太阳最终会成为烂漫星云里一块散发着微光的灰烬，这就是曾经巨大壮丽的太阳的残骸。它的命运，就是在广袤极寒的太空中逐渐冷却，届时它的光芒，将相当于晴夜里的满月。
当恒星被撕裂的时候，它会将自己生命过程中创造的所有元素炸入空中，然后死去，这些元素将在宇宙中铺开形成星云，在星云的中心将有一团小小的光，新的恒星重生于消亡恒星的残余，在这个死亡又重生的宇宙循环中，我们出现了。
当恒星被撕裂的时候，它会将自己生命过程中创造的所有元素炸入空中，然后死去，这些元素将在宇宙中铺开形成星云，在星云的中心将有一团小小的光，新的恒星重生于消亡恒星的残余，在这个死亡又重生的宇宙循环中，我们出现了。
#每日科普# ［科学探索的“眼睛” 高端制造的“尺子”］
科学家门捷列夫说：“科学是从测量开始的。”“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”人类科学研究的革命，工业制造的迭代升级，都离不开测量技术的精进。在当代科技和工业领域，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是一个国家科学研究和整体工业领先程度的重要指标，更是发展高端制造业的必备条件。随着精密测量技术不断进步，其在科学研究、工程科技、现代工业、现代农业、医疗卫生和环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。
精密测量是工业生产的倍增器
精密测量是一个大的泛指的范畴。凡是准确度很高的各类测量，都可称之为精密测量。在精密和超精密工程领域，精密测量有具体的数量级，是指测量准确度在1微米至0.1微米量级的测量，超精密测量是指测量准确度优于100纳米，如10纳米、1纳米，甚至皮米（千分之一纳米）量级的测量。
精密测量兴起于工业大生产。规模化大生产是现代工业的重要特征，产业分工与专业化配套越来越细化，地域分布越来越广，产业链遍布全世界。也就是说，一个产品由成百上千甚至成千上万个零部件组成，这些零部件不可能由一个厂家生产，需要联合遍布各地的多个优势厂家。比如一部智能手机有1600多个零件和元器件，由分布在世界上十多个国家和地区的150多家工厂提供。这样做，能大批量标准化生产，生产效率高、质量高、成本低，优势明显。但技术层面存在一个难题——面对如此多零件、元器件，其中任何一个的尺寸精度或其他技术指标不合格，就无法集成到一起。
为解决这类问题，国际标准化组织（ISO）和国际计量局（BIPM）制定了一系列标准与规范。依据这些标准与规范，国际计量局将公认的标准量值传递给每一台测量仪器，以保证这个标准量值在全世界范围内一致。之后，生产厂商使用测量仪器，对产品的每一个零件和元器件的所有技术参数进行精密测量。这样才能保证所有的测量仪器都是精确的，测量数据都是精准的，进而成千上万的零件或元器件具有互换性。通俗地说，就是不同厂商的产品都是合格的、好用的。由此而来，精密测量已成为促进科技发展的新兴学科。
精密仪器助力科学新发现
怎样进行精密测量？这就需要实施精密测量的工具——精密仪器。精密仪器包括各类高端测量仪器、分析仪器、成像仪器、诊疗仪器和各类实验仪器等。在帮助工业生产“把关”的同时，精密仪器也是科学研究的有力工具。纵观各国科技发展历史，不难发现，科技强国一定是基础研究强国，基础研究强国一定是测量与仪器强国。大多数现代科学发现和基础研究突破，都是借助先进的精密测量方法和尖端测量仪器实现的。引力波探测就是一个典型例子。
引力波探测是直接验证爱因斯坦广义相对论、探索宇宙起源和演变的实验，具有重大科学价值。但引力波信号极其微弱，探测难度极大，采用超高分辨率的远距离激光干涉测量方法探测，是目前最有优势的技术途径。也就是说，激光干涉测量仪的测量准确度，将直接决定探测引力波的极限能力。如果激光干涉测量仪建立在地球上，其互为垂直的两路激光测量臂长至少要达到4000米。只有满足这一条件，引力波引起的激光测量臂长极其微小的变化（不超过质子直径的万分之一）才能被测量到。如果按比例放大，这一超高分辨率测量相当于在绕地球1000亿圈的长度上，检测出不超过一根头发丝直径的长度变化。经各国科学家共同努力，2016年人类首次直接测量到高频段引力波，3位相关科学家因此项成果获得诺贝尔物理学奖。
就科学研究而言，这样的探测还远远不够。为测量到低频段引力波，必须将激光干涉测量仪建立在太空环境中。这样，其互为垂直的两路激光测量臂长才能够达到数十万千米到数百万千米，激光干涉测量仪的测量准确度才有望达到1皮米。
引力波的例子很好地证明了，测量技术有多精密，科学探索就能走多远。
只有测量出来，才能制造出来
对国家而言，精密测量与装备制造业水平紧密相关。装备制造业向中高端跨越的关键是提升制造质量，而提升制造质量的关键则是提高精密测量能力。只有通过精密测量，才能知道产品哪里不合格；只有通过大量精密测量数据的积累，才能找到产品不合格的根源与规律；只有基于精密测量数据建立起成体系的误差补偿模型，才能有效实现制造精度和产品性能的精确调控，产品质量才能在不断的精确调控中逐渐提升。
超精密光刻机的研制，很好地证明了这个结论。超精密光刻机被称为“超精密尖端装备的珠穆朗玛峰”，挑战着人类超精密制造的精度和性能极限。超精密光刻机是在超精密量级上把最先进的光机电控等几十个分系统、几万个零部件集成在一起，使其高性能协同工作。它是人类装备制造史上复杂程度最高、技术难度最大、综合精度性能最强的尖端装备之一。它在高速和高加速度下，达到纳米级的同步精度、单机套刻精度和匹配套刻精度等，这与传统的精度提升环境完全不同。超精密光刻机的制造精度已接近现有制造能力的极限，其精度提升一点点，通常都要付出几倍十几倍的努力。比如，用于28纳米节点制程的DUV光刻机拥有7万多个光机零件，涉及上游5000多家供应商。这些零部件对精度和稳定性的要求极高，只有发挥供应链上所有顶尖制造商的技术优势，才能全部达到标准，超精密光刻机才能研发成功。
任何一个重要零件的不合格，都会导致超精密光刻机研制失败。以其中一个构件——激光反射镜的制造精度为例。它由微晶玻璃制成，有108项尺寸公差和62项形状、位置、方向公差，还有内部应力等技术要求。要完成这样一个复杂构件的超精密测量，需要20多种专用超精密测量仪器。而光刻机有7万多个光机零件，其中80%以上的零件属于精密和超精密级，需要700多种专用精密和超精密测量仪器。如果没有成体系的专用超精密测量技术与仪器来管控制造精度，就不可能制造出合格的零件，也就不可能装配调试出合格的部件与分系统，更不可能制造出合格的光刻机整机。
精密测量技术还推动了各国建立国家测量体系。它能够有效管控工业测量体系，保障整个制造链的质量，赋能高科技产业高质量发展。对大众而言，直观感受就是所购买的工业产品质量变好了、更好用了。目前工业发达国家的产品都经历了从低质量向高质量的曲折发展历程。正是因为建立起了完整的精密测量体系，培育起了一批顶尖超精密仪器企业，才能对高端装备制造形成强有力支撑，才能打造出诸多国际驰名品牌。
我国正在向世界科技强国、制造强国和质量强国迈进，构建新一代国家测量体系成为关键一环。今年1月，国务院印发《计量发展规划（2021—2035年）》，明确提出加快构建国家现代先进测量体系，推进计量标准建设。我国精密测量领域科研工作者将继续勇担重任，以与时俱进的精神、革故鼎新的勇气、坚忍不拔的定力，为中国制造备好“尺子”，为科技强国建设不懈奋斗。
科学家门捷列夫说：“科学是从测量开始的。”“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”人类科学研究的革命，工业制造的迭代升级，都离不开测量技术的精进。在当代科技和工业领域，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是一个国家科学研究和整体工业领先程度的重要指标，更是发展高端制造业的必备条件。随着精密测量技术不断进步，其在科学研究、工程科技、现代工业、现代农业、医疗卫生和环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。
精密测量是工业生产的倍增器
精密测量是一个大的泛指的范畴。凡是准确度很高的各类测量，都可称之为精密测量。在精密和超精密工程领域，精密测量有具体的数量级，是指测量准确度在1微米至0.1微米量级的测量，超精密测量是指测量准确度优于100纳米，如10纳米、1纳米，甚至皮米（千分之一纳米）量级的测量。
精密测量兴起于工业大生产。规模化大生产是现代工业的重要特征，产业分工与专业化配套越来越细化，地域分布越来越广，产业链遍布全世界。也就是说，一个产品由成百上千甚至成千上万个零部件组成，这些零部件不可能由一个厂家生产，需要联合遍布各地的多个优势厂家。比如一部智能手机有1600多个零件和元器件，由分布在世界上十多个国家和地区的150多家工厂提供。这样做，能大批量标准化生产，生产效率高、质量高、成本低，优势明显。但技术层面存在一个难题——面对如此多零件、元器件，其中任何一个的尺寸精度或其他技术指标不合格，就无法集成到一起。
为解决这类问题，国际标准化组织（ISO）和国际计量局（BIPM）制定了一系列标准与规范。依据这些标准与规范，国际计量局将公认的标准量值传递给每一台测量仪器，以保证这个标准量值在全世界范围内一致。之后，生产厂商使用测量仪器，对产品的每一个零件和元器件的所有技术参数进行精密测量。这样才能保证所有的测量仪器都是精确的，测量数据都是精准的，进而成千上万的零件或元器件具有互换性。通俗地说，就是不同厂商的产品都是合格的、好用的。由此而来，精密测量已成为促进科技发展的新兴学科。
精密仪器助力科学新发现
怎样进行精密测量？这就需要实施精密测量的工具——精密仪器。精密仪器包括各类高端测量仪器、分析仪器、成像仪器、诊疗仪器和各类实验仪器等。在帮助工业生产“把关”的同时，精密仪器也是科学研究的有力工具。纵观各国科技发展历史，不难发现，科技强国一定是基础研究强国，基础研究强国一定是测量与仪器强国。大多数现代科学发现和基础研究突破，都是借助先进的精密测量方法和尖端测量仪器实现的。引力波探测就是一个典型例子。
引力波探测是直接验证爱因斯坦广义相对论、探索宇宙起源和演变的实验，具有重大科学价值。但引力波信号极其微弱，探测难度极大，采用超高分辨率的远距离激光干涉测量方法探测，是目前最有优势的技术途径。也就是说，激光干涉测量仪的测量准确度，将直接决定探测引力波的极限能力。如果激光干涉测量仪建立在地球上，其互为垂直的两路激光测量臂长至少要达到4000米。只有满足这一条件，引力波引起的激光测量臂长极其微小的变化（不超过质子直径的万分之一）才能被测量到。如果按比例放大，这一超高分辨率测量相当于在绕地球1000亿圈的长度上，检测出不超过一根头发丝直径的长度变化。经各国科学家共同努力，2016年人类首次直接测量到高频段引力波，3位相关科学家因此项成果获得诺贝尔物理学奖。
就科学研究而言，这样的探测还远远不够。为测量到低频段引力波，必须将激光干涉测量仪建立在太空环境中。这样，其互为垂直的两路激光测量臂长才能够达到数十万千米到数百万千米，激光干涉测量仪的测量准确度才有望达到1皮米。
引力波的例子很好地证明了，测量技术有多精密，科学探索就能走多远。
只有测量出来，才能制造出来
对国家而言，精密测量与装备制造业水平紧密相关。装备制造业向中高端跨越的关键是提升制造质量，而提升制造质量的关键则是提高精密测量能力。只有通过精密测量，才能知道产品哪里不合格；只有通过大量精密测量数据的积累，才能找到产品不合格的根源与规律；只有基于精密测量数据建立起成体系的误差补偿模型，才能有效实现制造精度和产品性能的精确调控，产品质量才能在不断的精确调控中逐渐提升。
超精密光刻机的研制，很好地证明了这个结论。超精密光刻机被称为“超精密尖端装备的珠穆朗玛峰”，挑战着人类超精密制造的精度和性能极限。超精密光刻机是在超精密量级上把最先进的光机电控等几十个分系统、几万个零部件集成在一起，使其高性能协同工作。它是人类装备制造史上复杂程度最高、技术难度最大、综合精度性能最强的尖端装备之一。它在高速和高加速度下，达到纳米级的同步精度、单机套刻精度和匹配套刻精度等，这与传统的精度提升环境完全不同。超精密光刻机的制造精度已接近现有制造能力的极限，其精度提升一点点，通常都要付出几倍十几倍的努力。比如，用于28纳米节点制程的DUV光刻机拥有7万多个光机零件，涉及上游5000多家供应商。这些零部件对精度和稳定性的要求极高，只有发挥供应链上所有顶尖制造商的技术优势，才能全部达到标准，超精密光刻机才能研发成功。
任何一个重要零件的不合格，都会导致超精密光刻机研制失败。以其中一个构件——激光反射镜的制造精度为例。它由微晶玻璃制成，有108项尺寸公差和62项形状、位置、方向公差，还有内部应力等技术要求。要完成这样一个复杂构件的超精密测量，需要20多种专用超精密测量仪器。而光刻机有7万多个光机零件，其中80%以上的零件属于精密和超精密级，需要700多种专用精密和超精密测量仪器。如果没有成体系的专用超精密测量技术与仪器来管控制造精度，就不可能制造出合格的零件，也就不可能装配调试出合格的部件与分系统，更不可能制造出合格的光刻机整机。
精密测量技术还推动了各国建立国家测量体系。它能够有效管控工业测量体系，保障整个制造链的质量，赋能高科技产业高质量发展。对大众而言，直观感受就是所购买的工业产品质量变好了、更好用了。目前工业发达国家的产品都经历了从低质量向高质量的曲折发展历程。正是因为建立起了完整的精密测量体系，培育起了一批顶尖超精密仪器企业，才能对高端装备制造形成强有力支撑，才能打造出诸多国际驰名品牌。
我国正在向世界科技强国、制造强国和质量强国迈进，构建新一代国家测量体系成为关键一环。今年1月，国务院印发《计量发展规划（2021—2035年）》，明确提出加快构建国家现代先进测量体系，推进计量标准建设。我国精密测量领域科研工作者将继续勇担重任，以与时俱进的精神、革故鼎新的勇气、坚忍不拔的定力，为中国制造备好“尺子”，为科技强国建设不懈奋斗。
【#我国发布全球首幅1:250万全月地质图#！】不久前，中国科学院地球化学研究所联合国内多所高校的研究人员，以嫦娥工程数据为基础，结合国际上其他探月工程获得的数据和成果，发布了全球首幅1:250万全月地质图。这是多年来探月成果的总结，代表了目前我们对月表物质成分以及构造演化等性质的全面认识，也为未来月球探测和研究提供了重要参考。回顾几百年来人类对月面的探索历程，更能让人感受到科学进步的不易。我们邀请南京大学地质学博士贾斌在这里聊聊相关的话题。
从玉兔捣药到环形山
月球是地球的天然卫星，从人类的记忆伊始，月亮就悬在夜空中，引发人们的无限遐想。满月之时，最吸引人的就是上面明暗交生的图案了。在中国古代神话中，称月球为广寒宫，住着美丽的嫦娥，她有一只捣药的玉兔，还有一位砍桂树的邻居吴刚。玉兔和桂树就是古人根据看到的月亮表面明暗交生的图案，想象出的美丽意象。
而在西方，根据古希腊哲学家和早期基督教的观点，天国是完美的，位于天国的月球（以及其他星球）是一个完美的球体，表面光滑，其明暗纹路是人观察的角度造成的。
在1609年的秋季，意大利天文学家伽利略用改进的一架望远镜指向了月球，并进行了多日的观测。伽利略并非第一个用望远镜观察月球的人，但却是第一个仔细记录和思考观察结果的人。他发现，月球表面布满了各种大大小小的凹坑和山脉，还有峡谷，和地球上很相似，这迥异于人们一直以来的想象。这些山往往是环形的，中间凹陷四周高耸似碗状，伽利略称之为环形山。
伽利略发现月球上的环形山，其意义要远大于发现本身。当时的西方笃信地心说，即认为日月星辰都是围绕地球旋转的，地球是宇宙的中心。在伽利略之前，哥白尼等人已经通过天文观测与计算，向地心说发起了挑战，提出太阳才是中心，地球围绕太阳转。伽利略的观测，破除了月球是完美的球体这一传统的认识，证明月球和地球是非常像的，地球并不特殊。那么，在地心说体系中，月球是运动的，并不特殊的地球是不是应该也是运动的？基于此，伽利略推断，的确如此，地球不是中心！当然这一推理并不严谨，但这是日心说最早的“可视化”证据，仍具有非常重要的意义。在那个时期，破除一些迷信（如相信完美的月球）是弥足珍贵的。
月球上也有人吗？
伽利略用望远镜观察了月球表面的形态，并认为月球和地球是相似的。这不禁让人联想，月球上是否也有人的存在？对于当时的西方人来说，这种联想其实是非常自然的，因为传统上他们就认为，在天国的星球上面，包括月球、火星、金星甚至太阳上都是有人生存的。
伽利略使用望远镜在月球上看到了和地球上相似的山，那也应该可以看到流动的河流、汹涌的海洋、浮动的云彩甚至喷发的火山、城市的灯光等等。他们最先找到的月球上的“海洋”，就是月球上的暗色部分，肉眼可见，而且在望远镜的视野中表面也比较平整，这部分应该就是海洋了。因此，早期的天文学家就把月球上环形山内部平整的暗色区域命名为月海。这一错误的称呼影响非常深远，沿用至今，比如最大的撞击坑称为风暴洋，还有静海、雨海等。
很多科幻小说家在他们的小说中设想了各种月球人的存在。比如发现行星运行三定律的伟大天文学家开普勒就在他1611年撰写的科幻小说《梦》（正式出版于1634年）中，讲述了主人公来往于月球的故事，也描绘了月球人的生活。
18世纪末，德国的天文学家施罗特非常详尽地研究了月表的形态，绘制了很多精美的图片，但却错误地解释了他的观测结果。比如他认为在月球的极地地区泛亮光的地方是暮光，甚至宣称找到了月球人的城市，商业中心甚至农场。当时的很多科学家也热衷于寻找月球上的大气，比如18世纪伟大的数学家欧拉曾计算了月球上的大气密度相当于地球上的二百分之一。
其实在伽利略观察到环形山后不久，也有一批科学家注意到了月球其实和地球不完全一样。比如在伽利略出版了他的观察结果五十多年后，法国天文学家奥祖就提出，在月球上其实观察不到四季的变化，看不到漂浮的云彩，看不到海洋、河流，也看不到地球上常见的火山喷发、山火等。可惜的是，他的观点并没有广泛传播，相信月球上有人仍旧是主流。
直到1834—1837年间，德国天文学家比尔和马德勒出版了更为详尽的月表图像。根据观察结果，他们认为月球上没有大气，没有水，与地球不同，即使有生命，应该也与地球上的生命形式大不相同。马德勒提出，月球并不是地球的“复制版”。伽利略证明了天国的月球并不神圣，而马德勒则让人意识到月球（以及其他行星）并不一定和地球完全一样，月球上不一定有人生存。
探究环形山起源
月球上最显著的特征就是其表面密密麻麻、大大小小的圆形大坑和环形山。我们现在知道它们是陨石撞击形成的，但早期科学家的观点并非如此。因为当时的科学界并未认识到陨石这一“天外来客”的存在，他们无法想象天上可以掉石头，且能撞出一个大坑。
当时天文学家大多认为月球上的环形山是火山造成的，因为他们知道地球上火山口的形状也大多是圆形的，中间是个凹陷，比如我国著名的长白山天池。但是，月球环形山和地球火山口之间一个非常重要的差别却被他们忽略掉了，即地球上的火山口基本都出现在高山上，而月球上的环形山却出现在地势非常平坦的地方，这是火山成因说无法解释的。即便存在如此大的缺陷，在伽利略之后一直到阿波罗计划把人送上月球的前夕（即上世纪60年代），环形山的火山成因说一直占据科学界的主流。
环形山撞击成因理论的确立，经历了几个关键的阶段。第一个阶段是对陨石来源的认识。1794年德国物理学家克拉德尼在一个小册子中提出陨石来自于外太空的猜想；1803年4月26日在法国诺曼底附近，很多人目击了一次陨石坠落事件，科学家进行了详细的调查和研究，这才最终确定陨石就是来自于外太空。第二个阶段是对地球上陨石坑的认识。虽然科学家认识到了陨石源自太空，但对它们是否可以在地表撞出陨石坑其实一直持怀疑态度，关键在于一些被认作陨石坑的地方找不到陨石。在1906年，美国地质学家巴林杰在美国亚利桑那州的一个陨石坑附近发现了铁镍合金陨石，最终确定了这个大坑就是陨石撞击形成的。这是世界上第一个被确认的陨石坑。第三个阶段来自于对陨石撞击效果的认识。在早期的认识中，陨石的撞击是纯机械式的，即多大的陨石撞出多大的坑。后来，这种认识发生了变化。1916年，苏联天文学家奥皮克认为陨石的速度是非常快的，在撞击地面的一瞬间会产生剧烈的爆炸，形成的撞击坑远大于陨石自身。第二次世界大战给美国天文学家鲍德温的研究带来了特殊的机遇，他收到很多军方拍摄的炮弹坑的照片和参数，统计了这些弹坑的直径和深度，然后把地球上已经确认的陨石坑以及月球上的环形山的参数也放到了这张图里面，发现这些数据吻合得非常好。但是，如果把火山口的数据也放进来，则偏离数据的趋势。他在一本著作中写道：“环形山形成于陨石撞击的爆炸，这种可能性非常大”。
、
认识月球的巨大飞跃
在上世纪60年代后，美国、苏联发射了多个探测器进入月球轨道或降落月表，阿波罗计划甚至把人送上月球并采样返回。通过对这些探测计划获取的影像和样品的研究，我们对月球的认识水平发生了巨大的飞跃。
大撞击理论认为，月球起源于一次大撞击事件，一个火星大小的星体在45亿年以前撞上了原始地球，溅射出的物质在地球轨道上形成了月球。在月球形成之初，太阳系中仍旧有许多小星体经常撞击月球，形成很多大大小小的陨石坑。有些大的撞击深度可达几十公里，撞击后来自月球深部的岩浆就可能从这里逸出月表，形成填充整个陨石坑的广阔玄武岩低洼平原。而被撞击较轻的地方，则仍保留了原有的斜长岩月壳，称为高地。玄武岩对太阳光的吸收较强，看起来较暗，而斜长岩的高地能反射较多的太阳光，看起来比较亮，这样就形成了我们看到的月球上明暗交生的图案。
月球地质图系统表达了月壳表面地层、构造、岩性和年代学等方面的综合地质信息，反映了月球岩浆作用、撞击事件、火山活动等演化过程。原有的月球地质图主要由美国地质调查局基于阿波罗时代的探月成果编制而成。2012年前后，经过“嫦娥一号”和“嫦娥二号”的探测与研究积累，我国逐渐具备了开展月球全月地质图编研的条件和基础。中国科学院地球化学研究所联合国内多所高校的研究人员，以嫦娥工程数据为基础，结合国际上其他探月工程获得的数据和成果，发布了全球首幅1:250万全月地质图。
在新编制的月球地质图中，基于对月球动力学演化过程的认识更新了月球地质年表，采用“三宙六纪”的划分方案将月面历史分为三个宙——冥月宙、古月宙和新月宙。该地质图表达的要素主要包括：12341个撞击坑；81个撞击盆地；17种岩石类型；14类构造等，综合表达了月球地质和演化信息。
可以说，到了今天，人类对月球的认识已经非常全面了。（北京晚报 记者王鸿良）
从玉兔捣药到环形山
月球是地球的天然卫星，从人类的记忆伊始，月亮就悬在夜空中，引发人们的无限遐想。满月之时，最吸引人的就是上面明暗交生的图案了。在中国古代神话中，称月球为广寒宫，住着美丽的嫦娥，她有一只捣药的玉兔，还有一位砍桂树的邻居吴刚。玉兔和桂树就是古人根据看到的月亮表面明暗交生的图案，想象出的美丽意象。
而在西方，根据古希腊哲学家和早期基督教的观点，天国是完美的，位于天国的月球（以及其他星球）是一个完美的球体，表面光滑，其明暗纹路是人观察的角度造成的。
在1609年的秋季，意大利天文学家伽利略用改进的一架望远镜指向了月球，并进行了多日的观测。伽利略并非第一个用望远镜观察月球的人，但却是第一个仔细记录和思考观察结果的人。他发现，月球表面布满了各种大大小小的凹坑和山脉，还有峡谷，和地球上很相似，这迥异于人们一直以来的想象。这些山往往是环形的，中间凹陷四周高耸似碗状，伽利略称之为环形山。
伽利略发现月球上的环形山，其意义要远大于发现本身。当时的西方笃信地心说，即认为日月星辰都是围绕地球旋转的，地球是宇宙的中心。在伽利略之前，哥白尼等人已经通过天文观测与计算，向地心说发起了挑战，提出太阳才是中心，地球围绕太阳转。伽利略的观测，破除了月球是完美的球体这一传统的认识，证明月球和地球是非常像的，地球并不特殊。那么，在地心说体系中，月球是运动的，并不特殊的地球是不是应该也是运动的？基于此，伽利略推断，的确如此，地球不是中心！当然这一推理并不严谨，但这是日心说最早的“可视化”证据，仍具有非常重要的意义。在那个时期，破除一些迷信（如相信完美的月球）是弥足珍贵的。
月球上也有人吗？
伽利略用望远镜观察了月球表面的形态，并认为月球和地球是相似的。这不禁让人联想，月球上是否也有人的存在？对于当时的西方人来说，这种联想其实是非常自然的，因为传统上他们就认为，在天国的星球上面，包括月球、火星、金星甚至太阳上都是有人生存的。
伽利略使用望远镜在月球上看到了和地球上相似的山，那也应该可以看到流动的河流、汹涌的海洋、浮动的云彩甚至喷发的火山、城市的灯光等等。他们最先找到的月球上的“海洋”，就是月球上的暗色部分，肉眼可见，而且在望远镜的视野中表面也比较平整，这部分应该就是海洋了。因此，早期的天文学家就把月球上环形山内部平整的暗色区域命名为月海。这一错误的称呼影响非常深远，沿用至今，比如最大的撞击坑称为风暴洋，还有静海、雨海等。
很多科幻小说家在他们的小说中设想了各种月球人的存在。比如发现行星运行三定律的伟大天文学家开普勒就在他1611年撰写的科幻小说《梦》（正式出版于1634年）中，讲述了主人公来往于月球的故事，也描绘了月球人的生活。
18世纪末，德国的天文学家施罗特非常详尽地研究了月表的形态，绘制了很多精美的图片，但却错误地解释了他的观测结果。比如他认为在月球的极地地区泛亮光的地方是暮光，甚至宣称找到了月球人的城市，商业中心甚至农场。当时的很多科学家也热衷于寻找月球上的大气，比如18世纪伟大的数学家欧拉曾计算了月球上的大气密度相当于地球上的二百分之一。
其实在伽利略观察到环形山后不久，也有一批科学家注意到了月球其实和地球不完全一样。比如在伽利略出版了他的观察结果五十多年后，法国天文学家奥祖就提出，在月球上其实观察不到四季的变化，看不到漂浮的云彩，看不到海洋、河流，也看不到地球上常见的火山喷发、山火等。可惜的是，他的观点并没有广泛传播，相信月球上有人仍旧是主流。
直到1834—1837年间，德国天文学家比尔和马德勒出版了更为详尽的月表图像。根据观察结果，他们认为月球上没有大气，没有水，与地球不同，即使有生命，应该也与地球上的生命形式大不相同。马德勒提出，月球并不是地球的“复制版”。伽利略证明了天国的月球并不神圣，而马德勒则让人意识到月球（以及其他行星）并不一定和地球完全一样，月球上不一定有人生存。
探究环形山起源
月球上最显著的特征就是其表面密密麻麻、大大小小的圆形大坑和环形山。我们现在知道它们是陨石撞击形成的，但早期科学家的观点并非如此。因为当时的科学界并未认识到陨石这一“天外来客”的存在，他们无法想象天上可以掉石头，且能撞出一个大坑。
当时天文学家大多认为月球上的环形山是火山造成的，因为他们知道地球上火山口的形状也大多是圆形的，中间是个凹陷，比如我国著名的长白山天池。但是，月球环形山和地球火山口之间一个非常重要的差别却被他们忽略掉了，即地球上的火山口基本都出现在高山上，而月球上的环形山却出现在地势非常平坦的地方，这是火山成因说无法解释的。即便存在如此大的缺陷，在伽利略之后一直到阿波罗计划把人送上月球的前夕（即上世纪60年代），环形山的火山成因说一直占据科学界的主流。
环形山撞击成因理论的确立，经历了几个关键的阶段。第一个阶段是对陨石来源的认识。1794年德国物理学家克拉德尼在一个小册子中提出陨石来自于外太空的猜想；1803年4月26日在法国诺曼底附近，很多人目击了一次陨石坠落事件，科学家进行了详细的调查和研究，这才最终确定陨石就是来自于外太空。第二个阶段是对地球上陨石坑的认识。虽然科学家认识到了陨石源自太空，但对它们是否可以在地表撞出陨石坑其实一直持怀疑态度，关键在于一些被认作陨石坑的地方找不到陨石。在1906年，美国地质学家巴林杰在美国亚利桑那州的一个陨石坑附近发现了铁镍合金陨石，最终确定了这个大坑就是陨石撞击形成的。这是世界上第一个被确认的陨石坑。第三个阶段来自于对陨石撞击效果的认识。在早期的认识中，陨石的撞击是纯机械式的，即多大的陨石撞出多大的坑。后来，这种认识发生了变化。1916年，苏联天文学家奥皮克认为陨石的速度是非常快的，在撞击地面的一瞬间会产生剧烈的爆炸，形成的撞击坑远大于陨石自身。第二次世界大战给美国天文学家鲍德温的研究带来了特殊的机遇，他收到很多军方拍摄的炮弹坑的照片和参数，统计了这些弹坑的直径和深度，然后把地球上已经确认的陨石坑以及月球上的环形山的参数也放到了这张图里面，发现这些数据吻合得非常好。但是，如果把火山口的数据也放进来，则偏离数据的趋势。他在一本著作中写道：“环形山形成于陨石撞击的爆炸，这种可能性非常大”。
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认识月球的巨大飞跃
在上世纪60年代后，美国、苏联发射了多个探测器进入月球轨道或降落月表，阿波罗计划甚至把人送上月球并采样返回。通过对这些探测计划获取的影像和样品的研究，我们对月球的认识水平发生了巨大的飞跃。
大撞击理论认为，月球起源于一次大撞击事件，一个火星大小的星体在45亿年以前撞上了原始地球，溅射出的物质在地球轨道上形成了月球。在月球形成之初，太阳系中仍旧有许多小星体经常撞击月球，形成很多大大小小的陨石坑。有些大的撞击深度可达几十公里，撞击后来自月球深部的岩浆就可能从这里逸出月表，形成填充整个陨石坑的广阔玄武岩低洼平原。而被撞击较轻的地方，则仍保留了原有的斜长岩月壳，称为高地。玄武岩对太阳光的吸收较强，看起来较暗，而斜长岩的高地能反射较多的太阳光，看起来比较亮，这样就形成了我们看到的月球上明暗交生的图案。
月球地质图系统表达了月壳表面地层、构造、岩性和年代学等方面的综合地质信息，反映了月球岩浆作用、撞击事件、火山活动等演化过程。原有的月球地质图主要由美国地质调查局基于阿波罗时代的探月成果编制而成。2012年前后，经过“嫦娥一号”和“嫦娥二号”的探测与研究积累，我国逐渐具备了开展月球全月地质图编研的条件和基础。中国科学院地球化学研究所联合国内多所高校的研究人员，以嫦娥工程数据为基础，结合国际上其他探月工程获得的数据和成果，发布了全球首幅1:250万全月地质图。
在新编制的月球地质图中，基于对月球动力学演化过程的认识更新了月球地质年表，采用“三宙六纪”的划分方案将月面历史分为三个宙——冥月宙、古月宙和新月宙。该地质图表达的要素主要包括：12341个撞击坑；81个撞击盆地；17种岩石类型；14类构造等，综合表达了月球地质和演化信息。
可以说，到了今天，人类对月球的认识已经非常全面了。（北京晚报 记者王鸿良）
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