人类月球日:克拉维斯——月球南极地区的巨无霸

1969年7月20日人类第一次成功登月。而今天,则是人类成功登月51年纪念日——人类月球日。

在首次登月的历程中,人类第一次在月球上留下了自己的脚印。也成功的将人类的目光投向了更遥远的太空

为了纪念这一历史性时刻,小编要在今天的空中课堂中给大家介绍一个来自月球南极地区的巨无霸——克拉维斯(Clavius)撞击坑。

相信很多天文同好都曾经用望远镜观看过月球的南部高地,视场内所见差不多全是大小不一的撞击坑, 相互紧贴着, 真是蔚为奇观。这些坑洞的直径可以小至1 千米以下, 最大的可达至300 千米,差不多相等于我国宝岛台湾的南北长度。在众多的撞击坑中, 有3 座是整个近地月面上直径为最大的。居于首位的是位处月面西南端的巴伊(Bailly) 撞击坑, 直径是300 千米,而居第2 位的是第谷撞击坑以南的克拉维斯(Clavius) 撞击坑, 直径是230 千米, 位于第3 位的是直壁以南的德朗达尔(Deslandres) 撞击坑,直径是227 千米。本文同各位谈谈克拉维斯撞击坑的一些细节和有趣的现象。

克拉维斯的中心位于近地月面南纬58.6°, 西经14. 7°, 非常靠近月球的南极地域, 在投影缩减效应的影响下, 它的外形看起来呈椭圆状。克拉维斯的名字取自16世纪时的一位德国天文学家和数学家, 他被称誉为16世纪的欧几里得(Euclid)。

图1 克拉维斯位于南极区附近, 周边有很多大型撞击坑围绕。1 克拉维斯;2 莫雷;3 隆哥蒙塔努斯;4 马吉尼;5 第谷;6 德朗达尔。(本文所有图片皆为作者拍摄。图片方位:北上南下,东右西左)

克拉维斯是月球南部高地上少数最古老的撞击坑之一, 大约形成于40亿年前的酒海纪(Nectarian Period)时期,不过它的整体结构仍然保留得相当完整, 受破坏的程度相对也较少。由于克拉维斯的直径有230千米,是一座非常巨大的撞击坑, 要是知道它在月面的位置,在适当的光照下, 有些眼力超锐利的同好, 可以用肉眼辨别出来。在克拉维斯的周边有几座大型和著名的环形山。在其北方不远处是名气极大的第谷(Tycho),其东北方是直径达155千米的马吉尼(Maginus),在其西北方是隆哥蒙塔努斯(Longomontanus)、直径是145千米,直径111千米的莫雷(Moretus)则位于其东南不远处; 线)。

在未谈到如何观测克拉维斯之前, 让我们先行了解一下它的结构。由于它是一座很古老的撞击坑, 经过岁月的磨损, 以及无数次被外来物的撞击, 其本来面貌已有很大的改变。在视场内所见, 多边形的外观非常明显, 坑缘被不少细小的撞击坑占据了。最抢眼的是盘踞在其东南角和东北角的两座小坑, 分别名为拉瑟弗德(Ruthe r f u r d)和波特(Porter)。拉瑟弗德的直径约50千米, 略呈椭圆形, 坑底崎岖不平, 有一座稍为偏侧了的细小中央峰。在适当的光照下, 仔细观察, 可以看见一系列平行的小山脊从其北坑缘延伸至克拉维斯的坑底上。看看屹立在东北角的波特,它的直径稍为大了一些, 约51千米。坑缘已经受磨蚀, 南缘因受侵蚀, 比北缘低落很多, 差不多跟克拉维斯的坑高度一致。

图2 克拉维斯的坑缘被不少细小的撞击坑占据了, 最抢眼的是盘踞在其东南角和东北角的两座小坑, 分别名为拉瑟弗德(1)和波特(2)。坑底上有5座小坑排列成弧形, 可用来测试望远镜的分辨力。箭头所指是另一串有趣的小坑链。

使用望远镜进行天体观测可以提高观测的分辨率, 这是望远镜的优势之一。一架望远镜的分辨角,θ=1.22λ/D,这里λ是观测光的波长,D是望远镜的物镜口径。目视观测最敏感的光波波长为0.55微米,照相观测的敏感波长略短。望远镜物镜的口径越大,它的分辨角越小,分辨率则越高,也就是可以看清更细小的目标。克拉维斯撞击坑这里有一系列大小不等的撞击坑,可以利用它们判断一下我们所使用望远镜的分辨率。

将视线转回来, 看看克拉维斯本身的结构。整体的坑缘上都布满了很多大小不一的撞击坑, 而坑壁并不太高耸, 只是高出周边的地域约2千多米。北面的内壁仍可看到阶梯形平台的痕迹, 坑底略呈拱形, 且满布不同直径的撞击坑, 主要集中在西部。在众多的撞击坑中, 有5座排列成弧形的坑链, 直径的大小亦按排列次序而有所递减(图2)。最大的一座是位于拉瑟弗德以北的克拉维斯D(28千米)、跟着便是C(21千米)、N(13千米)、J(12千米)和JA(8千米)。

图3b 整座克拉维斯的坑缘都被照亮了, 同样地坑底的克拉维斯D和C也是一样

读者或许会有一个疑问, 就是这几座撞击坑是否由同一撞击源同时产生的? 或是偶发地排列出来的? 科学家仍未能给出一个合理的解答。聪明的读者, 你们的见解又会是怎么样呢? 另外, 这几座有趣的撞击坑一直都是天文爱好者乐于用来测试自己望远镜的分辨率, 不知道读者是否也尝试过做这样的测试呢? 再想接受更高难度分辨率的挑战, 可以尝试去寻找克拉维斯J以南不远处的一组坑链, 由3座东西向排列的小坑组成, 直径分别是5千米、4千米和3千米。目视时需要10吋(合25.4厘米)口径以上的望远镜, 同时要配合良好的视宁度; 而拍摄时便要8吋(合20.3厘米)以上的镜子应没有问题。

大约在月龄8日(农历初8或初9日), 克拉维斯的东缘便开始从黑夜中渐渐露出一线光芒来, 跟着便是一场令人看得动容的日出场景, 利用一般小型望远镜已可以欣赏整个过程(图3a~d)。最先被晨光照亮的是一些较高耸的地貌, 包括克拉维斯D和C, 以及部分的西坑缘, 视场所见是整座黑沉沉的撞击坑, 只见几处光点在闪烁着。过了一瞬间, 高升的阳光照亮了更多的地貌, 整座克拉维斯的坑缘都被照亮了, 同样地坑底的克拉维斯D和C也是一样, 这时的场景就是在漆黑一片中, 展现了一处椭圆形的光环, 内里有一对光闪闪的小眼睛在跳动。随着太阳的爬升, 很快整座环形山的细节已逐渐清晰可见。

再过大约14日后, 日落的景色也会跟着上演, 直至整座克拉维斯撞击坑消失在黑夜里。不要以为这样的日出或日落场景很随意便可看见, 真的需要运气和很多不同条件来配合。已经往生的世界知名月球观测和绘图大师夏劳晓尔(Harold Hill)先生, 为了要绘画日落在克拉维斯东缘的一剎那, 不知等了多少年月日, 最终在1988年11月3日凌晨4时多才能完成多年的心愿。不知道有多少读者曾经目睹过克拉维斯的日出或日落的情景呢?

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