我們接著討論宇宙中的行星地球的第二個(gè)問(wèn)題：地球的鄰居。

在講后面的話題之前，我們需要先簡(jiǎn)單介紹一個(gè)概念：拉格朗日點(diǎn)。我們以太陽(yáng)和地球來(lái)舉例吧。說(shuō)在太陽(yáng)和地球之間有一個(gè)小物體，一定會(huì)受到太陽(yáng)和地球的引力作用，那么能否在空間找到一點(diǎn)，在該點(diǎn)，小物體相對(duì)太陽(yáng)和地球保持靜止?fàn)顟B(tài)。我們最容易想到的是太陽(yáng)和地球的連線之間，有一個(gè)受雙方引力和離心力作用為零的地方，也就是我們現(xiàn)在看到的L1。大家可能覺(jué)得有問(wèn)題是吧？高中物理知識(shí)告訴我們，一個(gè)物體圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，它距太陽(yáng)越近，軌道周期就應(yīng)該越短才對(duì)呀。但高中物理說(shuō)的是物體受到一個(gè)天體重力作用的影響，而不是兩個(gè)?，F(xiàn)在這個(gè)物體同時(shí)受到太陽(yáng)和地球的萬(wàn)有引力對(duì)其產(chǎn)生的拉力，也就是說(shuō)，地球引力會(huì)減弱太陽(yáng)對(duì)這物體的拉力，因此增加了這個(gè)物體的軌道周期。物體距地球越近，這種影響就越大。恰好在L1點(diǎn)，物體的軌道周期等于地球的軌道周期，那就一起圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)啦。理解了L1，那么相似的影響發(fā)生在地球的另一側(cè)，或者太陽(yáng)的另一側(cè)，那就是L2點(diǎn)和L3點(diǎn)。大多數(shù)人可能只能找到這三個(gè)點(diǎn)。但科學(xué)家們還找到了L4，L5，也就是在以兩天體連線為底的等邊三角形的第三個(gè)頂點(diǎn)上。此點(diǎn)穩(wěn)定的原因在于，它到兩大物體的距離相等，其對(duì)兩物體引力之比，正好等于兩大物體的質(zhì)量之比。因此，兩個(gè)引力的合力正好指向該系統(tǒng)的質(zhì)心，合力大小正好提供該物體公轉(zhuǎn)所需的向心力，使其旋轉(zhuǎn)周期與質(zhì)量較小的天體相同并達(dá)成軌道平衡。

理解了拉格朗日點(diǎn)，那么我們?cè)賮?lái)解釋月球的產(chǎn)生，就非常容易了。科學(xué)家們認(rèn)為，地球曾經(jīng)在太陽(yáng)周圍的軌道里并不孤獨(dú)，因?yàn)槟鞘菗碛幸活w名叫“忒伊亞”的姊妹行星，它同火星大小差不多，并以60度角從我們的藍(lán)色地球前面或者后方經(jīng)過(guò)，也就是前面說(shuō)的L5的位置。大約45億年前的一天，“忒伊亞”突然撞上地球；它的大部分物質(zhì)都被地球吸收，但是有一大塊被炸飛，并與地球物質(zhì)結(jié)合，形成月球。上面的這個(gè)動(dòng)畫是以一年為步進(jìn)，地球位置不變。視角是從地球南極看上去。為什么我們會(huì)有這樣一個(gè)大碰撞學(xué)說(shuō)呢？因?yàn)閷?duì)我們這么大的行星來(lái)說(shuō)，月球這顆衛(wèi)星實(shí)在有些大，而且它還擁有與地球類似的金屬同位素。目前只有星體碰撞能將這兩個(gè)問(wèn)題解釋清楚。

現(xiàn)在地球上的資源衛(wèi)星很多，它們的軌道周期一般是根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的，但它們總是會(huì)有一部分時(shí)間跑到地球的背日面去了，其實(shí)那個(gè)時(shí)候也就不能觀測(cè)什么了，只能觀測(cè)地球夜晚的燈光。當(dāng)然，現(xiàn)在根據(jù)夜燈的遙感數(shù)據(jù)也能做很多分析了，比如燈光越強(qiáng)代表這個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)。如果我們在L1點(diǎn)放一顆衛(wèi)星，那么這顆衛(wèi)星能觀測(cè)什么？顯然，它將是從地球接受太陽(yáng)光的那一面對(duì)地球進(jìn)行持續(xù)的實(shí)況探測(cè)。1998年，時(shí)任美國(guó)副總統(tǒng)戈爾就提出了一個(gè)想法，要用這樣的衛(wèi)星來(lái)“更清晰地展示我們的世界”，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布出來(lái)，以此提高人們對(duì)地球環(huán)境脆弱性的意識(shí)。這顆衛(wèi)星其實(shí)兩年后就造好了，但一直沒(méi)有發(fā)射，因?yàn)橛腥朔磳?duì)這顆衛(wèi)星濃濃的政治味道。時(shí)隔15年之后，由于監(jiān)測(cè)太空天氣的需要，就重新提上了發(fā)射日程，并被更名為深空氣候觀測(cè)衛(wèi)星（DSCOVR）。

深空氣候觀測(cè)衛(wèi)星（DSCOVR）離地球的距離比月球還遠(yuǎn)，約160萬(wàn)公里，那么當(dāng)然就有機(jī)會(huì)觀測(cè)到月球從地球前方掠過(guò)的景象，你看，這張圖上，月球就像炸彈一樣飛來(lái)，所以該照片一般稱為“炸彈照片”。觀測(cè)衛(wèi)星在這個(gè)地方拍攝月球掠過(guò)的照片，一年只能拍到2次。

說(shuō)到拉格朗日點(diǎn)L1，其實(shí)L2也有非常重要的用途。前面提到的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，雖然遠(yuǎn)離了地球大氣層，但還是離地球挺近的，約在575公里上空。能否再遠(yuǎn)一點(diǎn)呢？那就是準(zhǔn)備放在L2的韋伯望遠(yuǎn)鏡，它將在距地球150萬(wàn)公里的軌道上。望遠(yuǎn)鏡、地球和太陽(yáng)三點(diǎn)一線，相對(duì)位置始終保持不變，且望遠(yuǎn)鏡可以一直保持背向太陽(yáng)和地球的方位，易于保護(hù)和校準(zhǔn)。更重要的是，因其受到其它星體的引力干擾最小，不必來(lái)回調(diào)整方位，可節(jié)省大量燃料。她可以在那里安心去拍攝宇宙的嬰兒照了。韋伯望遠(yuǎn)鏡還在建造中，原本2010年就要發(fā)射的，卻被一推再推，推到了2018年發(fā)射，我們祝福她能順利發(fā)射。【注】該視頻課程于2017年拍攝。根據(jù)最新的消息：由于各種原因，導(dǎo)致該項(xiàng)目嚴(yán)重超支，發(fā)射時(shí)間繼續(xù)推遲，最新預(yù)估總耗費(fèi)高達(dá)96.6億美元，發(fā)射時(shí)間改為2021年3月30日。

現(xiàn)在讓我們?cè)倩氐降厍颍赝幌绿?，離地球最近的就是月球了。不知道大家是否注意到，為什么會(huì)發(fā)生日全食，為什么月亮能恰好擋住了整個(gè)太陽(yáng)？換一句話說(shuō)，從地球上觀察，只有月球與太陽(yáng)是一樣大，月亮才能恰好擋住了整個(gè)太陽(yáng)。的確如此，月球與地球的平均距離約為38萬(wàn)公里，太陽(yáng)與地球的平均距離約為1.5億公里。兩數(shù)相除，約等于395。太陽(yáng)的直徑約為1392萬(wàn)公里，月球直徑約為3476公里，兩數(shù)相除，約等于400。那么，地球上觀察月亮與太陽(yáng)就是一樣大。是不是很神奇？也很巧合？

月球還有一個(gè)特征，其自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相同。翻譯成更通俗的語(yǔ)言就是，月球永遠(yuǎn)以同一面朝向著地球。這在天體物理學(xué)上稱為潮汐鎖定。也就是說(shuō)，一直以來(lái)我們重來(lái)沒(méi)有看見(jiàn)過(guò)月亮的背面。直到1950年代晚期，我們對(duì)月球背面的認(rèn)識(shí)還是很少。1959年10月，前蘇聯(lián)的太空船傳回月球背面的第一張照片。再之后呢，我們有了月球衛(wèi)星，對(duì)月球背面的了解就更詳細(xì)了。右邊這張照片就是月球背面的情況，大家可以看到，月球的兩個(gè)面相差還是比較大的。

另外，月球軌道的離心率會(huì)造成軌道速度的變化，使地球的觀測(cè)者可以多觀測(cè)約6°的偏移。這樣的情況，很早就受到了天文學(xué)家們的關(guān)注。右邊這張圖，就1647年由約翰·赫維繪制的的月面圖集，這是世界上第一張包含天秤動(dòng)區(qū)域的月面圖?！緞?dòng)圖要看視頻喲】

大海之水，朝生為潮，夕生為汐。到過(guò)海邊的人一般都知道潮汐現(xiàn)象，但要合理解釋其機(jī)理呢，需要一定的觀測(cè)。古希臘哲學(xué)家柏拉圖認(rèn)為：地球和人一樣，也要呼吸，潮汐就是地球的呼吸。中國(guó)古代就發(fā)現(xiàn)了潮汐現(xiàn)象與月球之間的關(guān)系。比如《海潮圖序》這本書中說(shuō)：潮之漲落，海非增減，蓋月之所臨，則之往從之；《論衡》這本書中說(shuō)：濤之起也，隨月盛衰。牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力后，提出了潮汐是由于月球和太陽(yáng)對(duì)海水的吸引力引起的假設(shè)，從而科學(xué)地解釋了潮汐產(chǎn)生的原因。

離開(kāi)了月球，再遠(yuǎn)一些就是離地球最近的兩顆行星，金星和火星。金星又稱啟明星，天亮前后，東方地平線上有時(shí)會(huì)看到一顆特別明亮的“晨星 ”，人們叫它“啟明星”；而在黃昏時(shí)分，西方余輝中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一顆非常明亮的“昏星”，人們叫它“長(zhǎng)庚星”。這兩顆星其實(shí)是一顆，即金星．在中國(guó)民間稱它為“太白”或“太白金星”，西方稱“維納斯”（Venus）。天文符號(hào)：♀，與生物學(xué)上表示雌性的符號(hào)是一樣的。

再來(lái)說(shuō)說(shuō)我們的鄰居火星。從地面上觀察，火星上可以看到數(shù)百條像“運(yùn)河”的條帶，早期的時(shí)候，就有人猜測(cè)，嗯，火星上一定是有高等智慧生物的存在，而且這樣的想法還一度深入人心。

20世紀(jì)初，望遠(yuǎn)鏡技術(shù)的發(fā)展，使人們終于看清了所謂的火星運(yùn)河，其實(shí)是自然地貌，光譜分析也明確了大氣成分，沒(méi)有足夠的氧氣，火星表面也沒(méi)有水，應(yīng)該是一個(gè)干旱的環(huán)境。

那么火星上究竟有沒(méi)有生命，它是我們的過(guò)去，還是未來(lái)，其實(shí)到現(xiàn)在也還沒(méi)有人能說(shuō)清楚。

天文符號(hào)：♂，與生物學(xué)上表示雄性的符號(hào)是一樣的。

2012年11月2日，火星探測(cè)車“好奇”號(hào)登陸火星，對(duì)火星的大氣成分進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示并無(wú)甲烷存在的跡象，而之前通過(guò)遠(yuǎn)程傳感器卻探測(cè)到了這種氣體的存在。為什么我們這門關(guān)注火星上的甲烷呢？大家如果有興趣，可以看看我在《中國(guó)科學(xué)報(bào)》上寫的這樣的一篇小文章，好奇號(hào)為何苦尋甲烷。

太陽(yáng)系還有更多的行星，我們就不一一一講解了。但是我這里要提一下的是，曾經(jīng)的冥王星現(xiàn)在已經(jīng)不再歸為太陽(yáng)系的行星行列了，屬于矮行星。

還有一個(gè)概念，叫天球，它是假想的一個(gè)與地球同心的圓球，并有相同的自轉(zhuǎn)軸，半徑無(wú)限大。天空中所有的物體都可以當(dāng)成投影在天球上的物件。教科書上有詳細(xì)的講解，希望大家能閱讀書籍進(jìn)行理解。本節(jié)內(nèi)容到此結(jié)束。