在被地球俘获后，由于受到地球的潮汐力作用，喷发出大量岩浆，形成了月海玄武岩。
3．共同形成说的研究者则认为地球和月球是由同一块原始行星尘埃云所引成。它们的平均密度和化学成分不同，是由于原始星云中的金属粒子在形成行星之前早已凝聚。在形成地球时，一开始以铁为主要成分，并以铁作为核心。而月球则是在地球形成后，由残余在地球周围的非金属物质凝聚而成。
现代的许多研究表明月球的形成比较大的可能性是倾向于共同形成说。从地月系统来看，地球是中心天体，月球是地球的卫星。因此，地球的演化历史决不会短于月球的演化史；此外，月球表面没有大量的硅铝质岩石，否定了地壳物质分出一部分形成月球，而同时在地球上形成大洋盆地的学说。根据对阿波罗11号带回的月球岩石样品的元素分析，以及对岩石样品中的铀——钍——钴系同位素的分析结果比较有利于地球和月球作为一个行星——卫星系统的共同形成说。月球玄武岩中化学元素的丰度同地球玄武岩中元素的丰度的对比研究表明，月球玄武岩的元素丰度更接近于地球的丰度，而不是接近于宇宙的丰度。同时，月球样品中氧的同位素组成与地球上氧同位素的组成没有什么区别。由此得出结论，月球与地球是在太阳系的同一区域内形成的，这就排除了月球是在距地球相当远的地方形成的可能性，这对"俘获说"是个否定。因此，现代的许多研究已经有越来越多的证据说明共同形成说有比较大的可能性。从一般性的讨论也可看出，月球由围绕原始地球的星子及其它物质颗粒和气体吸积而形成的模式，要比地球俘获月球和地球分出物质形成月球的模式更为合理些。
月球表面上古老的高地的构造特征，证明月球在40～46亿年间曾遭受了强烈的陨击作用；当然对地球来说也可能如此。此外，我们不能排除，在46亿年以前的演化时期，地月系统曾遭受到强烈陨击作用的可能性。因此，在整个天文演化时期内，地月系统所可能发生的巨大陨击体的撞击与俘获，对地月系的运动状态和本身结构状态会造成的重大影响。
传说：
月亮的故事：嫦娥奔月
相传，远古时候有一年，天上出现了十个太阳，直烤得大地冒烟，海水枯干，老百姓眼看无法再生活去。
这件事惊动了一个名叫后羿的英雄，他登上昆仑山顶，运足神力，拉开神弓，一气射下九个多余的太阳。
后羿立下盖世之功，受到百姓 的尊敬和爱戴，不少志士慕名前来投师学艺。奸诈刁钻、心术不正的蓬蒙也混了进来。
不久，后羿娶了个美丽善良的 妻子，名叫嫦娥。后羿除传艺狩猎外，终日和妻子在一起，人们都羡慕这对郎才女貌的恩爱夫妻。
一天，后羿到昆仑山访友求道，巧遇由此经过的王母娘娘，便向王母求得一包不死药。据说，服下此药，能即刻升天成仙。
然而，后羿舍不得撇下妻子，只好暂时把不死药交给嫦娥珍藏。嫦娥将药藏进梳妆台的百宝匣里，不料被蓬蒙看到了。
三天后，后羿率众徒外出狩猎，心怀鬼胎的蓬蒙假装生病，留了下来。
待后羿率众人走后不久，蓬蒙手持宝剑闯入内宅后院，威逼嫦娥交出不死药。
嫦娥知道自己不是蓬蒙的对手，危急之时她当机立断，转身打开百宝匣，拿出不死药一口吞了下去。
嫦娥吞下药，身子立时飘离地面、冲出窗口，向天上飞去。由于嫦娥牵挂着丈夫，便飞落到离人间最近的月亮上成了仙。
傍晚，后羿回到家，侍女们哭诉了白天发生的事。后羿既惊又怒，抽剑去杀恶徒，蓬蒙早逃走了。气得后羿捶胸顿足哇哇大叫。悲痛欲绝的后羿，仰望着夜空呼唤爱妻的名字。这时他惊奇地发现，今天的月亮格外皎洁明亮，而且有个晃动的身影酷似嫦娥。
后羿急忙派人到嫦娥喜爱的后花园里，摆上香案，放上她平时最爱吃的蜜食鲜果，遥祭在月宫里眷恋着自己的嫦娥。
百姓们闻知嫦娥奔月成仙的消息后，纷纷在月下摆设香案，向善良的嫦娥祈求吉祥平安。从此，中秋节拜月的风俗在民间传开了。 嫦娥奔月的故事以鲜明的态度和绚丽的色彩歌颂、赞美了娥娥，与古文献有关嫦娥的记载相比较，可见人们对嫦娥奔月的故事做了很多加工，修饰，使娥娥的形象与月同美，使之符合人们对美的追求。 与现代流传甚广的“嫦娥奔月”相左，《全上古文》辑《灵宪》则记载了“嫦娥化蟾”的故事：“嫦娥，羿妻也，窃王母不死药服之，奔月。将往，枚占于有黄。有黄占之：曰：‘吉，翩翩归妹，独将西行，逢天晦芒，毋惊毋恐，后且大昌。’嫦娥遂托身于月，是为蟾蜍。”嫦娥变成癞蛤蟆后，在月宫中终日被罚捣不死药，过着寂寞清苦的生活，李商隐曾有诗感叹嫦娥：“嫦娥应悔偷灵药，碧海青天夜夜心。”
