高一地理 研究性学习探究建立月球基地 人教版必修1

1 探究建立月球基地探究建立月球基地 月球资料 月球是地球唯一的天然卫星 是距离我们最近的天体 它与地球的平均 距离约为 384401 千米 它的平均直径约为 3476 千米 比地球直径的 1 4 稍大 些 月球的表面积有 3800 万千米 还不如我们亚洲的面积大 月球的质量约 7350 亿亿吨 相当于地球质量的 1 81 月面重力则差不多相当于地球重力的 1 6 月球上面也有高山 深谷和平地 我们肉眼看到的月球正面明亮部分 是 山脉和高原 其最高峰高达 9000 米 它们主要由浅色斜长岩组成 反射阳光较 多 看到的暗色区域是月球上的平地 也叫月海 它是由暗色玄武岩组成 反 射阳光较少 用望远镜观察月球 会发现月球分布着许多环形山 也叫月坑 如同一个 个体育场 它们是宇宙物体冲击月面和火山活动的产物 月球上没有空气没有水 月球只有微不足道稀薄的大气 这些大气的来源之一是除气作用 气体的 释放 例如月球表面的氡气原先就是深藏于月球内部的 有时 太阳风也会被 月球的引力掳获 成为气体的另一重要来源 月球在离地球远去 离开地球的平均速度为每年 5 8 厘米 月球上中心部分中午的温度高达 120 夜里 0 以下 月食时 没有阳光 照射 温度低达零下 117 月球的年龄约为 45 亿年 月球并非圆球体 南北极半径比它的赤道半径短 500 米 2 月球与地球距离 公里 绕地球一周所需的时间 天 小时 分 两次满月之间的时间 天 小时 分亮度 是太阳亮度 的 月球是一颗 同步卫星 因此 月球的正面永远向着地球 另一方面 除了 在月面边沿附近的区域因天秤动而间中可见以外 月球的背面绝大部分不能从 地球看见 在没有探测器的年代 月球的背面一直是个未知的世界 月球背面 的一大特色是它几乎没有月海这种较暗的月面特征 而当探测器运行至月球背 面时 它将无法与地球直接通讯 在月壳上是一层表面呈尘埃状的岩石层 称为月壤 月壤并不是土壤 月 壳和月壤在月面的分布并不均匀 月壳的厚度由 60 公里 月球正面 至 100 公 里 月球背面 不等 月壤则由约 5 米 月海 至十多米 月陆 月球的轨道运动 月球以椭圆轨道绕地球运转 这个轨道平面在天球上截得 的大圆称 白道 白道平面不重合于天赤道 也不平行于黄道面 而且空间位 置不断变化 周期 173 日 月球的自转 月球在绕地球公转的同时进行自转 周期 27 32166 日 正好 是一个 恒星月 所以我们看不见月球背面 这种现象我们称 同步自转 几 乎是卫星世界的普遍规律 一般认为是行星对卫星长期潮汐作用的结果 天平 动是一个很奇妙的现象 它使得我们得以看到 59 的月面 主要有以下原因 1 在椭圆轨道的不同部分 自转速度与公转角速度不匹配 2 白道与赤道的交角 一种假说 有科学家提出假说 认为还有相当含量的水在月球之上 例如 在表面或深藏在月壳里 美国克莱门汀任务显示 一些细小的水冰冰块 含水 彗星撞击后的碎片 可能藏在永久无日照区域的月壳里未被融化 虽然这些冰 块很小 但总水量却可能相当可观 约有 1 立方公里 ps 为什么月球会成为人类的另一个家园 显然这个说法并不成立 从目 前的科学论证来说 月球没有可供人类生存的条件 自然谈不上成为人类家园 这个说法原由应该是因为地球和月亮的距离较近 是地球人类目前可以踏入的 另一星球 地球的邻居 3 未有定论的月球起源未有定论的月球起源 目前有关月球起源的说法有三种 第一个假说是月球和地球一样 是在 46 亿年前由相同的宇宙尘云和气体凝聚而成的 第二个假说是月球系由地球抛离 出去的 抛出点后来形成太平洋 第三个假说是月球为宇宙中个别形成的星体 行经地球附近时被地球重力场捕获 而环绕地球 原本多数科学家相信第一种 说法 也有少数相信第二种说法 可是自从太空人登上月球 取回不少月球土 壤 经化验分析知道月球成分和地球不同 地球是铁多硅少 月球是铁少硅多 地球钛矿很少 月球却很多 因此证明月球不是地球分出去的 第二种说法站 不住脚了 同样的原因 也使得第一个假说动摇了 因为 如果地球和月球是 在 46 亿年前经过相同过程形成的 那么成分应该一样才对 为何差异会那么大 呢 所以 科学家只好也放弃第一种说法 只剩第三种说法了 可是如果是其 它地方飞来的星体 飞进太阳系后 太阳引力比地球引力大很多倍 照理讲月 球应该受到太阳的引力而飞向太阳 不是受到球的引力而留在地球上空的 这 三种 正统科学家 提出的假说 没有一项能解答所有疑问 也没有一项经得 起严格的质问 事实上 时至今日 月球来自何处 仍是天文学未定之论 也因此任何人都可以提出自己月球起源的看法 不管多离奇 他人是不能用任 何 小科学 的字眼来批评的 4 人类登月探索 人类登月探索 第一件到达月球的人造物体是前苏联的无人登陆器月球 2 号 它于 1959 年 9 月 14 日撞向月面 月球 3 号在同年 10 月 7 日拍摄了月球背面的照片 月 球 9 号则是第一艘在月球软著陆的登陆器 它于 1966 年 2 月 3 日传回由月面上 拍摄的照片 另外 月球 10 号于 1966 年 3 月 31 日成功入轨 成为月球第一颗 人造卫星 在冷战期间 美利坚合众国和前苏联一直希望在太空科技领先对方 这场 太空竞赛在 1969 年 7 月 20 日第一名人类登陆月球时进入高潮 美利坚合众国 阿波罗 11 号的指令长尼尔 阿姆斯特朗是踏足月球的第一人 而尤金 塞尔南 则是最后一个站立在月球上的人 他是 1972 年 12 月阿波罗 17 号任务的成员 参看 月球宇航员列表 阿波罗 11 号的太空人留下了一块 9 英吋乘 7 英吋的不锈钢牌匾在月球表面 以纪念这次登陆及为有可能发现它的其他生物提供一些资料 牌匾上绘有地球的两面 并有三名太空人及当时美利坚合众国总统尼克逊 的签署 6 次的太阳神任务及 3 次无人月球号任务 月球 16 20 24 号 把月球上 的岩石及土壤样本带回地球 在 2004 年 2 月 美利坚合众国总统乔治 沃克 布什提出于 2020 年前派 人重新登月 欧洲航天局及中华人民共和国亦有计划发射探测器前往月球 欧 洲的 Smart 1 探测器于 2003 年 9 月 27 日升空 并于 2004 年 11 月 15 日进入绕 5 月轨道 它将会勘察月球环境及制作月面 X 射线地图 中华人民共和国亦积极开展探月计划 并寻求开采月球资源的可行性 尤其是 氦同位素氦 3 这种有望成为未来地球能源的元素 有关中华人民共和国探月计 划 见嫦娥工程条目 日本及印度亦不甘后人 日本已初步订出未来探月的任务 日本的宇宙航 空研究开发机构甚至已著手计划的有人的月球基地 印度则会先发射无人绕月 探测器 Chandrayan 球体成分及可利用资源 月壳由多种主要元素组成 包括 铀 钍 钾 氧 硅 镁 铁 钛 钙 铝 及氢 当受到宇宙射线轰击时 每种元素会发射特定的伽玛辐射 有些元素 例如 铀 钍和钾 本身已具放射性 因此能自行发射伽玛射线 但无论成因 为何 每种元素发出的伽玛射线均不相同 每种均有独特的谱线特征 而且可 用光谱仪测量 直至现在 人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量 现时太空船的测 量只限于月面一部分 月球有丰富的矿藏 据介绍 月球上稀有金属的储藏量比地球还多 月球 上的岩石主要有三种类型 第一种是富含铁 钛的月海玄武岩 第二种是斜长 岩 富含钾 稀土和磷等 主要分布在月球高地 第三种主要是由 0 1 1 毫 米的岩屑颗粒组成的角砾岩 月球岩石中含有地球中全部元素和 60 种左右的矿 物 其中 6 种矿物是地球没有的 科学家指出 要开发月球必须对月球进行全面的探测 了解月球的资源 并逐步对资源进行开发 月球的矿产资源极为丰富 地球上最常见的 17 种元素 在月球上比比皆是 以铁为例 仅月面表层 5 厘米厚的沙土就含有上亿吨铁 而整个月球表面平均有 10 米厚的沙土 月球表层的铁不仅异常丰富 而且便于 开采和冶炼 据悉 月球上的铁主要是氧化铁 只要把氧和铁分开就行 此外 科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法 在月球表层 铝 的含量也十分丰富 月球土壤中还含有丰富的氦 3 利用氘和氦 3 进行的氦聚变可作为核电站 的能源 这种聚变不产生中子 安全无污染 是容易控制的核聚变 不仅可用 于地面核电站 而且特别适合宇宙航行 据悉 月球土壤中氦 3 的含量估计为 715000 吨 从月球土壤中每提取一吨氦 3 可得到 6300 吨氢 70 吨氮和 1600 吨碳 从目前的分析看 由于月球的氦 3 蕴藏量大 对于未来能源比较紧缺的 地球来说 无疑是雪中送炭 许多航天大国已将获取氦 3 作为开发月球的重要 目标之一 月球表面分布着 22 个主要的月海 除东海 莫斯科海和智海位于月球的背 面 背向地球的一面 外 其他 19 个月海都分布在月球的正面 面向地球的一 面 在这些月海中存在着大量的月海玄武岩 22 个海中所填充的玄武岩体积 约 1010 千米 3 而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛 铁等资源 若假设月海玄武 岩中钛铁矿含量为 8 或者说二氧化钛含量为 4 2 则月海玄武岩中钛铁矿的 总资源量约为 1 3 1015 1 9 1015 尽管这种估算带着很大的推测性与不确 定性 但可以肯定的是月海玄武岩中丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的 最重要的矿产资源之一 克里普岩是月球高地三大岩石类型之一 因富含钾 稀土元素和磷而得名 6 克里普岩在月球上分布很广泛 富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期 月海玄武岩所覆盖 克里普岩混合并形成高灶和铀物质 其厚度估计有 10 20 千米 风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为 225 亿至 450 亿吨 克里 普岩中所蕴藏的丰富的钍 轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源 之一 此外 月球还蕴藏有丰富的铬 镍 钠 镁 硅 铜等金属矿产资源 将 为人类社会的可持续发展出贡献 月球圈层结构月球圈层结构 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 月球震源的位置位于 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化的结果 地球资料地球资料 地球是太阳的从里往外数第三颗行星 距太阳大约有 150000000 公里 地球每 365 256 天绕太阳运行一圈 每 23 9345 小时自转一圈 它的直径为 12756 公里 只比金星大了一百多公里 地球是太阳系中唯一已知存在生命的行星 它快速的自转与富 含镍铁熔岩的地核共同形成了一个巨大的磁气圈 在太阳风的吹拂 下 磁气圈的形状被扭曲成水滴状 它与大气一同担当了阻止来自 7 太阳和其它天体有害射线的任务 地球的大气还使我们免受流星雨 的袭击 大多的陨石在它们到达地面前便已烧毁了 地球是一个活跃的行星 根据板块构造说 地壳由几大板块构 成 这些板块漂浮在炽热的地幔上缓慢移动 它的运动方式基本有 两种 扩张和缩小 扩张运动表现为两个板块相互远离 地下岩浆 涌出形成新的地壳 缩小运动表现为两个板块相互碰撞 一个板块 钻到另一板块的下面 在地幔的高温中逐渐消融 在板块交界处常 常存在许多巨大的断层 地震频繁 火山众多 地球的外壳非常年 轻 它不断受到大气 水和生物的侵蚀 并在地质运动中不断地重 建 所以地球表面没有像月球那样坑坑洼洼地遍布陨石坑 这样的 地壳构造在太阳系中是独一无二的 质量 5 976e 24 kg 赤道半径 6 378 14 km 平均密度 5 515 gm cm 3 平均日距 149 600 000 km 自转周期 0 99727 天 公转周期 365 256 天 平均轨道速度 29 79 km sec 赤道地表重力 9 78 m sec 2 赤道逃逸速度 11 18 km sec 平均地表温度 15 C 大气压 1 013 bars 大气组成 氮 77 氧 21 其它 2 8 月球基地月球基地 月球基地是指人类在月球上建立的生活与工作区域 在月球上建立基 地 主要有以下目的 更好地开展天文观测等科学活动 在月球上建立空间 发电站供地球使用 开发月球各种矿物资源 为人类向更远的目标探索提供 一个落脚点 为飞向更远的行星的飞船提供建造材料甚至提供推进剂 为更 远的将来人类向月球移民打前站 向月球发射一艘宇宙飞船 代价已经十分 高昂 建造月球基地将花费更大的成本 因此 到目前为止 月球基地还处 在一般性探讨阶段 月月球球基基地地的的构构想想 建造月球基地与建造太空城市一样 对于普通人来说是一件不可思议 的神奇事儿 但这件神奇的事儿却早已明确摆在了科学家面前 他们不仅对 之进行了长期探索 而且正在准备进行具体实施 美国是最先决定创建月球基地的国家 据报道美国已决定耗资1000 亿 美元 建立临时月球太空城 这一计划将分阶段进行 最初建立临时基地 人数从十几人逐步增加到数十人 他们将在月球进行矿物开采和冶炼试验 并为建造永久基地做准备 2007 年建成中小型永久基地 人数增加到百余 人 逐步形成从开采 冶炼到运输的整套生产系统 最后是在月球上建成一 个可以容纳千人的月球城 各种类型的生产 生活 娱乐设施日趋完备 物 资自给自足有余 还可以 出口 地球 美国的这一月球基地蓝图 占地 8000 平方米 是一座圆形 3 层建筑物 直径 64 米 每层高 4 5 米 屋顶由混凝土建造 再覆以月球土 厚0 7 9 2 5 米 墙壁分内外两部分 外墙 6 层 厚 1 4 米 内墙厚 2 5 米 内 外墙中间夹 0 7 米厚的月球土 主要用于防宇宙射线 太阳风 以及陨石的 撞击 另外建筑物中间还有一个圆形防空洞 一旦建筑物受损 大气外泄 人可以躲入其中避难 与此同时 日本由未来工程学研究所牵头 召集能代表日本水平的大学 研究所以及 20 多家企业的技术专家 成立了 月球基地与月球资源开发 研究会 也提出了一份月球基地的建设蓝图 这一蓝图计划分为5 个阶 段实施 第一阶段从本世纪末到下世纪初 主要对月球进行调查探测 用机 器人为基地选址 绘出月球资源分布图 第二阶段从2004 年开始 建设可 供 6 8 人居住的直径为 6 米 长为 11 米的基地 人们可以不定期地在这 里工作 时间为几天到几周 2010 2020 年为第三阶段 基地扩大到可供 8 32 人居住 建成可防止阳光强烈辐射的保护装置 工作人员可在这里连续 工作 3 12 个月 2020 2030 年为第四阶段 基地进一步扩大 工作人员 增至 64 125 人 居住时间长达 1 5 年 逐步解决氧气自给问题和农场建 设问题 2030 年以后进入第五阶段 基地做到完全自给自足 开始进行能源 生产 月球和地球之间开辟定期航线 使月球基地成为人类在地球以外建立 的第一个真正的太空居民点 人类要在月球表面正常生活居住 首先离不开必不可少的淡水和氧气 而月球上既没有水又没有空气 这怎么办呢 科学家发现月球的沙土含有很 多的氧 他们便提出了用月球沙土制造淡水和氧气的设想 这一设想是先用 铲车自动挖掘月面的沙土 从中选出含氧的铁矿物 然后用氢使含氧铁矿物 还原 便可制得淡水了 有了水 通电使水电解 得到的是氧气和氢气 氧 气经液化贮存 随时可向基地居民供应 最初用作还原剂的氢可以从地球上 运来 生产开始后电解水获得的氢即可循环使用 据估计 190 吨月球沙 土含有 15 16 吨含氧铁矿物 可制得 1 吨氧气 而 1 年只需要生产 1 吨氧 便可维持月球上 10 人生存的需要 其次 人类要在月球自给自足系统中生活 还必须保证食物供应 食物 从哪里来呢 近几年来 科学家在 太空站上进行了大量的生物实验 先后 培育出了 100 多种 太空植物 其中包括小麦 玉米 燕麦 大豆 西红 柿 萝卜 卷心菜 甜菜等 而且证明在太空失重条件下 在月球土壤中植 物种子发芽率更高 生长更快 开花或抽穗时间更早 科学家还对一些动物 进行了试验 证明失重状态不会影响新生命的诞生 在太空站里 果蝇能像 在地球上一样交配 产卵 繁殖后代 蜜蜂会筑巢 蜂王照样生儿育女 送 上飞船的 60 只鹌鹑蛋 返回地面后仍能孵化出小鹌鹑 在飞船上搁置了5 9 天的鱼卵 回到地面全都顺利地孵出了鱼苗 哺乳动物也不例外 雌鼠 雄鼠放在笼子里送上太空 照样合欢同居 雌鼠照样受孕怀胎 回到地面后 产下了第一代 太空鼠 因而只要在月球上建立起月球农业和养殖业基地 月球上人的食物来源是有充分保障的 10 第三是月球基地的能源供应更不成问题 因为月球上无风无雨 晴朗无 阴 终日有阳光照射 而且没有大气吸收 太阳的辐射强度大约是地球上的 1 5 倍 因此 月球上完全可以利用太阳能来照明 供热 采暖 发电 当 然 必要时还可以在月球上建立核电站 以保证基地能源的充足供应 建立月球基地需要满足哪些条件建立月球基地需要满足哪些条件 基地首先要有能源 制造空气 水 维持温度恒定 植物生长都需要能源 没有 能源的话一切人类活动都无法进行 月球上有充足的太阳能可以使用 另外 在 月球土壤中 有一种叫氦 3 的物质 是非常优质的核燃料 类生存需要空气 月球土壤中含有一定的氧化物 分解后可用于制造氧气 但 遗憾的是月球上没有原料去制造氮气 目前科学界的两种解决办法是 1 用氦气 代替氮气 月球上有丰富的氦元素 这种方法对人体有一定的危害 2 从地球运 输 这种方法技术上没问题 但成本极高 水的话 最近的探测器结果表明 月球有极少数地方有冰存在 加热可形成水 另 一种方法是 利用月球上丰富的氢 氧元素合成水 这种方法成本十分高 月球土壤和岩石中有大量植物所需的矿物质元素 利用现有的无土栽培技术 在 上述条件满足的情况下 可以实现植物生长 月球基地应具有生产 生活 科研的功能 应在最大程度上实现自给自足 但 建设基地初期需要的建设材料 必需从地球上带 因为月球上没有 月球上没有地震 但小心 时不时会有陨石从天上掉下来砸坏屋顶的 月球表面自然状况月球表面自然状况 月表无大气 只是在月球表面几十公分的空间范围内有一定数量的游离态氢 钠 镁等元素 使得这一空