第1章

地球的誕生大約在46億年前，

距離銀河系中心3萬光年之處聚集了一團氣體。

這些受到重力作用互相吸引而聚集的大量氣體

最終形成了太陽。

而在太陽周圍旋轉的物質也形成了地球，

於是地球誕生了。

10

太陽系的誕生

在流動的塵埃之中形成的太陽系

在銀河系之外誕生的太陽系

距今約46億年前，漂浮在距離銀

河系中心2萬7000光年的圓盤（Disk）

上的星際物質（由氫和氦構成的氣體和

微小的塵埃），開始聚集成一個塊狀固

體。

這些星際物質在各自的引力作用

下聚集的同時開始旋轉，逐漸結合成一

個巨大的球殼狀物體；而星際物質也在

不斷落入球殼中心的同時，朝球殼的赤

道面（圓盤面）聚集，慢慢變成圓盤

型。

聚集在圓盤中心的星際物質持續

收縮，密度也愈來愈高；隨著密度不斷

升高，圓盤中心的溫度也漸漸提高，進

而能夠散發高熱，於是，成為太陽原型

的原恆星就此誕生。

此後，原恆星仍持續成長，當中

心部的溫度超過1000萬℃之時，原恆星

開始產生氫轉變成氦的核融合反應，不

久就成長成主序星，這就是太陽的誕

生。

由於太陽能持續發光發熱100億

年，因此現在的太陽，應該還處於生命

的半途而已。

類地行星的誕生

如此誕生的太陽，由99.8％形成太

陽系的物質集合而成。由於太陽這顆能

夠自體發光、發熱的恆星內部，活躍地

進行著核融合反應，因此產生並釋放出

大量、高溫的電漿。

從星際物質到原恆星、恆星的演變

在外太空漂流的星際物質因

相互間的重力影響而開始聚集、

旋轉。

在這些星際物質密度不斷提高

的同時，也慢慢往旋轉的赤道

面（圓盤面）聚集，於是在中心

就誕生了原恆星。

當原恆星成長成恆星開始發

光之後，星際物質更加倍往赤

道面聚集，因此行星就在赤道

面上誕生了。成長到這個階段，

至少需要 10萬年到 1000萬年以上的時間。

10

第1章

地球的誕生

這些被釋放出來的電漿稱為太陽

風，太陽風能將周圍的星際物質一起運

送至遠方。於是，重量愈輕的氣體會

被太陽風帶得愈遠，而含有岩石的微粒

子等物質的沉重塵埃就會停留在太陽附

近。

最後，太陽附近的岩石微粒等受

太陽引力影響開始聚集，在不斷反覆撞

擊與合體之下形成微行星。微行星也同

樣會在不斷反覆撞擊與合體之下發展成

更大的行星。

在這樣情況下形成的水星、金

星、地球及火星被稱為「類地行星」，

亦稱作「內行星」。所有的類地行星皆

為岩石構成的硬行星，與接下來要介紹

的巨大行星相比要來得小是其特徵。

以地球來說，從塵埃開始聚集到

現在的大小為止，一般認為約耗費了

3000萬年。

巨大行星的誕生

在距離太陽較遠之處，以氣體為

中心所形成的，是被稱為類木行星的木

星和土星。

在由氣體和塵埃形成的星雲之中，星星正慢慢成型。而在星雲中心處開始發光的原恆星，終究也會逐漸發展成恆星。太陽

系應該也是在46億多年前以這樣的方式形成的。（插圖：NASA/JPL-Caltech）

核融合反應　複數的原子融合產生新的原子的反應

稱為核融合反應。在太陽內部，核融合反應能夠讓

4個氫原子結合成1個氦原子；其他的恆星也會因為相同的核融合反應而釋放出能量。

電漿　原子是由質子、中子和電子所構成，一旦氣體溫度

過高，便會使電子開始游離、自由飛舞，我們稱此一現象

為電離；而因電離作用所產生的含有帶電粒子的氣體，就

是電漿。

補充解說

11

由於木星和土星的軌道周圍距離

太陽相當遙遠，因此與地球相比，它們

受到太陽引力的影響相對的比較弱。於

是行星間的距離也就比較遠，每一個行

星能吸引到的星際物質的量也就增多

了。也因此，類木行星的形成期比類地

行星來得更長。

在所有的太陽系行星之中，木星

和土星也是其中最大的兩顆行星，木星

約為地球的11倍大，土星約為9倍大。

但是由於木星和土星是由氣體所構成，

因此重量非常輕，特別是土星甚至輕到

能漂浮在水面上。

在距離太陽更遠的地方，由於低

溫的關係，由冰為主體的氣體行星也慢

慢形成了。天王星和海王星就是這一類

的行星，名為類天王星型行星。由於類

天王星型行星也比類地行星還要大，

因此與類木行星一起稱作巨大行星，

同時又稱為外行星。

太陽系的外緣

太陽重力場超過海王星，一直延

伸到更遙遠的地方。在那裡，有一處

名為古柏帶（Kuiper Belt）的區域，

存在著大量微行星，再更遠一點的地

方，有著看似以球殼狀包覆著太陽

系，名為歐特雲（Oort Cloud）的廣闊

區域。我們曾經認為海王星外側的冥王

星是屬於太陽系的第九行星，但隨著觀

測技術的進步，我們也開始在冥王星周

圍發現了和它差不多大小的微行星。

此一發現，讓我們了解古柏帶裡

還聚集著大量與冥王星類似的微行星，

因此冥王星就從太陽系行星中除名，而

被分類進入古柏帶天體當中的準行星之

一。

此外，太陽系大約誕生於距今46

億年以前，而宇宙的誕生則發生在更久

遠以前，大約可回溯至137億年前。因

此我們認為，太陽系很可能是和宇宙同

時期誕生的巨大恆星，因超新星爆炸變

成殘骸，再從這些殘骸當中形成的。以

太陽為代表，我們稱這種類型的恆星為

第一星族（星族Ⅰ，population Ⅰ）。

地球上所有的生物都仰賴著太陽。太陽中心的溫度約為

1萬5000℃、表面溫度約為6000℃，一直持續進行著激烈的核融合反應，在宇宙所有的恆星之中，太陽的大小

和溫度等算是平均值。右上方太陽的氣流在高溫的狀態

下直接噴出，可以觀察到巨大的日珥。

（照片：ESA/NASA）

恆星的世代　在宇宙誕生初期形成的恆星稱為第二

星族（或稱為星族Ⅱ，population Ⅱ），而像太陽這種新世代恆星，是從第二星族的巨大恆星因超新

星爆炸而被破壞產生的殘骸，所形成的，所以被稱為第一星

族。

補充解說

12

第1章

地球的誕生

銀河系與銀河

宇宙當中有許多星體密集群

聚的地方，那裡有幾千億顆星受

重力作用而群聚，構成一個完整

的領域，稱為銀河。太陽系所處

的天河銀河也是其中之一，約由

1000億顆恆星構成，為了和其他的銀河區別，我們稱天河銀河為

銀河系。

太陽的演化

太陽誕生的時候屬於原恆星，

之後進化成主序星。經過50億年後再進化成紅色巨星，之後還會

繼續成長到足以吞噬地球的大

小，最後變成白矮星結束它的一

生。銀河系。它的直徑約有10萬光年。我們的太陽系位在白點的位置（插圖：NASA/JPL）

地

球

的

雜

學

太陽系行星之中，除了類地行星之外的大型行星（木星、土星、天王星、海王星）都有行星環。這些行星環大多是由冰晶

粒子等物體所形成，非常地薄，但其成因仍存在許多謎團。（插圖：NASA/JPL-Caltech）

13

離太陽太近的水星

太陽系當中的行星可分為類地行

星與巨大行星（類木行星與類天王星行

星）兩種。

在距離太陽近的地方形成的水

星、金星、地球、火星，皆是由岩石質

的塵埃演化而成的行星，看似如兄弟一

般，但仔細觀察後仍會發現它們還是有

許多不相同的地方。

水星表面布滿隕石坑，是一顆與

月亮非常相似的行星，其最大的特徵毫

無疑問地就是離太陽最近這一點。水星

在太陽照射下，白天溫度可達400℃，

但是由於水星沒有大氣層，夜晚溫度會

降至零下150℃，日夜溫差有時甚至超

過500℃。此外，由於水星經常受到強

烈的太陽風吹襲，實在是不適合生物生

存的環境。

由於水星一直都在太陽身旁，因

此常因陽光遮蔽很難觀察得到，在太陽

系所有行星當中算是很難觀測的一顆行

星。

環境嚴酷的行星：金星

從前，我們常聽到的「黃昏的明

星、黎明閃耀之星」就是指金星，它雖

然是地球的兄弟星，但它的真實面貌卻

嚴酷地嚇人。

金星本身是在和地球非常相似的

環境之下誕生的行星，大小幾乎和地球

一樣大，也有以二氧化碳為主要成分的

大氣；而地球的大氣在誕生之時，主要

成分也是二氧化碳。

但是，因為地球

有形成海洋，大氣中的

二氧化碳能夠藉由溶入

海水而減少，達到冷卻

地球的效果；但是金星

上卻沒有形成海洋，因

此，行星無法冷卻，只

能一直維持在跟誕生時

同樣高溫灼熱的狀態。

類地行星的誕生

與太陽的距離決定了命運

太陽周圍從很早以前就出現類地行星的身影（插圖：NASA/JPL）

14

第1章

地球的誕生

太陽水星

金星

地球

火星

類地行星

巨大行星的大小與位置

0.95/0.72AU

假設地球為1時的大小／與太陽之間的距離AU：地球與太陽的距離＝約1億5000萬公里

0.38/0.39AU

0.53/1.52AU

1/1AU

11.21/5.20AU木星

9.45/9.56AU土星

4.01/19.22AU天王星

3.88/30.11AU海王星

太陽金星

地球

火星

太陽系的行星

15

金星為什麼沒有辦法形

成海洋呢？雖然目前我們仍

不清楚原因，但是很可能是

因為完全無法減少的二氧化

碳造成了溫室效應一般的效

果，使得金星地表氣溫至少

都有500℃這樣的高溫；此

外，頻繁的火山活動也不斷

釋放出金星地底下的各種物

質，使得金星的天空籠罩在

濃厚的硫酸雲之下。因此，

我們無法在可視光下觀測金

星地表的型態，在這層濃硫

2011年3月，NASA（美國國家航空暨太空總署）水星探測器信使號（MESSENGER）在2009年10月所拍攝到的水星表面。其布滿隕石坑的模樣與月球極為相似，可能是因為它離太陽太近，才會使生命無法在水星上生存。（照片：NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington）

金星。由於金星的天空被濃硫酸雲覆蓋，因此無法從上空直接看到地表，但是根據最近的觀測我們可以發現到，金星上似

乎正進行著太陽系當中最劇烈的火山活動。（插圖：ESA-AOES Medialab）16

17

第1章

地球的誕生

酸雲之下，激烈的雷鳴也不斷持續著。

原為水之星的火星

火星是僅次於月球，第二顆受到

長時間觀測的行星，不只可以透過望遠

鏡從地球進行觀測，到目前為止也送過

不少探測機到火星蒐集大量的影像和資

訊。

根據這些資料，我們可以清楚看

到火星的南半球地表有大量被水流侵蝕

的痕跡，另一方面，北半球則多平緩地

形。從這一點來看，我們可以猜測，火

星的南半球應該有很多山地，而從這些

山地流出的水可能就在北半球形成了大

片的海洋。因此，火星應該也曾經擁有

過大氣，並含有豐富水量，應該是一顆

和地球非常相似的水之行星。

但是，火星的缺點就是它的規模

太小。因為它的大小只有地球的一半，

因此，火星沒有足夠的引力留住大氣，

才會使得火星的大氣慢慢地被釋放到宇

宙空間而消失。

失去大氣的火星逐漸開始冷卻，

到現在，火星的溫度只剩零下150℃到

20℃左右而已，完全變成了一顆寒冷的

行星。因此，原本豐富的水資源也變成

冰潛入了地底。順帶一提，如果將火星

火星。可以看出火星的地表似乎有被水流沖刷而變得平滑的地表。從上空眺望，甚至可以看到以南半球為中心的各個地方

都有水流的痕跡；因此被認為水現在應該還存在地底深處。（照片：ESA/DLR/FU Berlin，G, Neukum）

內核（固體）

外核（液體）

地核？

類地行星的內部構造

水星 金星 地球 火星

月

（插畫：NASA/Lunar and Planetary Institute）

地核（核）

地函

17

地底下的冰全部溶解，整顆火星都

會被水深11公尺的海洋所覆蓋。

此外，火星的南北兩極稱為

極冠，有著大量由二氧化碳變成固

體的乾冰。由於火星與地球相同有

著因季節變換形成溫度變化，因此

兩極極冠在冬季會成為固體，夏季

時則會變成氣體。由於固體在變化

（昇華）成氣體的時候會大量釋放

二氧化碳，因此此時火星全球會產

生猛烈的沙塵暴，特別是在南極極

冠開始昇華的南半球夏季時最為顯

著。

從火星探測車「機會號」（Opportunity）所看到的火星。可以看到火星的土壤因含有大量的氧化鐵而呈現紅褐色。從2004年1月開始進行火星探測工作的機會號，目前已經大幅超過它應有的使用年限，到現在仍持續進行觀測紀錄工作。（照片：NASA/JPL）

漂浮在黑暗宇宙中的地球。從照片中我們可以看見湛藍的海洋、綠色和褐色的陸地，以及偶爾覆蓋在這些景色上，變化自

如的白雲。如果離開這顆星球，我們一定無法存活，因此地球真可以說是廣大沙漠當中唯一能提供我們棲息的綠洲。

（照片：NASA）

18

第1章

地球的誕生

獨一無二的行星：地球

同樣為類地行星，水星、金星和

火星的環境非常嚴峻，看起來就像是不

允許任何生命存在的樣子。從這三顆

兄弟行星的狀況看來，地球能夠誕生生

命，一定是許多奇蹟積累產生的結果。

地球之所以能夠誕生生命的第一

個原因，就是與太陽的距離。由於地球

與太陽之間的距離恰到好處，使得水

能夠以液態的形式存在於地球上（適居

帶），如果在金星的位置，水分會因為

距離太陽太近而蒸發；而處於火星的位

置，又會因為距離太遠而結冰。

而且因為地球的公轉軌道也接近

圓形，所以絕對不會脫離適居帶。因

此，地球不但擁有生命活動中不可缺少

的液態水分，而且又能夠維持平均溫度

在20∼30℃這樣溫暖的環境，都是拜地

球與太陽之間絕妙的距離之賜，這樣的

距離，可說是最大的奇蹟。

接下來還有一項極為重要的因

素，就是海洋的形成。形成海洋的水，

不但能夠以雨水的形態洗淨大氣，地球

也因為擁有海洋才能夠自體降溫。此

外，在海洋之中，因為能阻絕太陽的紫

外線等各種有害物質，因此才有機會為

生命的誕生做好準備。

類地行星比較

行星 得到的太陽能量（輻射量） 赤道半徑（公里） 體積 自轉週期（日）

水星 6.67 2440 0.056 58.65金星 1.91 6052 0.857 243.02地球 1.00 6378 1.00 0.9973月 1.00 1738 0.02 27.3217火星 0.43 3396 0.151 1.0260木星 0.037 71492 1321.0 0.414

行星探測器

至今我們已經送過許多行星探測器到水星、金星和火星，其中最重要的一次，就是NASA（美國國家航空暨太空總署）在2004年8月發射水星探測器信使號（MESSENGER），並在2011年3月投入水星軌道。此外，JAXA（日本宇宙航空研究開發機構）和ESA（歐洲太空總署）透過合作，也預定在2014年發射水星探測器BepiColombo。現在在金星，則有ESA的探測器金星特快車（Venus Express）在持續運作中。現在火星上有NASA的探測機火星偵察軌道器（Mars

Reconnaissance Orbiter）正在運作中，2008年鳳凰號登陸北極，進行了5個月的觀測活動。精神號和機會號現在也在火星表面上漫遊，進行調查。

地

球

的

雜

學

圖為2011年11月底，美國發射到火星的好奇號(Curiosity)。因其設備充足，因此又名為行動實驗室。（插圖：NASA）

適居帶　生物為延續生命所必須進行的所有活動都

需要液態的水分，因此我們稱能夠讓水在0℃到100℃之間存在的範圍為適居帶。在太陽系的行星

之中，地球是唯一擁有適居帶的行星。

補充解說

19

原始地球的誕生

在岩漿海當中誕生的地球

岩漿海內部

剛剛誕生的地球，岩石溶解成黏

稠的巨大熔岩塊，名為岩漿海。此時地

表溫度超過1000℃，鐵和鎳等較重的物

質開始沉入地球的中心部位，最終在地

球的中心形成了地核（請參考38頁）。

在鐵和鎳等物質沉入地球中心形

20

第1章

地球的誕生

成地核之後，包覆著地核的岩漿海之中

仍然不斷有沉重的物質依順序沉入岩漿

海底。但是沉入地核附近的岩石，因為

受到地核的熱度影響加熱膨脹，於是又

再度上升。如此一來一往地反覆，岩漿

海當中便開始產生對流，並持續成為現

在的地函對流。

之後的岩漿海隨著地球冷卻其表

面也逐漸凝固，形成地殼。地殼的厚度

是大約只有6∼30公里左右的薄殼層，

而在地殼之下，冷卻後變成岩石的地

函，在厚度約為2900公里的空間當中持

續進行對流。

當然，我們也從火山爆發等地表

現象可以得知，還有一些尚未完全冷卻

的岩漿留存在地函之中。

地球誕生初期。火山噴發頻繁，海洋沸騰，雷

鳴四處轟響，豪雨猛烈。圖中上方所能看見的

月亮，在比現在更接近地球的軌道上運行，因

此看起來才會如此龐大。在這個持續數億年的

環境之下，離生命誕生的時間雖然還很遠，但

是說不定在海底深處，原始生命──細菌已經

開始活動了。（插圖：Don Dixon）

地球與月球的距離

現今，月球的位置在距離地

球38萬公里之外的地方，但是在40億年之前，月球距離地球僅僅1萬5000km左右。當時地球的自轉週期差不多只有5個小時左右，因此當時的地球

必須頻繁地承受比現在大上好

幾倍的漲退潮。但隨著月球與

地球間的距離愈拉愈遠，地球

的自轉速度也逐漸趨於緩和，到

2億年前，地球的自轉周期大約是12個小時。月球現在仍然持續遠離地球，2億年後地球的自轉週期大約會變成26小時。

地

球

的

雜

學

21

地球冷卻速度意外地快

地球大約在46億多年前誕生，而

地球從脫離岩漿海的狀態到變成溫暖的

氣候，也花了超過5億年以上的時間。

但是在這段時間當中，地球並非一直維

持在岩漿海的狀態。根據最近的研究顯

示，地球應該比我們原本所想像的還要

早就開始冷卻。如果地球從誕生後1000

萬年左右才開始形成地殼，由於地殼具

有隔熱效果，所以依據每個位置的情況

不同，應該是在1億年左右開始冷卻。

1986年在澳洲西部一處名為傑克

小山（Jack Hills）的荒野採集到的鋯石

（zircon），經由精密的年代檢測，確

定它應該是43億年前的產物。其後，在

美國威爾斯康新大學調查團隊更進一步

的調查之下，於2001年在它周圍發現了

年代更古老，距今44億年的鋯石。

從這些大量的鋯石粒子已經被磨

圓的狀況來看，可以猜測它們應該是從

很遠的地方被搬運過來的。從這一點來

看，也可以推想得到當時的地球說不定

已具有相當大的陸地了。

自從這個地球上最古老的岩石被

發現以來，我們了解到，地球上隨著地

區不同，大約從地球誕生以後1億年左

右就開始冷卻了。而且我們也發現這種

鋯石的生成過程，與水有極大的關聯。

這是因為我們認為44億年前地球的某一

部分應該已經有海洋形成了。

隕石掉落形成的巴林傑隕石坑（Barringer Crater），位於美國德克薩斯州，直徑將近1公里。在地球誕生之初，全球都存在著像這樣的隕石坑，但是在這個有大氣的地球上，

因為風雨使這些隕石坑逐漸風化，因此我們很難得知這些

隕石坑最初的模樣。

（照片：NASA/D.Roddy）

在加拿大魁北克州北部荒涼的苔原地帶，有一個看似微

微開口的圓形Pingualuk隕石坑。這是大約在140億年前因隕石撞擊而形成的，算是地球上比較新的隕石坑，其直

徑是3.4公里。（照片：NASA）

22

第1章

地球的誕生

隕石

隕石的種類

鐵隕石由鐵與鎳的合金形成的隕石。這種類型的隕石是在太陽系誕生時，微行星相互

撞擊下慢慢成長成行星的過程中，從被破壞的行星掉落出的行星地核。

石鐵隕石以鐵為主要成分，混合金屬和岩石之混合型隕石。相對於鐵隕石原為行星的地

核，石鐵隕石是從行星的下部地函掉落出的物體。

石隕石

從行星的上

部地函掉落

出的物體。

球粒隕石石隕石之中至今從來沒有溶解過的隕石，隕石中

包含小小的圓形粒子，名為球粒。

無球粒隕石曾經溶解過的石隕石，由於球粒溶解，所以隕石

中沒有球粒存在。

隕石是幫助我們了解各種有關太陽系形成物質

的重要媒介。抬頭仰望星空，有時候或許也能看

見流星，而這些流星，正是飛往地球的隕石。大部

分的隕石僅只有數毫米左右的大小，在我們默默

祈禱的同時，它們可能沒多久就與大氣摩擦而燃

燒殆盡，有時則在沒有完全燃燒殆盡的狀態下墜

落至地面。

嚴格來說，只有墜落至地面的才能算是隕石，

但是如果把流星也算在其中的話，其實來到地球

的隕石數量非常多。我們將隕石分類如下。

對我們來說，隕石的大小蘊含著極大的意義。

一旦隕石的直徑達到100公尺左右，隕石與大氣的

摩擦熱就會使得隕石無法維持其個體，在空中爆

炸，此時的能量是相當驚人的。例如1908年在俄

羅斯西伯利亞落下的通古斯隕石，一口氣將爆炸

中心周圍半徑20公里的原野都燒個精光，這個能

量根據計算相當於廣島原爆1000顆原子彈量。像

這種程度大小的隕石墜落的可能性大約是幾百年

才只有一次，如果在東京上空爆炸的話，整個關東

平原應該都會遭到毀滅。

而6500萬年前讓恐龍絕種的隕石推測它的直

徑應有1萬公尺，它爆炸時釋放的能量估計大約是

廣島原爆的30億顆原子彈量。

日本國立極地研究所在南極大陸所

採集到的鐵隕石（左）與無球粒隕石

（右）。該研究所擁有超過1萬6000件的隕石作為研究資料，也是世界上

少數的隕石研究機構之一。其中大部

分的隕石都是南極觀測隊在南極內

陸的大和山脈周圍採集到的。

（照片：日本國立極地研究所）

隕石坑　由於地球被大氣包覆，經常有風雨發生、也有茂密的植物生長，因此，地球上的隕石坑大部分都會受到風

化作用影響或被植物覆蓋，隨著時間流逝，地貌也隨之改變，最後融入自然風景當中，所以能夠保有原始隕石墜落

當時樣貌的隕石坑極為稀少。

鋯石　火成岩和堆積岩（參考第67頁）之中都有微少的鋯石結晶成分。由於鋯石堅硬不容易受風化作用影響，能夠長期保有形成時的型態。這些鋯石都經過放射性碳定年法來進行年代檢測。

地球上最古老的岩石　在澳洲傑克小山發現的地球上最古老的岩石，是一種在砂礫層當中的鋯石，被稱為「傑克小山礫

岩」，與其說它是岩石，其實它比較像是一種物質。若單純以目前發現到最古老的岩石來看，應該是在加拿大北部發現到的

「Acasta片麻岩複合岩體」，經確認為40億年前的產物。日本國立極地研究所　1961年設立，在當時為針對南北兩極地進行綜合性研究的跨校研究機構，即為國立科學博物館極地研究中心的前身。負責管理營運南極的觀測基地，特別以隕石收藏量世界第一為豪。

補充解說

23

兄弟星．月球

在巨大碰撞下產生的月球

遺留著人類足跡的星球

月球是唯一留有人類足跡的星

球，那是發生在1966年到1972年間，美

國為彰顯國威所實行的阿波羅計畫。

1969年7月航向月球的阿波羅11

號，是人類史首次成功登陸月球，由船

長阿姆斯壯與太空人艾德林站上月球表

面。之後一直到阿波羅17號為止，人類

總共登陸月球6次，取得超過300公斤以

上的月石回到地球。

自從阿波羅計畫結束後，月球也

不再那麼受到關注，不過最近人們對於

月球的關心程度又再度升高了。

2007年9月日本發射月球探測器輝

夜姬（月亮公主）抵達月球，蒐集到大

量詳細的資料與影像。繼日本之後，中

國與印度也陸續發射了探測器送往月

球。

美國在2009年6月發射了一枚月

球勘查軌道號（Lunar Reconnaissance

Orbiter）到月球，讓同行的月球隕石坑

觀察與感測衛星LCROSS（Lunar Crater

Observation and Sensing Satellite）撞擊

月球，並觀察撞擊後飛散的煙塵後發

現，位於月球極地地區的隕石坑地面下

有大量的水分以冰的形式存在。這對將

來人類在月球建立宇宙基地來說是相當

重大的發現。

被扯開的地球

月球作為一處人類為了開發宇宙

的前進基地，潛藏著開發、利用的可能

性，但是它的誕生卻是場意外。

首位站上月球表面的人類：太空人艾德林。從他的頭盔也

能看到船長阿姆斯壯的身影（照片：NASA）

阿波羅計畫　無人環繞地球飛行計畫自1966年起實施，載人飛行則是1968年10月由阿波羅7號為首航。至1972年阿波羅17號為止一共實施了11次的載

人飛行計畫，其中並有6次成功登陸月球。但是1970年阿波羅13號登陸月球的計劃因為在前往月球的軌道上氧氣筒爆炸使致計畫中止，返回地球。美國不但有6次成功登陸月球的經驗，再加上這次讓阿波羅13號安全回到地球，真正顯示出美國技術能力而博得各方讚賞。

月球勘查軌道號　美國當初一直有想要在月球上建設駐人太

空基地的計畫，作為這個名為星座計畫（Constellation program）的月球駐人觀測計畫的一環，首先為了確認月球是否有水分存在而發射月球勘查軌道號與觀測衛星LCROSS至月球進行調查。但是歐巴馬總統在2010年2月發布了中止月球駐人觀測計畫。據此，大幅改變了美國的太空政策。

補充解說

24

第1章

地球的誕生

地球在誕生初期隨即遭受巨大天體撞擊，有人認為這個巨大天體的大小可能和火星差不多，而地球在遭撞擊之後受

到巨大損傷，月球就是從撞擊殘骸中誕生的星體，這就是所謂的巨大碰撞。（插圖：Don Davis，NASA）

①剛誕生的地球被一

顆約為火星大小的小

行星撞擊。

②受到小行星撞擊，地

球遭受極大破壞。

③飛散的碎片包圍著

地球，大部分再次落

回地球，但仍有一部

分像是包圍地球一般

殘留著。

④沒有墜落至地球的

殘骸慢慢聚集，最後

形成了月球。

月球

何謂巨大碰撞

25

月球其實是從剛誕生沒多久的地

球分離出來的一個星體。當地球還被岩

漿海包覆的時候，我們認為地球曾經和

巨大的行星發生衝撞，而且這個衝擊非

常猛烈，對於好不容易形成的地球造成

極大的破壞。

地球周圍飛散著地球被撞擊後殘

破的碎片，大部分的碎片再次墜落到地

球表面，而沒有墜落的碎片則慢慢聚

集成月球，這就是所謂的大碰撞說。因

此，或許我們可以說月球就像是地球的

分身一樣的存在。

或許是因為月球是以這樣的方式

誕生，作為一個衛星，月球的體積算是

非常龐大的。在太陽系的行星當中，

除了水星和金星之外的行星都伴隨著衛

星，如果和母行星

做比較，月球和地

球的大小比例為1

比80，差異相當懸

殊。

月球在地球

周圍，以1個月左

右的時間為周期公

轉。由於地球的潮

汐作用影響，月球的自轉周期和公轉周

期一致，因此月球經常以同一面面對地

球。此一表面除了隕石坑，還有被稱為

海洋的廣闊黑色平原。日本從前認為是

「白兔用杵在搗麻糬」的海洋，其實是

月亮與隕石撞擊形成的隕石坑裂縫中，

噴出岩漿填滿隕石坑底部所形成的。

月之海與隕石坑

若只從地球看月亮，永遠無法看

到背面。我們第一次看見月亮的背面，

是蘇聯的月球探測器在1959年拍攝到的

月球影像，月球的背面布滿了隕石坑，

幾乎沒有海洋的部分。背面模樣和表面

如此迥異，讓不少人驚嘆不已。

月球的正面（從地球可以直接看到的月

球面） 黑色的部分是我們稱為月海

的平坦區域，充滿從地底下冒

出來的岩漿，由德國天文學家

克卜勒所命名。白色部分則是

由隕石坑形成的高地。（照片：NASA）

雨海

島海 澄海

豐海

危海

靜海

風暴洋

第谷坑

雲海

冷海

溼海

神酒海

汽海

泡沫海

知海

蛇海

26

27

月球的背面（無法從地球看到的月球面）月海占月球正面30％，但是在月球背面卻只有2％。除了月海極端稀少以外，月球背面還有

一個特色是全區幾乎都被隕石

坑所覆蓋。有一種說法是認為

因為岩漿分布集中在月球正面

才會造成這樣的結果，但這個

說法尚未得到證實。

（照片：NASA）

降落到月球表面的阿波羅

號太空人們，對於他們勇敢

站上月球，踏出人類的第一

步，我們應給予大大的讚

揚。雖然太空人全體皆為軍

人，但17號當中也有民間的地質學者一起降落在月球

上，他們從月球上取得了大

量的石塊及砂礫回到地球，

使我們對於月球的各種研究

得以獲得飛躍性的進步。

（照片：NASA）

27

布滿砂石

月球和地球一樣是由岩石所構

成的星球，但是月球有一個非常不同

的特色：月球的地表被一種名為月壤

（regolith）的厚砂所覆蓋。月壤在有

隕石坑的高地厚度達10公尺

以上，堆積在海（平坦地

區）的厚度也可以到達5公

尺左右。月球的砂──月壤

的形成與地球上的砂不同，

它的粒子非常細小。因此，

可以想像我們能夠拿它作為

將來開發月球的建材使用，

或是抽出水分等等，但是月

壤也會妨礙太空船操作，以

及各種在月球表面的活動，

這是比較令人擔心的部分。

太陽光

地球

新月

滿月

上弦月 下弦月

從地球看到的月面

從北極看到的位置我們所看見的月球

月之盈缺

本圖是月球表面地形圖的一部分，是根據日本在2007年9月發射搭載著雷射測高計的月球探測器「輝夜姬」（月亮公主）至2009年6月觀測結束為止，所觀測到的月球全地形資料製作出來的。本圖擴大了阿波羅太空船登陸的周遭範圍。X的位置代表太空船的降落地點，數字則是表示任務代號、等高線間隔為500公尺。這麼詳細的地形圖是根據「輝夜姬」的觀測結果，首次製作完成的地圖。（圖：JAXA/NAOJ/GSI）

風

暴

洋

阿里斯塔克斯隕石坑

哥白尼隕石坑

多利買

德朗達爾

雨

亞平寧山脈

海碼斯山脈

阿爾泰峭壁

島

知 海

汽 海

澄 海

靜 海

豐 海

神酒海

溼 海

雲 海

海

海

28

第1章

地球的誕生

所謂月壤，就是讓人無法小覷的月球之

砂。

月球潮汐作用使地球溫暖

我們一直都以為月球繞著地球旋

轉，其實不是，是地球與月球各自圍繞

著對方旋轉；同時，地球與月球彼此間

也相互受各自的引力所牽制。地球上的

海洋漲退潮反覆交替，這是由於月球引

力造成的潮汐作用，和地球自轉所產生

的離心力共同作用之下所產生的結果。

月球的潮汐作用，不只影響到地

球海洋的表層，就連默默在深海中流動

的海洋大循環（請參考132頁）也受到

月球潮汐作用影響。海洋大循環是讓地

球氣候溫暖的要素之一。若月球對海洋

大循環有很大的影響，就代表著月球也

是讓地球有如此舒適氣候的功臣之一。

在月球南極隕石坑的地下發現水的蹤跡

隨著美國在2009年6月發射的月球探測器月球勘查軌道號一起登陸月球的LCROSS（月球隕石坑觀察與感測衛星），為了從衝擊激起的塵土中偵測水分是否存在，在2009年10月撞擊月球南極的卡比厄斯隕石坑（Cabeus crater），再由後方趕上的本體部進行塵土分析。經由資料解析的結果發現，光這些塵土的含水量就有90公升，因此確認了月球南極隕石坑應該含有相當程度的水量以冰的形式存在於其中。

發現月球上有水，就等於大大開啟了將來在各種太空計畫上對於月球表面的利用方法，包含

建設太空基地等等的可能性。

地

球

的

雜

學

LCROSS為撞擊月球表面正在往下墜落（左）。右圖照片中央是遭受激烈撞擊後的卡比厄斯隕石坑，突起的地形中間顯現淡白色的地方就是衝擊時飛濺的噴煙。（插圖、照片：NASA）

蘇聯的月球探測行動　蘇聯的宇宙開發行動經常因

為美國阿波羅計畫而較少受到注意，但其實他們的

調查活動大多領先於美國之前。不但世界首座的人

工衛星是蘇聯的東方1號，世界上首位太空人也是蘇聯的加加林，他所說的「地球好藍啊！」也已成為名言。此外，世

界上首位的女性太空人也是蘇聯的泰勒斯可娃，她則是發表

了「我是一隻海鷗」的感想。蘇聯的月球探測行動從1959年1月發射月球1號以來，到1976年8月發射月球24號為止，發射了不少探測器上月球。蘇聯的月球計畫成為史上第一次讓

探測器降落至月球的行動，成功拍攝到月球背面的照片。

月壤的成因　地球的沙是因為風和水的風化作用而形成，但

是在沒有大氣的月球上不可能產生風化作用。所以月球的沙

――月壤，不是風化作用形成，而是由那些到地球上會變成

流星而消逝的宇宙塵埃所構成。因為這些細小的塵埃以秒速

10公里的速度撞擊月球表面，所以會讓月球表面上的岩石蒸發並固化。一般認為就是這些塵埃的作用才讓月球產生大量

的月壤。

補充解說

豐 海

29

地球的悲鳴

地球暖化人類用100年破壞地球46億年歷史？

脫離以馬力為計算單位的世界

人 類 的 祖 先 智 人 （ H o m o sapiens）出現在距今約10萬年前，日本首次出現繩文人則是在約2萬年前左右。從此以後，人類為了生存而與

大自然奮鬥，進而利用大自然的資

源，這都是為了提升生活環境品質，

為了讓生活更舒適而付出的努力。當

然，這些行為都不會超越大自然的自

癒力。也就是說，人類歷史的一大部

分，都生活在以馬力為單位的世界當

中。

大約在220年前，18世紀後期英國產生了工業革命。自工業革命之

後，人們開始從大自然攫取大量的能

量，並能加以利用。也藉由大量使用

煤和石油等礦物資源，讓我們的生活

更加舒適。而除了礦物資源之外，人

類對於森林和水的利用也開始對自然

環境造成負擔。

尤其是自1940年代後期，第二次世界大戰結束到現今為止的這60年

間，人類對於能量的消耗量不斷擴

大。

目前人類面臨的狀況

現在我們可以觀察到地球上各

種自然環境的變化，例如在這100年之間海平面上升了10∼20公分。由於地球構造的關係，海平面上升的情形

以赤道附近最為顯著，因此，漂浮在

南太平洋上地珊瑚礁島國吐瓦魯和馬

紹爾群島，在漲潮時不但國土會被淹

沒，海岸也會遭海水侵蝕而流失。我

們擔心這些國家在不久的將來可能就

會被海水給淹沒。

另外，在喜馬拉雅山上的冰

河，正在以每年10∼15公尺的速度往後退；而從冰河溶解流出的冰河水匯

聚形成冰河湖，不少冰河水也直接累

積在該處，從很早以前它們就被認為

有決堤的危險性，一旦冰河湖決堤，

下游的村落將遭受極大的災害。此

外，若冰河水流入河川增加水量，就

30

31

第1章

地球的誕生

會成為河口地區如孟加拉、印

度和巴基斯坦等地引發水患的

原因。

當然，現在不只喜馬拉

雅山出現冰河溶解往後退的情

況，歐洲的阿爾卑斯山和安地

斯山脈也出現相同的狀況，現

在在阿爾卑斯山上甚至可以看

到至此之前不可能在山上存活

的蒼蠅等昆蟲的身影。

此外，現在在歐洲、澳洲、美國

和亞洲等世界各地，經常發生大範圍

的森林火災，或者是大雨造成極大的

降水量，甚至是相反地發生乾旱等，

災情四起，即便這和地球暖化並無顯

著的直接關係，但是我們的確因近年

來顯著的氣候異常導致生活受到威

脅，同時也使得經濟損失持續增加。

雖然我們已經有緊急要求限制二氧化碳的排放量，但是另一方面卻也沒有辦法停止經濟活動，因此目前遇到最困難

的問題就是如何在環境與經濟之間找到平衡點。

現在位於南太平洋的馬紹爾群島受到海平面上升侵蝕的影響，

造成了不少如椰子樹倒塌的災害。

（照片：JCCCA Masaaki Nakajima）

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