第3章 第三章
月球
月球只是太阳系中一颗无足轻重的星球，它的唯一特殊之处——距离地球最近——使得它的轮廓在人类眼中清晰可见，成为天空中最重要的景致之一；月光驱散了夜晚的黑暗，月相的变化叫人沉醉，人类自远古以来就利用月相的演替规律来确定时间，我们可以在许多流行的说法或谚语中发现这一点，人们还赋予月亮诗意的名字——温柔的菲贝。总之，月球是最广为人知的天体。出于上述诸多原因，月球将是我们旅程的第一站。此外，作为地球的卫星，月球可以算作地球的近郊。这一郊区有多不同呢？我们将带领大家一览为快！
Lune：月球 Terre：地球 地月距离与两个天体的大小对比
地月距离
鉴于太阳系几大行星动辄距地球数百万甚至数亿千米，人们有理由相信月球真的在地球的近郊地区，因为地月距离只有384 395千米(1)。实际上，这个数字只是一个平均值，因为我们的卫星在一条偏心率相当大的轨道上运动，距离地球时近时远。无须多做考虑，我们只要记住，至少要穿越356 000千米的太空才能抵达月球。
从天文学的角度而言，这样的距离很容易被估算出来，但与地球上的常见测量值相比，这一数字就显得非常可观了，因而在考虑利用某种机械手段离开地球奔赴月球的可能性时，需要在虚空之中穿越之艰巨便可想而知！然而，我们要指出的是，无数人为了追求真理，在有生之年不断奔走，如果将其走过的路程首尾相连，这条路要比奔月的距离长得多。例如，一个老邮差若在他辛苦的职业生涯中踏遍了英国的所有铁路网，其路程总长度将超过300万千米，也就是说，几乎是在地月之间来回5次！王牌飞行员的飞行里程总计也是如此。最后，通过下面的数据，我们将更加直观地了解这一距离。假设在地球和月球之间架起一座桥，行人以每小时5千米的速度在桥上匀速行走，从不停下休息，那么他要花8年280天才能到达桥的另一端。平均行驶速度为100千米/每小时的特快列车或汽车穿过同样的距离要用160天，高速飞机要飞40天……因此，如果有一天人类找到一种方法能够真正摆脱地球引力，满足星际航行（生存）的必要条件，那么彼时的运动速度要比刚刚列举的所有速度快得多，人类只需几个小时就能登上月球……
下面，我们要关注的是月球的绕地运动。
月球表面的景观特征
(1) 根据NASA的数据，地月距离一般取384 400千米。
月球的运动及其相位
月球围绕地球的公转周期亦称为恒星月，为27天7小时43分钟11秒(1)。正是由于这一运动，月球被照亮的一面以不同的方向出现在我们眼前，我们由此欣赏到了不同月相的交替。然而，同一月相的回归需要比公转周期更长的时间，因为在月球围绕地球运动的同时，地球也在围绕太阳进行公转。例如，满月时月球恰好与太阳隔地球相对，如果此时将月轨上月球的位置有形化，月球将在27天7小时内重新回到这一点；但这时这一点将不再像以前一样与太阳相对，与初始照明方向相比，地月系统已经转了一定的角度，因此月球将不得不在其轨道上再前进一点，才会再次处于我们要求的相对位置上。正是因为月球的额外前进，同一月相的回归即会合周的平均周期为29天42小时44分钟(2)；这一周期的持续时间会随着不均匀的月球运动而有所变化，而月球运动之所以不均匀，主要是由于月球轨道的偏心率及其主轴方向的移动，月球轨道主轴完整环绕一圈的时间为18年又11天(3)。会合周又被称作朔望月或太阴月，它决定了月球上每一点的日夜交替的持续时间。事实上，尽管月球的照明条件具有明显的规律性，但要想将其讲解清楚还是相当困难的。我们刚刚提到了月球轨道主轴方向的变化，月球轨道面与地球轨道面的平均倾角为5度18角分(4)，因此我们可以想象运动中的月球轨道就像一个正在自转的陀螺的赤道，与此同时，其自转轴形成了一个垂直的圆锥。为了全面分析月球轨道的运动机制，我们需要开展丰富的研究；但在此处我们只需考虑月球运动所造成的后果，这后果影响到了月球之于太阳、地球的位置。在日地月相对位置所形成的天象中，对我们而言最为明显的便是日食或月食。
Rayons du Soleil：太阳光；N.L：新月；P.L：满月；P.Q：上弦月；D.Q：下弦月 月球相位的笼统解释 这些表象是我们在地球上的可变角度下所观察到的被太阳照亮的部分月球球体（这部分球体呈现出的度数越来越大）。外围的图形对应的月球的主要位置使之呈现出了不同的月貌，也就是我们所看到的月相。
Orbite de la Terre：地球轨道；Orbite de la Lune：月球轨道 相对于地球轨道平面，月球轨道的倾角方向可变。当两个平面的交点对应于日地连线时，经过A点的月球将遮住太阳，发生日食，而经过A’点的月球则会被地球阴影遮住，发生月食。当交点不再与日地连线相对应时，B点的新月不会遮住太阳，而B’点的满月也不会被遮住。
本书中的一幅插图已经简要解释了食的发生原理——要么是月亮横在日地之间，遮住了我们视野中的太阳圆面，要么是月亮藏进了地球球体投下并延伸的阴影里，接收不到太阳的照明，所涉及的这三个天体必然处在一条直线上。这种情况只有在月球通过其倾斜轨道平面与日地连线之间的交点时才会出现。换作其他任何朝向的月球轨道平面，当月球穿过两个交叉平面的交点时，不再正对着太阳，抑或与之相反躲进地球的阴影里；当行经地球与太阳之间时，经过升交点或降交点区域的月球在透视图上要么在太阳的上方或下方，要么在地球影锥的上方或下方。
月球被照亮的半球经过轨道不同位置，形成了变化的月相。鉴于以上照明条件的复杂性，我们对月相的解释只能是泛泛而谈。从示意图中可以看出，新月出现时，月球行至地球与太阳之间，并以未被照亮的一面朝向地球；此时，如果月球恰好处在理想的位置上，就会发生日食。这些周期性的必要条件很少会被满足，每个月的新月之时都是太阳与月球相合的时刻，也就是说月球位于天球的一个大圆上，且与黄道平面垂直。满月时恰恰相反，月球并不是正对着太阳（因为这样的话，月球就会被地球的阴影遮住，发生月食），而是位于一个从太阳对面经过的大圆上。
如果我们想要明确指出月球不同地点照明情况所造成的后果，就得面对大量需要长期研究宇宙志来看的示意图，因此我们从简解释月球的相位（此处附有这一经典解释的图示）。就仅仅记住原理吧，这一原理会让我们更好更深入地理解月球表面的景观、现象、物理环境以及各种可见的月貌。在下面的篇章中，我们会逐一介绍以上提到的各项事实。
不同视角下呈现出的在天平动作用下的月球球体细节
(1) 根据2009年由科学出版社出版的《天文学新概论（第4版）》，一个恒星月为27.32天，即27天7小时40分钟48秒。
(2) 根据2009年由科学出版社出版的《天文学新概论（第4版）》，会合周的平均周期为29.53天，即29天12小时44分钟38.4秒。
(3) 根据2009年由科学出版社出版的《天文学新概论（第4版）》，这一时间现精确为18.6年。
(4) 现月球轨道面与地球轨道面平均倾角精确为5度9角分。
月球的自转
Terre：地球 月球表面的可见性。在直线M即朝向地球的月球半球的平均边界的两侧，灰色区域根据天平动时而显现时而隐没。黑色区域是我们一直无法看到的阴暗面。
月球在围绕地球转动的同时也在进行自转，这点乍一看似乎与月球的特性不符，因为人们素来以为月球就像一幅永恒凝视我们的人像画。它那家喻户晓的轮廓，随着月相的不断增大而逐渐显露出来，直到满月时才完全展现在我们眼前。而为了让月亮的脸始终对着我们，月球在太空中的位移以及由此产生的视觉效果，必须通过月球的自转运动来得到弥补。月球自转的方向与幅度使得月球的同一点始终面对着地球，仿佛地球是车轮的枢轴，而涉及到的这一点则是连接车轴的一根辐条的末端。
上述情况是通过以下事实来实现的，即月球在围绕地球公转的同时也在自转。因此，月球始终以同一面朝向地球，至少如果月球轨道是圆形便会如此；然而，我们已经知道月球轨道明显是椭圆形的，且随着距引力中心的距离变化，月球轨道上每一点的移动速度都不一样。由此可见，几乎匀速的自转运动并不总能绝对补偿月球公转所造成的影响，因此自转速度时而慢于公转速度，时而快于公转速度，导致月球上正对着地球的同一点有时在前，有时落后。这种延伸到整个月球球体的明显摆动叫作天平动，它使我们沿着白道平面(1)的方向，在朝向地球的月球半球边界的任何一侧都能发现宽约8经度的月面。此外，由于月球的自转轴相对于白道平面有少许倾斜，垂直于经度偏移的纬度偏移交替决定了月球南北两极上方近7纬度区域的可见性，因此我们在地球上能观测到59%的月球表面，而非仅仅是月球总面积的一半。另外，这些情况对于衡量月球物理环境的研究与观测而言也是非常重要的。
(1) 指月球绕地球公转的轨道平面。
月球的体积及质量
如果我们能够同时观察并排的地球与月球，就会发现月球显得非常小，这是因为月球的直径只有3473千米，而地球的直径却长达12 756千米(1)，因此月球的体积比地球小50倍。如果现在将地球置于巨大天平的一端，另一端需堆放81个与月球类似的球体才能保持平衡。为什么质量差与体积差不相等呢？这是因为月球是由密度低于地球物质密度的材料所构成的。换句话说，如果水的密度为单位1，那么地球的平均密度为5.52，而月球的密度则降到了3.33。这就解释了为什么地月质量比大于体积比。
得知以上数据后，我们就能计算出月球表面的重力强度。假设我们能在现场通过实验进行测量，所得出的结果也不会有出入。
地月之间重力强度的比较：一个人在月球上一秒钟内掉落的距离。
月球的重力强度：运动员的体型与其在月球上可做出的跳跃的关系。
众所周知，由于地球引力的存在，所有被松开的物体都会落到地面上；出于同样的原因，我们可以对给定的重物以及一切我们需要处理的物体进行称重。在计算重力强度时，我们认为地球的引力总量集中在地球核心，地表物体下落时趋向该核心；而重力与质量成正比，与距离的平方成反比。我们可以轻而易举地想到重力强度在不同的星球上是如何变化的，因为各个行星的比例与构成都大不相同。比如：如果地球在保持质量不变的情况下具有更长的直径，那么我们在地表的重量会轻得多，而如果地球的质量不变，直径缩小，我们的重量就会增加。
一旦得知这些原理，我们很容易确定，根据月球球体的大小及其质量，月球的重力强度是地球的1/6。在月球上，如果我们把一个在地球上重1千克的物体挂到秤(2)上，该秤的指针仅指示到170克，而挂上秤的大胖子则会惊喜地发现他甚至还不到20千克！倘若我们能够生活在这一轻盈的世界里，同时肌肉力量不变，那么送货工将6麻袋煤送到您家就像只扛1袋似的轻松方便；还有人将会沉迷于惊人的杂技，即像跳蚤跳过障碍物一样跳得很远，如果在地球上，这个人肯定所向无敌。此外，在月球上，这些动作不具危险性，因为人们下落得很慢——在地球上，人体在下降的第1秒内会下落4.90米，而在月球上仅仅能下落0.81米。自然，对于高空坠物而言，我们还需考虑下落的加速度。一个从埃菲尔铁塔顶跳塔的人会在7秒8后摔得粉身碎骨；而在我们的卫星上，在相同的时间里，这位轻生者才摔下50米，但由于加速度的存在，最终他在下落19秒2后触到月球地面。
如果哪天我们能够直接看到这些事实，可能会感到非常奇特，但除此之外，这一情况对于月球物理学而言意义非凡；在对某些观察结果进行解释时，我们必须考虑到上述事实。
(1) 现代采用激光测距精确地月距离为384 400千米，再由月球的视直径和地月距离计算出月球平均直径为3474.8千米。而根据20世纪70年代人造卫星的大地精确测量，地球平均半径6371.03千米，计算出地球直径12 742.06千米。
(2) 这里指的秤运用的是压力传感原理，如弹簧秤。如果是利用杠杆原理的秤，则读数不变，因为质量在地球和月球上是相同的。
月球全貌
为了解释看到的太阳照射下的月球表面的各种起伏，强调某些枯燥无味的宇宙学知识还是非常必要的。阳光有时斜斜照进某一区域，有时正对着照耀，似乎将该地区的特征雕刻得古里古怪，使其显得比实际的更庞大，又或是似乎把该区域凹凸不平的地面拉平了，让我们不再能看到外表上的深刻变化，而只能看到对比明显的不同色调，导致该地区的景观好像被蒙上了一层马赛克，但在任何情况下，天文望远镜都能最大程度捕捉到这些令我们啧啧惊叹的变化，这些变化对于月球物理学研究而言颇具教益。
若是有人希望对我们能看到的月球表面上的所有起伏进行详细全面的描述，本书的篇幅是远远不够的。通过简单观察此处提供的照片，我们也可以看出这些照片展现的仅是整个月球圆盘的一种面貌，或是广角镜头下界定范围内的部分月貌。在类似的情况下，我们只能局限于笼统的描述，辅以某些特定点的精确细节，来了解构成月球表面特征的基本轮廓。
最早的月球图像之一，伽利略绘（1610年）。
满月摄影
从简单的视觉角度而言，月球被照亮的区域，不管是一部分还是整个月球圆盘，其亮度有强有弱。月球表面上的灰斑尤其引发我们的注意，其布局就像放大的人脸轮廓。然而，一旦我们使用光学仪器来观察月球（即使是最简陋的仪器），这一相对清晰的人脸像就不复存在了；一个简单的双筒望远镜就能发现的图像，在小型望远镜或天文望远镜的镜头下会更加清晰，它们显露出了诸多结构与色调非常复杂的细节。我们很快认识到，月貌明亮地区的地形通常都有些崎岖和抢眼，而我们看到的色调不一但均属于灰色范畴的区域，表面乍一看却是非常整齐。宇宙定律主宰了月球的表面部署，在它的影响下，月球形成的岩层整体相互关联。尽管由于上述原因这些地面起伏紧紧联系在一起，我们还是要向大家分别讲述这些不同类型的地形。
月坑
月坑的类型。下图的月坑有中央峰，上图的月坑有缺口或不完整。
当我们或在天文仪器的镜头前直接观察月球，或对着摄影术忠实复制的月球照片细细审视时，总会发现有些区域格外明亮，这是因为月球表面布满了圆形岩层，而且观察视角不同，这些圆形岩层显露出的形状也不同。当它们出现在月球圆盘的正中央时，在远方观察的我们无法感觉到圆形岩层的地势起伏，亦不能分辨出该岩层的形状；而随着这些环形区域逐渐靠向球面边缘，我们便能慢慢看到它们斜着的样子：它们变得越来越呈椭圆形状了。
这些岩层的外形首先让我们联想到了火山口。为什么会想到这样的比喻呢？我们稍后会进行解释。同时，在我们的描述中，最恰当的称呼是月坑(1)，它不仅贴合岩层的外形，还让我们对这一起伏地形的成因浮想联翩。
月球表面上分布着大量窟窿似的月坑，仿佛遭遇了巨大的炮击伤害。比任何描述都生动的摄影图像使我们可以在闲暇时观察到如此奇怪的月球山岳。在照片上我们可以看到，圆谷和众多点状的孤立高地以及山脉通常是月球表面最明亮的区域，简言之，构成这些地形的物质似乎都有一个特性，那就是与这些地形下面的最均匀的灰色调区域形成鲜明对比。这些普遍分布在大块灰色地区里的起伏、月坑以及孤峰宛若海洋上浮现的岛屿或群岛。这只是一种形象化的类比，月球的这一地形与类比所涉及的地球上的自然环境并不相同，我们使用这一比喻，仅仅是为了帮助大家想象这些凹凸不平的地势是如何从均匀的岩席里冒出来的。当人们试图弄清月球地形构造的形成原因与法则时，还需考虑到上述地貌。
虽然月坑外形具有典型特征，但每一个都有各自的特点。首先，它们的规模不同。一部分月坑幅员辽阔，其余的则一个比一个小。克拉维斯坑是我们在月球可见半球上所能看到的最大的月坑，它的直径长达220千米(2)；还有几个月坑的规模几乎不逊于克拉维斯坑，直径大于100千米的月坑是最常见的。而当我们仔细观察那些小月坑时，则会发现这些小月坑群的数量随着直径越来越小而增多。这些月坑的数量惊人，且规模非常小，有的甚至几乎超出了望远镜的可见度极限，最小的那部分月坑的直径仅在千米左右。总之，月坑的数量加起来超过了30 000个。
除了规模不同，月坑的环形结构也不同。一部分月坑无须进行深入的观察便能发现，特别是那些规模很大的月坑，但它们中有的轮廓还不如大部分规模有限的月坑清晰。其他月坑的环形没有闭合，它们看起来要么只有圆周的一部分，要么由于局部下沉或震荡运动，环形山顶的整个侧面几乎被完全吞没。这种未闭合的月坑有很多，大多聚集在大片我们即将谈到的灰色区域的边缘。
月坑剖面示意图
月坑上的日出
“哥白尼”环形山附近的一连串漏斗状地形
最后，我们还要考虑到，在这些月坑中，一部分坑底均匀平整，另一部分的中央则存在高地或山峰。除了几个特别引人注目的，几乎所有月坑都有一个本质特征，有机会的话我们会略讲一二。比起月坑的规模，它们的本质特征更能清楚地将其与地球上的火山口区别开来。事实上，月坑内部下凹，明显低于外部的环形山，环形山内侧陡峭，外侧相对平缓，我们可以联想到炮弹坑——部分土壤翻卷出来，在弹坑周围形成环形凸缘，当然月坑的规模要大得多。这样一种比喻仅仅是为了让大家清楚月坑的总体布局（一些非常小的月坑可能呈现出不同的原始特征），事实上，月坑的深度从比例上来说远不如其直径大。有了此处的剖面示意图，我们就无须进一步解释了。现在，我们要真正认识到这一差异的悬殊程度，这一点非常重要。简单的观察表明，这一差异实际上非常夸张，之后要讲述的月球山脉也同属此类。我们有必要回忆前一章关于星球照明定义的内容：阳光会越过照耀不到的星球表面边界，落在更远处的点上，当然这是因为这些点的海拔远远高出地表边界，山脉和云朵便属于这种情况。如果我们能够退到太空足够远的地方，便可以估量所有这些情况，从而充分理解上述现象。月球恰好遇到了同样的情况，仿佛在月球表面高空翱翔的我们绝对观察得到：由于地平面高低不平，我们看到的月球被照亮部分的界限，即月相的明暗界线的轮廓显得参差不齐；而更远处的部分山脊和环形高峰就像零落在黑暗中熠熠生辉的弧形碎片或光点。如果光照相当倾斜，就能使最平缓的地势起伏也变得明显起来，再加上没有什么有损清晰度的因素（如果棘手的大气层不存在），所有这些外观将更容易被发现。当路面被夜间汽车前灯的强大辐射照亮时，我们总能观察到如下现象：在白天显得非常平整的路面此时暴露出了本身的粗糙不平、起伏凹陷，道路上窟窿的轮廓显得出人意料的巨大。同理，月球明暗界线处的月坑，即使是凹陷最不明显的，也像宽广的水井一般，里面填满了深不可测的阴影；多亏了月坑在身后投射的长长的黑影，那些普通的丘峦也得以显露身影。总之，地面光照界限的轮廓总是变幻无常的。对于无法辨清细节的肉眼而言，所有这些条件都会改变明暗界线的外形——明暗界线不是规律的几何线条，而是略蜿蜒的曲线。一个视力良好的人即使没有仪器的帮助，也能通过仔细观察发现这样的月貌；正是因为在地球的近郊地区，我们可以看到月球光照的发生，得以充分认识到这些影响的重要性。让我们记住这一事实，因为它有助于我们建立必要的对照，以便对其他行星的外貌进行解释。
目前看来，如此显露出来的神奇地表形态是最有效的辅助手段，因为它首先可以用来识别出相同的地形特征，其次能够用来确定地形高度。再重复一遍，我们可以通过非常简单的仪器来测量该地表形态。伽利略的望远镜尽管性能不足、缺陷实多，却让他毫无争议地确认了月球表面崎岖不平这一真实性质；同时，根据照明界限的不同，他计算出月球山脉的海拔高度可能在8000~9000米之间。事实上，除了月球南极附近的一些山峰达到了这一高度，其他山脉的平均海拔则较为普通。说到这儿，让我们来了解一下月坑的海拔吧。
相连或嵌合在一起的月坑图像。随着月球球体边界向我们靠近，我们观察到的月坑的外形越来越走样。
根据之前的描述，我们要考虑到月坑内外侧围绕的环形山的高度。举一个明显的例子：那些差距最为悬殊的月坑的坑底与峰顶的高度相差将近6000米，而环形山占据的面积最多还不到月坑总面积的一半；至于那些地势相对缓平的地形，它们的不相称性就大大减弱了；还有一种几乎没有隆起山环的月坑，其内部深陷，像漏斗一样凿穿地面——只有那些极其小的月坑才会出现这种情况。
“哥白尼”环形山及其明亮的辐射纹，以及大量环绕着它的小型漏斗状地形。如果巴黎在月球上，按本图比例，它看起来就像一个直径2毫米左右的斑点。——威尔逊山天文台摄（加利福尼亚）
当然，我们在这里看到的只是月坑的普遍特征，实际上，我们也不可能详细讲述每一个特殊案例。被我们发现的月坑千奇百怪、各不相同：有些环形山一头到另一头的平均海拔有高有低，中间还有裂缝或断层；其他大量月坑相互连接或甚至嵌合在了一起，好像一些月坑吞没了另一些月坑的部分领域。
总而言之，在大半个月球球面上，我们看到了一个因混乱而显得乱七八糟的星球图像，但这种混乱可能只是表面上的，因为当我们仔细研究月球地形的某些特征时，就会发现它们并不是随意形成的，而是遵循了某些法则。根据法则，月球表面形成了所有这些待我们进一步研究的高低不平的地貌。
(1) 月坑由陨石撞击或月球上火山喷发而成，大部分月坑是撞击形成的。
(2) 现如今，月球上第一大撞击陨石坑为月球南极处的贝利坑。
山脉
地表所有重要隆起均可被称为山脉。根据天文望远镜中看到的景象，我们可以将月坑视为具有规律特点的环形排列的山脉。地球上的火山也具备这一性质，它们总是巍峨耸立，俯瞰着周遭地区。除了月坑周围的高地，月球上还矗立着与地球山脉多少有些相似的真正的山岳。它们或傲然独立，或簇集成群，或首尾相连，形成一条雄伟的山脉——山脉的数量很少，且很容易被找到。另外，我们还发现了各种各样具有某些整体特征的明显的山脉组合，例如有些山脉依傍在被称为“月海”的大平原边缘，有些则沿着特定走向分布。
如果说从外形上讲，月坑比月球山脉更加受到关注，那么从海拔高度的角度而言，后者却构成了最雄壮的地势起伏。在月球南极附近的莱布尼茨山脉与德费尔环形山上，有些山峰的海拔达到了8000多米，甚至超过了这一数字。从地图上看，坐落在月面中央的美丽的亚平宁山脉(1)是多么不可思议，海拔5500米的惠更斯峰因矗立在亚平宁山脉的边缘而显得更加巍峨。
这些可以与地球最高峰比肩的海拔高度证明了：与其体积相比，月球的地形起伏更大。然而请注意，月球上的海拔高度并非从相当于地球海平面的统一平面开始计算的，而是从该地形周围的地平面起算；因此如果我们按上述方法计算地球上一座屹立在深达10 000米的海底凹陷（假设海水不存在）附近的山峰的海拔，所得到的数字就会更接近月球地形的相关比例。尽管如此，人们有理由相信月球地形仍然具有优势。
上图：月球南极区域只有高山山顶被太阳照亮，峡谷则永远沉浸在黑暗之中。下图；月球亚平宁山脉上的日落
星罗棋布的月坑和山脉仿佛从那些广阔均匀的灰色区域里喷涌而出。现在，让我们来关注这些区域吧。
(1) 以意大利的亚平宁山脉命名，是月球上最大的山脉。
被称为“海洋”的灰色区域
人们用肉眼也能轻易观察到这些被称为“海洋”的灰色区域，正是它们形成了月球上著名的图像。这些灰色区域在肉眼中如此，在性能不够强大的光学仪器下也同样宛如世界地图上的海洋区域，因此早期的天文观察者认为它们是月球上的海洋也就无足为奇了。然而就文中的月球全貌图来看，尽管放大效果不佳，我们仍可以看出画面上的排布非常复杂，但是在缺乏足够精确检验的情况下，一个看似很有逻辑的先入之见往往会被大家一致认可。毋庸置疑，第一批质量粗陋至极的天文仪器绝对无法让人绘出足够精确的月貌以彻底解决这一问题……简而言之，过去的人们认为月球表面的很大一部分是“海洋”；早期月球地图上的大片灰色区域代表的便是海洋。补充一点，虽然这一错误已被纠正，但出于制图需要，“月海”这一与实际不符的名称还是被保留了下来，为了方便描述，我们将继续使用这一具有法律效力的名称。请注意，“月海”这个名字仅具有象征意义，而“月坑”却是由历代有名的天文学家或学者定下的称谓；此外，月球上的主要山脉是按地球山脉来命名的，例如阿尔卑斯山脉、亚平宁山脉，等等(1)。
里乔利所绘的月球地图（1651年）
赫维留所绘的月球地图（1647年）
月球总图——卢西恩·鲁达乌斯
月球的早期绘画之一。观察者已然将无数的月坑以及大片被称为“海洋”的阴暗区域画了上去。摘自约翰·基尔的《历象新书》，牛津，1718。
没有凸起的区域里“月海”表面的单调外貌
“静海”表面的低洼与褶皱
一般而言，月海看起来就像辽阔的平原，几乎没有起伏，只有一些硬生生从该平面崛地而起的月坑和山脉打破它的单调。我们可以清晰地看到月海的某些区域中类似海岸线的边界，其他区域则迷失在月球的山系里，这种灰色物质沿着山脉的走向形成一条条分叉支流，占据山与山的中间地带。最后，许多大型月坑平坦的圆形区域看上去竟然成了这种灰色岩席的一部分，并且被或高或低的山脊所包围。这些区域正是我们必须要强调的。然而，除了这些有限的地形要素，我们也不能以为月海因某一神奇现象从液体变为固体的海面，成为一种平整的席层。当我们谈及单调时，其他区域却恰恰相反，显得参差不齐。事实上，这些“大平原”的水平落差非常大。月海里有许多宽广的洼地，因坡度太缓而难以确定它们的边界；光斜照时更容易发现这些洼地，这与我们之前举过的道路路面被汽车前灯照亮的例子是一个道理。除了以上地形，月海还呈现出无数的皱脊，不禁让我们联想到撒哈拉沙漠的沙丘与起伏的沙面。如果说上述地面落差都不够明显，月海里还有其他清晰可见的地貌细节，它们便是被称为凹槽的巨大断口或裂缝。裂缝的可见性涉及多种条件。我们必须考虑到裂缝在月球上的位置，这一点与裂缝呈现在人眼中的视角规则息息相关。人类可以从正面看到裂缝的凹口，但最多只能看到它们的内壁。与此同时，不管裂缝在月球的哪里，我们在观察时都应注意垂直或倾斜光照的朝向——光照的方向或使裂缝里填满阴影，或使阳光完全穿透裂缝，或甚至仅使裂缝的一边被照亮。我们没有必要详细列举因这一复杂条件而产生的所有情况，况且光照方向是变化不定的。从这些裂缝以及月球地表的其他许多特征中，人们发现了一些事实，一般而言，这些事实足以解释月貌的改变、变化或暂时消失，相信大家有时一定注意到了月貌发生的变化。
“湿海”上向心且平行的大裂缝；湿海表面看起来有很多波纹。——洛维、皮瑟 摄
“特里斯纳凯尔”月坑附近月面上的大裂缝——勒莫尔旺 摄
月球表面的大型裂缝边缘
我们可以把这些裂缝称为月球的地壳。有些裂缝很小，有些很有可能存在但我们看不到，还有一些缝口大开，其宽度可达2~3千米！大多数裂缝的长度都很惊人，有些甚至延伸到几百千米长。根据上文提到的可见性条件，月球裂缝会呈现出各种各样的外形，有些裂缝的内壁几乎直直插入地壳深处，大部分的裂缝则是将地面划出一个个开口或大或小的V形切面。另外，我们很难判断这些奇特壕沟的确切深度，但无论如何，裂缝的深度都应得到重视。
裂缝不仅存在于月海的表面。人们可以观察到，一些裂缝在延伸时切进了月球山脉，切切实实与该地形组合在了一起。
这些裂缝与月球上其他类似裂缝的突变落差构成了一种在地球上甚为罕见的断层地形，至少在比例上地球上的断层远不如月球上的多。裂缝奇观可能会让登上月球的人联想到规模巨大的峡谷，当然它的地质和结构与峡谷截然不同。
至于裂缝的性质，人们认为，这样惊人的地面开裂是由一些现象或运动造成的，这些现象或运动在月球地形的构造过程中发挥了至关重要的作用。
在月海表面还存在着其他特殊地貌。首先便是根据色调区分开来的格子或斑点；其次是白色条痕状的辐射纹，大部分的辐射纹以某些月坑为辐射点向四面八方延伸。辐射纹大小不一，在向外辐射时会径直穿过它所遇到的各种地形。在下文中，我们将更加详细地介绍月球地表的构成。
岩壁陡峭的大裂缝的缝底风光
(1) 最初有好多种由不同作者主张的命名法。我们此处提到的盛行的命名法来自里乔利（1651）；月海的命名方法则与人们认定的月球对气象或卫生的影响有关。我们还注意到了其他类型的月海名字，例如虹湾、梦湖；有的名字则不够优雅，如凋沼；还有一些是最近才命名的，如洪堡海、南海。——译者注
月球上的空气与水
太阳圆盘与地平线交汇处的大气折射效应
月球表面的所有特点都是一成不变地被显露出来的，也就是说任何事物都无法扭曲或干扰它们的景象。人们可能会观察到月球地表形态的外貌变化，或者月面色调浓度的改变，这是照耀月球地面的太阳光线的入射变化造成的，并不能证明月面地形发生了改变。此外，我们要注意到，光线的入射角度具有不可忽视的重要性，因为在某些情况下，光影把戏会让人以为月球地形有了变化。如果穿过地球大气层进行望远镜观测时这一固有紊乱不存在，那么月球表面的样貌总是会完完全全被我们观察到，这是因为没有什么横亘在月球与我们的双眼之间。我们可以得出结论：我们的卫星没有被大气层所包围，因为大气层的厚度或质量很容易被一些明显的效应暴露出来。
有人会问：是否存在一种非常纯净以至于不会干扰望远镜观察图像细节的大气层呢？我们只有在观察月球圆盘的中心时才会获得细节清晰的图像，此时视线方向垂直于月球表面，通常情况下穿过的大气层的厚度是最薄的，但至少我们可能会在月球边缘发现折射效应，因为事实上，通过角度的叠加，此处的大气层却是最厚的，来自月球外的光线在掠过它投入人类视线的过程中会从大气层的一头穿到另一头。这正是其他天体的光线的经历——月球在围绕地球运转时会经过太阳、行星或其他恒星，用术语解释便是此时发生了日食或月掩星，那么我们本应该觉察到什么呢？
大气层横在天体光线的行进路径当中所造成的影响。人们需要透过越来越厚的大气层看到正在坠向地平线的太阳，随着厚度增加，大气层的吸收和折射效应越来越显著。
还记得
月球只是太阳系中一颗无足轻重的星球，它的唯一特殊之处——距离地球最近——使得它的轮廓在人类眼中清晰可见，成为天空中最重要的景致之一；月光驱散了夜晚的黑暗，月相的变化叫人沉醉，人类自远古以来就利用月相的演替规律来确定时间，我们可以在许多流行的说法或谚语中发现这一点，人们还赋予月亮诗意的名字——温柔的菲贝。总之，月球是最广为人知的天体。出于上述诸多原因，月球将是我们旅程的第一站。此外，作为地球的卫星，月球可以算作地球的近郊。这一郊区有多不同呢？我们将带领大家一览为快！
Lune：月球 Terre：地球 地月距离与两个天体的大小对比
地月距离
鉴于太阳系几大行星动辄距地球数百万甚至数亿千米，人们有理由相信月球真的在地球的近郊地区，因为地月距离只有384 395千米(1)。实际上，这个数字只是一个平均值，因为我们的卫星在一条偏心率相当大的轨道上运动，距离地球时近时远。无须多做考虑，我们只要记住，至少要穿越356 000千米的太空才能抵达月球。
从天文学的角度而言，这样的距离很容易被估算出来，但与地球上的常见测量值相比，这一数字就显得非常可观了，因而在考虑利用某种机械手段离开地球奔赴月球的可能性时，需要在虚空之中穿越之艰巨便可想而知！然而，我们要指出的是，无数人为了追求真理，在有生之年不断奔走，如果将其走过的路程首尾相连，这条路要比奔月的距离长得多。例如，一个老邮差若在他辛苦的职业生涯中踏遍了英国的所有铁路网，其路程总长度将超过300万千米，也就是说，几乎是在地月之间来回5次！王牌飞行员的飞行里程总计也是如此。最后，通过下面的数据，我们将更加直观地了解这一距离。假设在地球和月球之间架起一座桥，行人以每小时5千米的速度在桥上匀速行走，从不停下休息，那么他要花8年280天才能到达桥的另一端。平均行驶速度为100千米/每小时的特快列车或汽车穿过同样的距离要用160天，高速飞机要飞40天……因此，如果有一天人类找到一种方法能够真正摆脱地球引力，满足星际航行（生存）的必要条件，那么彼时的运动速度要比刚刚列举的所有速度快得多，人类只需几个小时就能登上月球……
下面，我们要关注的是月球的绕地运动。
月球表面的景观特征
(1) 根据NASA的数据，地月距离一般取384 400千米。
月球的运动及其相位
月球围绕地球的公转周期亦称为恒星月，为27天7小时43分钟11秒(1)。正是由于这一运动，月球被照亮的一面以不同的方向出现在我们眼前，我们由此欣赏到了不同月相的交替。然而，同一月相的回归需要比公转周期更长的时间，因为在月球围绕地球运动的同时，地球也在围绕太阳进行公转。例如，满月时月球恰好与太阳隔地球相对，如果此时将月轨上月球的位置有形化，月球将在27天7小时内重新回到这一点；但这时这一点将不再像以前一样与太阳相对，与初始照明方向相比，地月系统已经转了一定的角度，因此月球将不得不在其轨道上再前进一点，才会再次处于我们要求的相对位置上。正是因为月球的额外前进，同一月相的回归即会合周的平均周期为29天42小时44分钟(2)；这一周期的持续时间会随着不均匀的月球运动而有所变化，而月球运动之所以不均匀，主要是由于月球轨道的偏心率及其主轴方向的移动，月球轨道主轴完整环绕一圈的时间为18年又11天(3)。会合周又被称作朔望月或太阴月，它决定了月球上每一点的日夜交替的持续时间。事实上，尽管月球的照明条件具有明显的规律性，但要想将其讲解清楚还是相当困难的。我们刚刚提到了月球轨道主轴方向的变化，月球轨道面与地球轨道面的平均倾角为5度18角分(4)，因此我们可以想象运动中的月球轨道就像一个正在自转的陀螺的赤道，与此同时，其自转轴形成了一个垂直的圆锥。为了全面分析月球轨道的运动机制，我们需要开展丰富的研究；但在此处我们只需考虑月球运动所造成的后果，这后果影响到了月球之于太阳、地球的位置。在日地月相对位置所形成的天象中，对我们而言最为明显的便是日食或月食。
Rayons du Soleil：太阳光；N.L：新月；P.L：满月；P.Q：上弦月；D.Q：下弦月 月球相位的笼统解释 这些表象是我们在地球上的可变角度下所观察到的被太阳照亮的部分月球球体（这部分球体呈现出的度数越来越大）。外围的图形对应的月球的主要位置使之呈现出了不同的月貌，也就是我们所看到的月相。
Orbite de la Terre：地球轨道；Orbite de la Lune：月球轨道 相对于地球轨道平面，月球轨道的倾角方向可变。当两个平面的交点对应于日地连线时，经过A点的月球将遮住太阳，发生日食，而经过A’点的月球则会被地球阴影遮住，发生月食。当交点不再与日地连线相对应时，B点的新月不会遮住太阳，而B’点的满月也不会被遮住。
本书中的一幅插图已经简要解释了食的发生原理——要么是月亮横在日地之间，遮住了我们视野中的太阳圆面，要么是月亮藏进了地球球体投下并延伸的阴影里，接收不到太阳的照明，所涉及的这三个天体必然处在一条直线上。这种情况只有在月球通过其倾斜轨道平面与日地连线之间的交点时才会出现。换作其他任何朝向的月球轨道平面，当月球穿过两个交叉平面的交点时，不再正对着太阳，抑或与之相反躲进地球的阴影里；当行经地球与太阳之间时，经过升交点或降交点区域的月球在透视图上要么在太阳的上方或下方，要么在地球影锥的上方或下方。
月球被照亮的半球经过轨道不同位置，形成了变化的月相。鉴于以上照明条件的复杂性，我们对月相的解释只能是泛泛而谈。从示意图中可以看出，新月出现时，月球行至地球与太阳之间，并以未被照亮的一面朝向地球；此时，如果月球恰好处在理想的位置上，就会发生日食。这些周期性的必要条件很少会被满足，每个月的新月之时都是太阳与月球相合的时刻，也就是说月球位于天球的一个大圆上，且与黄道平面垂直。满月时恰恰相反，月球并不是正对着太阳（因为这样的话，月球就会被地球的阴影遮住，发生月食），而是位于一个从太阳对面经过的大圆上。
如果我们想要明确指出月球不同地点照明情况所造成的后果，就得面对大量需要长期研究宇宙志来看的示意图，因此我们从简解释月球的相位（此处附有这一经典解释的图示）。就仅仅记住原理吧，这一原理会让我们更好更深入地理解月球表面的景观、现象、物理环境以及各种可见的月貌。在下面的篇章中，我们会逐一介绍以上提到的各项事实。
不同视角下呈现出的在天平动作用下的月球球体细节
(1) 根据2009年由科学出版社出版的《天文学新概论（第4版）》，一个恒星月为27.32天，即27天7小时40分钟48秒。
(2) 根据2009年由科学出版社出版的《天文学新概论（第4版）》，会合周的平均周期为29.53天，即29天12小时44分钟38.4秒。
(3) 根据2009年由科学出版社出版的《天文学新概论（第4版）》，这一时间现精确为18.6年。
(4) 现月球轨道面与地球轨道面平均倾角精确为5度9角分。
月球的自转
Terre：地球 月球表面的可见性。在直线M即朝向地球的月球半球的平均边界的两侧，灰色区域根据天平动时而显现时而隐没。黑色区域是我们一直无法看到的阴暗面。
月球在围绕地球转动的同时也在进行自转，这点乍一看似乎与月球的特性不符，因为人们素来以为月球就像一幅永恒凝视我们的人像画。它那家喻户晓的轮廓，随着月相的不断增大而逐渐显露出来，直到满月时才完全展现在我们眼前。而为了让月亮的脸始终对着我们，月球在太空中的位移以及由此产生的视觉效果，必须通过月球的自转运动来得到弥补。月球自转的方向与幅度使得月球的同一点始终面对着地球，仿佛地球是车轮的枢轴，而涉及到的这一点则是连接车轴的一根辐条的末端。
上述情况是通过以下事实来实现的，即月球在围绕地球公转的同时也在自转。因此，月球始终以同一面朝向地球，至少如果月球轨道是圆形便会如此；然而，我们已经知道月球轨道明显是椭圆形的，且随着距引力中心的距离变化，月球轨道上每一点的移动速度都不一样。由此可见，几乎匀速的自转运动并不总能绝对补偿月球公转所造成的影响，因此自转速度时而慢于公转速度，时而快于公转速度，导致月球上正对着地球的同一点有时在前，有时落后。这种延伸到整个月球球体的明显摆动叫作天平动，它使我们沿着白道平面(1)的方向，在朝向地球的月球半球边界的任何一侧都能发现宽约8经度的月面。此外，由于月球的自转轴相对于白道平面有少许倾斜，垂直于经度偏移的纬度偏移交替决定了月球南北两极上方近7纬度区域的可见性，因此我们在地球上能观测到59%的月球表面，而非仅仅是月球总面积的一半。另外，这些情况对于衡量月球物理环境的研究与观测而言也是非常重要的。
(1) 指月球绕地球公转的轨道平面。
月球的体积及质量
如果我们能够同时观察并排的地球与月球，就会发现月球显得非常小，这是因为月球的直径只有3473千米，而地球的直径却长达12 756千米(1)，因此月球的体积比地球小50倍。如果现在将地球置于巨大天平的一端，另一端需堆放81个与月球类似的球体才能保持平衡。为什么质量差与体积差不相等呢？这是因为月球是由密度低于地球物质密度的材料所构成的。换句话说，如果水的密度为单位1，那么地球的平均密度为5.52，而月球的密度则降到了3.33。这就解释了为什么地月质量比大于体积比。
得知以上数据后，我们就能计算出月球表面的重力强度。假设我们能在现场通过实验进行测量，所得出的结果也不会有出入。
地月之间重力强度的比较：一个人在月球上一秒钟内掉落的距离。
月球的重力强度：运动员的体型与其在月球上可做出的跳跃的关系。
众所周知，由于地球引力的存在，所有被松开的物体都会落到地面上；出于同样的原因，我们可以对给定的重物以及一切我们需要处理的物体进行称重。在计算重力强度时，我们认为地球的引力总量集中在地球核心，地表物体下落时趋向该核心；而重力与质量成正比，与距离的平方成反比。我们可以轻而易举地想到重力强度在不同的星球上是如何变化的，因为各个行星的比例与构成都大不相同。比如：如果地球在保持质量不变的情况下具有更长的直径，那么我们在地表的重量会轻得多，而如果地球的质量不变，直径缩小，我们的重量就会增加。
一旦得知这些原理，我们很容易确定，根据月球球体的大小及其质量，月球的重力强度是地球的1/6。在月球上，如果我们把一个在地球上重1千克的物体挂到秤(2)上，该秤的指针仅指示到170克，而挂上秤的大胖子则会惊喜地发现他甚至还不到20千克！倘若我们能够生活在这一轻盈的世界里，同时肌肉力量不变，那么送货工将6麻袋煤送到您家就像只扛1袋似的轻松方便；还有人将会沉迷于惊人的杂技，即像跳蚤跳过障碍物一样跳得很远，如果在地球上，这个人肯定所向无敌。此外，在月球上，这些动作不具危险性，因为人们下落得很慢——在地球上，人体在下降的第1秒内会下落4.90米，而在月球上仅仅能下落0.81米。自然，对于高空坠物而言，我们还需考虑下落的加速度。一个从埃菲尔铁塔顶跳塔的人会在7秒8后摔得粉身碎骨；而在我们的卫星上，在相同的时间里，这位轻生者才摔下50米，但由于加速度的存在，最终他在下落19秒2后触到月球地面。
如果哪天我们能够直接看到这些事实，可能会感到非常奇特，但除此之外，这一情况对于月球物理学而言意义非凡；在对某些观察结果进行解释时，我们必须考虑到上述事实。
(1) 现代采用激光测距精确地月距离为384 400千米，再由月球的视直径和地月距离计算出月球平均直径为3474.8千米。而根据20世纪70年代人造卫星的大地精确测量，地球平均半径6371.03千米，计算出地球直径12 742.06千米。
(2) 这里指的秤运用的是压力传感原理，如弹簧秤。如果是利用杠杆原理的秤，则读数不变，因为质量在地球和月球上是相同的。
月球全貌
为了解释看到的太阳照射下的月球表面的各种起伏，强调某些枯燥无味的宇宙学知识还是非常必要的。阳光有时斜斜照进某一区域，有时正对着照耀，似乎将该地区的特征雕刻得古里古怪，使其显得比实际的更庞大，又或是似乎把该区域凹凸不平的地面拉平了，让我们不再能看到外表上的深刻变化，而只能看到对比明显的不同色调，导致该地区的景观好像被蒙上了一层马赛克，但在任何情况下，天文望远镜都能最大程度捕捉到这些令我们啧啧惊叹的变化，这些变化对于月球物理学研究而言颇具教益。
若是有人希望对我们能看到的月球表面上的所有起伏进行详细全面的描述，本书的篇幅是远远不够的。通过简单观察此处提供的照片，我们也可以看出这些照片展现的仅是整个月球圆盘的一种面貌，或是广角镜头下界定范围内的部分月貌。在类似的情况下，我们只能局限于笼统的描述，辅以某些特定点的精确细节，来了解构成月球表面特征的基本轮廓。
最早的月球图像之一，伽利略绘（1610年）。
满月摄影
从简单的视觉角度而言，月球被照亮的区域，不管是一部分还是整个月球圆盘，其亮度有强有弱。月球表面上的灰斑尤其引发我们的注意，其布局就像放大的人脸轮廓。然而，一旦我们使用光学仪器来观察月球（即使是最简陋的仪器），这一相对清晰的人脸像就不复存在了；一个简单的双筒望远镜就能发现的图像，在小型望远镜或天文望远镜的镜头下会更加清晰，它们显露出了诸多结构与色调非常复杂的细节。我们很快认识到，月貌明亮地区的地形通常都有些崎岖和抢眼，而我们看到的色调不一但均属于灰色范畴的区域，表面乍一看却是非常整齐。宇宙定律主宰了月球的表面部署，在它的影响下，月球形成的岩层整体相互关联。尽管由于上述原因这些地面起伏紧紧联系在一起，我们还是要向大家分别讲述这些不同类型的地形。
月坑
月坑的类型。下图的月坑有中央峰，上图的月坑有缺口或不完整。
当我们或在天文仪器的镜头前直接观察月球，或对着摄影术忠实复制的月球照片细细审视时，总会发现有些区域格外明亮，这是因为月球表面布满了圆形岩层，而且观察视角不同，这些圆形岩层显露出的形状也不同。当它们出现在月球圆盘的正中央时，在远方观察的我们无法感觉到圆形岩层的地势起伏，亦不能分辨出该岩层的形状；而随着这些环形区域逐渐靠向球面边缘，我们便能慢慢看到它们斜着的样子：它们变得越来越呈椭圆形状了。
这些岩层的外形首先让我们联想到了火山口。为什么会想到这样的比喻呢？我们稍后会进行解释。同时，在我们的描述中，最恰当的称呼是月坑(1)，它不仅贴合岩层的外形，还让我们对这一起伏地形的成因浮想联翩。
月球表面上分布着大量窟窿似的月坑，仿佛遭遇了巨大的炮击伤害。比任何描述都生动的摄影图像使我们可以在闲暇时观察到如此奇怪的月球山岳。在照片上我们可以看到，圆谷和众多点状的孤立高地以及山脉通常是月球表面最明亮的区域，简言之，构成这些地形的物质似乎都有一个特性，那就是与这些地形下面的最均匀的灰色调区域形成鲜明对比。这些普遍分布在大块灰色地区里的起伏、月坑以及孤峰宛若海洋上浮现的岛屿或群岛。这只是一种形象化的类比，月球的这一地形与类比所涉及的地球上的自然环境并不相同，我们使用这一比喻，仅仅是为了帮助大家想象这些凹凸不平的地势是如何从均匀的岩席里冒出来的。当人们试图弄清月球地形构造的形成原因与法则时，还需考虑到上述地貌。
虽然月坑外形具有典型特征，但每一个都有各自的特点。首先，它们的规模不同。一部分月坑幅员辽阔，其余的则一个比一个小。克拉维斯坑是我们在月球可见半球上所能看到的最大的月坑，它的直径长达220千米(2)；还有几个月坑的规模几乎不逊于克拉维斯坑，直径大于100千米的月坑是最常见的。而当我们仔细观察那些小月坑时，则会发现这些小月坑群的数量随着直径越来越小而增多。这些月坑的数量惊人，且规模非常小，有的甚至几乎超出了望远镜的可见度极限，最小的那部分月坑的直径仅在千米左右。总之，月坑的数量加起来超过了30 000个。
除了规模不同，月坑的环形结构也不同。一部分月坑无须进行深入的观察便能发现，特别是那些规模很大的月坑，但它们中有的轮廓还不如大部分规模有限的月坑清晰。其他月坑的环形没有闭合，它们看起来要么只有圆周的一部分，要么由于局部下沉或震荡运动，环形山顶的整个侧面几乎被完全吞没。这种未闭合的月坑有很多，大多聚集在大片我们即将谈到的灰色区域的边缘。
月坑剖面示意图
月坑上的日出
“哥白尼”环形山附近的一连串漏斗状地形
最后，我们还要考虑到，在这些月坑中，一部分坑底均匀平整，另一部分的中央则存在高地或山峰。除了几个特别引人注目的，几乎所有月坑都有一个本质特征，有机会的话我们会略讲一二。比起月坑的规模，它们的本质特征更能清楚地将其与地球上的火山口区别开来。事实上，月坑内部下凹，明显低于外部的环形山，环形山内侧陡峭，外侧相对平缓，我们可以联想到炮弹坑——部分土壤翻卷出来，在弹坑周围形成环形凸缘，当然月坑的规模要大得多。这样一种比喻仅仅是为了让大家清楚月坑的总体布局（一些非常小的月坑可能呈现出不同的原始特征），事实上，月坑的深度从比例上来说远不如其直径大。有了此处的剖面示意图，我们就无须进一步解释了。现在，我们要真正认识到这一差异的悬殊程度，这一点非常重要。简单的观察表明，这一差异实际上非常夸张，之后要讲述的月球山脉也同属此类。我们有必要回忆前一章关于星球照明定义的内容：阳光会越过照耀不到的星球表面边界，落在更远处的点上，当然这是因为这些点的海拔远远高出地表边界，山脉和云朵便属于这种情况。如果我们能够退到太空足够远的地方，便可以估量所有这些情况，从而充分理解上述现象。月球恰好遇到了同样的情况，仿佛在月球表面高空翱翔的我们绝对观察得到：由于地平面高低不平，我们看到的月球被照亮部分的界限，即月相的明暗界线的轮廓显得参差不齐；而更远处的部分山脊和环形高峰就像零落在黑暗中熠熠生辉的弧形碎片或光点。如果光照相当倾斜，就能使最平缓的地势起伏也变得明显起来，再加上没有什么有损清晰度的因素（如果棘手的大气层不存在），所有这些外观将更容易被发现。当路面被夜间汽车前灯的强大辐射照亮时，我们总能观察到如下现象：在白天显得非常平整的路面此时暴露出了本身的粗糙不平、起伏凹陷，道路上窟窿的轮廓显得出人意料的巨大。同理，月球明暗界线处的月坑，即使是凹陷最不明显的，也像宽广的水井一般，里面填满了深不可测的阴影；多亏了月坑在身后投射的长长的黑影，那些普通的丘峦也得以显露身影。总之，地面光照界限的轮廓总是变幻无常的。对于无法辨清细节的肉眼而言，所有这些条件都会改变明暗界线的外形——明暗界线不是规律的几何线条，而是略蜿蜒的曲线。一个视力良好的人即使没有仪器的帮助，也能通过仔细观察发现这样的月貌；正是因为在地球的近郊地区，我们可以看到月球光照的发生，得以充分认识到这些影响的重要性。让我们记住这一事实，因为它有助于我们建立必要的对照，以便对其他行星的外貌进行解释。
目前看来，如此显露出来的神奇地表形态是最有效的辅助手段，因为它首先可以用来识别出相同的地形特征，其次能够用来确定地形高度。再重复一遍，我们可以通过非常简单的仪器来测量该地表形态。伽利略的望远镜尽管性能不足、缺陷实多，却让他毫无争议地确认了月球表面崎岖不平这一真实性质；同时，根据照明界限的不同，他计算出月球山脉的海拔高度可能在8000~9000米之间。事实上，除了月球南极附近的一些山峰达到了这一高度，其他山脉的平均海拔则较为普通。说到这儿，让我们来了解一下月坑的海拔吧。
相连或嵌合在一起的月坑图像。随着月球球体边界向我们靠近，我们观察到的月坑的外形越来越走样。
根据之前的描述，我们要考虑到月坑内外侧围绕的环形山的高度。举一个明显的例子：那些差距最为悬殊的月坑的坑底与峰顶的高度相差将近6000米，而环形山占据的面积最多还不到月坑总面积的一半；至于那些地势相对缓平的地形，它们的不相称性就大大减弱了；还有一种几乎没有隆起山环的月坑，其内部深陷，像漏斗一样凿穿地面——只有那些极其小的月坑才会出现这种情况。
“哥白尼”环形山及其明亮的辐射纹，以及大量环绕着它的小型漏斗状地形。如果巴黎在月球上，按本图比例，它看起来就像一个直径2毫米左右的斑点。——威尔逊山天文台摄（加利福尼亚）
当然，我们在这里看到的只是月坑的普遍特征，实际上，我们也不可能详细讲述每一个特殊案例。被我们发现的月坑千奇百怪、各不相同：有些环形山一头到另一头的平均海拔有高有低，中间还有裂缝或断层；其他大量月坑相互连接或甚至嵌合在了一起，好像一些月坑吞没了另一些月坑的部分领域。
总而言之，在大半个月球球面上，我们看到了一个因混乱而显得乱七八糟的星球图像，但这种混乱可能只是表面上的，因为当我们仔细研究月球地形的某些特征时，就会发现它们并不是随意形成的，而是遵循了某些法则。根据法则，月球表面形成了所有这些待我们进一步研究的高低不平的地貌。
(1) 月坑由陨石撞击或月球上火山喷发而成，大部分月坑是撞击形成的。
(2) 现如今，月球上第一大撞击陨石坑为月球南极处的贝利坑。
山脉
地表所有重要隆起均可被称为山脉。根据天文望远镜中看到的景象，我们可以将月坑视为具有规律特点的环形排列的山脉。地球上的火山也具备这一性质，它们总是巍峨耸立，俯瞰着周遭地区。除了月坑周围的高地，月球上还矗立着与地球山脉多少有些相似的真正的山岳。它们或傲然独立，或簇集成群，或首尾相连，形成一条雄伟的山脉——山脉的数量很少，且很容易被找到。另外，我们还发现了各种各样具有某些整体特征的明显的山脉组合，例如有些山脉依傍在被称为“月海”的大平原边缘，有些则沿着特定走向分布。
如果说从外形上讲，月坑比月球山脉更加受到关注，那么从海拔高度的角度而言，后者却构成了最雄壮的地势起伏。在月球南极附近的莱布尼茨山脉与德费尔环形山上，有些山峰的海拔达到了8000多米，甚至超过了这一数字。从地图上看，坐落在月面中央的美丽的亚平宁山脉(1)是多么不可思议，海拔5500米的惠更斯峰因矗立在亚平宁山脉的边缘而显得更加巍峨。
这些可以与地球最高峰比肩的海拔高度证明了：与其体积相比，月球的地形起伏更大。然而请注意，月球上的海拔高度并非从相当于地球海平面的统一平面开始计算的，而是从该地形周围的地平面起算；因此如果我们按上述方法计算地球上一座屹立在深达10 000米的海底凹陷（假设海水不存在）附近的山峰的海拔，所得到的数字就会更接近月球地形的相关比例。尽管如此，人们有理由相信月球地形仍然具有优势。
上图：月球南极区域只有高山山顶被太阳照亮，峡谷则永远沉浸在黑暗之中。下图；月球亚平宁山脉上的日落
星罗棋布的月坑和山脉仿佛从那些广阔均匀的灰色区域里喷涌而出。现在，让我们来关注这些区域吧。
(1) 以意大利的亚平宁山脉命名，是月球上最大的山脉。
被称为“海洋”的灰色区域
人们用肉眼也能轻易观察到这些被称为“海洋”的灰色区域，正是它们形成了月球上著名的图像。这些灰色区域在肉眼中如此，在性能不够强大的光学仪器下也同样宛如世界地图上的海洋区域，因此早期的天文观察者认为它们是月球上的海洋也就无足为奇了。然而就文中的月球全貌图来看，尽管放大效果不佳，我们仍可以看出画面上的排布非常复杂，但是在缺乏足够精确检验的情况下，一个看似很有逻辑的先入之见往往会被大家一致认可。毋庸置疑，第一批质量粗陋至极的天文仪器绝对无法让人绘出足够精确的月貌以彻底解决这一问题……简而言之，过去的人们认为月球表面的很大一部分是“海洋”；早期月球地图上的大片灰色区域代表的便是海洋。补充一点，虽然这一错误已被纠正，但出于制图需要，“月海”这一与实际不符的名称还是被保留了下来，为了方便描述，我们将继续使用这一具有法律效力的名称。请注意，“月海”这个名字仅具有象征意义，而“月坑”却是由历代有名的天文学家或学者定下的称谓；此外，月球上的主要山脉是按地球山脉来命名的，例如阿尔卑斯山脉、亚平宁山脉，等等(1)。
里乔利所绘的月球地图（1651年）
赫维留所绘的月球地图（1647年）
月球总图——卢西恩·鲁达乌斯
月球的早期绘画之一。观察者已然将无数的月坑以及大片被称为“海洋”的阴暗区域画了上去。摘自约翰·基尔的《历象新书》，牛津，1718。
没有凸起的区域里“月海”表面的单调外貌
“静海”表面的低洼与褶皱
一般而言，月海看起来就像辽阔的平原，几乎没有起伏，只有一些硬生生从该平面崛地而起的月坑和山脉打破它的单调。我们可以清晰地看到月海的某些区域中类似海岸线的边界，其他区域则迷失在月球的山系里，这种灰色物质沿着山脉的走向形成一条条分叉支流，占据山与山的中间地带。最后，许多大型月坑平坦的圆形区域看上去竟然成了这种灰色岩席的一部分，并且被或高或低的山脊所包围。这些区域正是我们必须要强调的。然而，除了这些有限的地形要素，我们也不能以为月海因某一神奇现象从液体变为固体的海面，成为一种平整的席层。当我们谈及单调时，其他区域却恰恰相反，显得参差不齐。事实上，这些“大平原”的水平落差非常大。月海里有许多宽广的洼地，因坡度太缓而难以确定它们的边界；光斜照时更容易发现这些洼地，这与我们之前举过的道路路面被汽车前灯照亮的例子是一个道理。除了以上地形，月海还呈现出无数的皱脊，不禁让我们联想到撒哈拉沙漠的沙丘与起伏的沙面。如果说上述地面落差都不够明显，月海里还有其他清晰可见的地貌细节，它们便是被称为凹槽的巨大断口或裂缝。裂缝的可见性涉及多种条件。我们必须考虑到裂缝在月球上的位置，这一点与裂缝呈现在人眼中的视角规则息息相关。人类可以从正面看到裂缝的凹口，但最多只能看到它们的内壁。与此同时，不管裂缝在月球的哪里，我们在观察时都应注意垂直或倾斜光照的朝向——光照的方向或使裂缝里填满阴影，或使阳光完全穿透裂缝，或甚至仅使裂缝的一边被照亮。我们没有必要详细列举因这一复杂条件而产生的所有情况，况且光照方向是变化不定的。从这些裂缝以及月球地表的其他许多特征中，人们发现了一些事实，一般而言，这些事实足以解释月貌的改变、变化或暂时消失，相信大家有时一定注意到了月貌发生的变化。
“湿海”上向心且平行的大裂缝；湿海表面看起来有很多波纹。——洛维、皮瑟 摄
“特里斯纳凯尔”月坑附近月面上的大裂缝——勒莫尔旺 摄
月球表面的大型裂缝边缘
我们可以把这些裂缝称为月球的地壳。有些裂缝很小，有些很有可能存在但我们看不到，还有一些缝口大开，其宽度可达2~3千米！大多数裂缝的长度都很惊人，有些甚至延伸到几百千米长。根据上文提到的可见性条件，月球裂缝会呈现出各种各样的外形，有些裂缝的内壁几乎直直插入地壳深处，大部分的裂缝则是将地面划出一个个开口或大或小的V形切面。另外，我们很难判断这些奇特壕沟的确切深度，但无论如何，裂缝的深度都应得到重视。
裂缝不仅存在于月海的表面。人们可以观察到，一些裂缝在延伸时切进了月球山脉，切切实实与该地形组合在了一起。
这些裂缝与月球上其他类似裂缝的突变落差构成了一种在地球上甚为罕见的断层地形，至少在比例上地球上的断层远不如月球上的多。裂缝奇观可能会让登上月球的人联想到规模巨大的峡谷，当然它的地质和结构与峡谷截然不同。
至于裂缝的性质，人们认为，这样惊人的地面开裂是由一些现象或运动造成的，这些现象或运动在月球地形的构造过程中发挥了至关重要的作用。
在月海表面还存在着其他特殊地貌。首先便是根据色调区分开来的格子或斑点；其次是白色条痕状的辐射纹，大部分的辐射纹以某些月坑为辐射点向四面八方延伸。辐射纹大小不一，在向外辐射时会径直穿过它所遇到的各种地形。在下文中，我们将更加详细地介绍月球地表的构成。
岩壁陡峭的大裂缝的缝底风光
(1) 最初有好多种由不同作者主张的命名法。我们此处提到的盛行的命名法来自里乔利（1651）；月海的命名方法则与人们认定的月球对气象或卫生的影响有关。我们还注意到了其他类型的月海名字，例如虹湾、梦湖；有的名字则不够优雅，如凋沼；还有一些是最近才命名的，如洪堡海、南海。——译者注
月球上的空气与水
太阳圆盘与地平线交汇处的大气折射效应
月球表面的所有特点都是一成不变地被显露出来的，也就是说任何事物都无法扭曲或干扰它们的景象。人们可能会观察到月球地表形态的外貌变化，或者月面色调浓度的改变，这是照耀月球地面的太阳光线的入射变化造成的，并不能证明月面地形发生了改变。此外，我们要注意到，光线的入射角度具有不可忽视的重要性，因为在某些情况下，光影把戏会让人以为月球地形有了变化。如果穿过地球大气层进行望远镜观测时这一固有紊乱不存在，那么月球表面的样貌总是会完完全全被我们观察到，这是因为没有什么横亘在月球与我们的双眼之间。我们可以得出结论：我们的卫星没有被大气层所包围，因为大气层的厚度或质量很容易被一些明显的效应暴露出来。
有人会问：是否存在一种非常纯净以至于不会干扰望远镜观察图像细节的大气层呢？我们只有在观察月球圆盘的中心时才会获得细节清晰的图像，此时视线方向垂直于月球表面，通常情况下穿过的大气层的厚度是最薄的，但至少我们可能会在月球边缘发现折射效应，因为事实上，通过角度的叠加，此处的大气层却是最厚的，来自月球外的光线在掠过它投入人类视线的过程中会从大气层的一头穿到另一头。这正是其他天体的光线的经历——月球在围绕地球运转时会经过太阳、行星或其他恒星，用术语解释便是此时发生了日食或月掩星，那么我们本应该觉察到什么呢？
大气层横在天体光线的行进路径当中所造成的影响。人们需要透过越来越厚的大气层看到正在坠向地平线的太阳，随着厚度增加，大气层的吸收和折射效应越来越显著。
还记得