在天氣晴朗的夜晚,滿月時我們僅憑肉眼就可以看到月球表面的紋路。
如果你經常抬頭賞月,那么一定發現了這件事,就是月球表面的紋路總是固定不變的,這個月如此,下個月也是如此,今年如此,明年也是如此。這說明我們每次觀月,看到的都是月球的同一個面。月球是一個近似的球體,圍繞地球公轉的同時也在自轉,為什么我們卻只能看到月球的一面呢?對于站在地球上的我們而言,月球的確是有正面和背面之分的,它有大約41%的部分永遠背對著地球,這就是我們常說的“月球背面”。
作為一顆天然衛星,月球無論是質量還是體積都很大。
它的質量約為地球的八分之一,體積約為地球的四分之一。它圍繞地球公轉的周期約為27.31天,而其自轉的周期約為27.32天。發現什么問題了沒有?月球的公轉周期與自轉周期是相同的,當它繞行地球一周的同時,自己也剛好轉了一圈,而當一個天體的自轉周期與公轉周期相同且方向也相同的時候,那么這個天體就永遠只有一面面對著中心天體了。
這是巧合嗎?并不是,在月球剛剛形成的時候,它的自轉周期與公轉周期并不是相同的。
早期的月球不僅自轉速度很快,同時還很不穩定。因為那個時候的太陽系比較熱鬧,各種天體對月球的撞擊會導致月球的質量分布和運動狀態發生改變,從而發生自轉速度的變化。后來,月球逐漸被地球潮汐鎖定了,所以自轉速度與公轉速度才會趨于一致。什么是潮汐鎖定呢?這一切是怎么發生的呢?在月球圍繞地球運行的過程中,地球會對月球產生引力作用,但因為月球本身是個球體,所以地球的引力在月球上的分布并不是均勻的。
靠近地球的部分受到的引力作用大,遠離地球的部分受到的引力作用小。
引力的不均勻會使月球自身發生形變,這種形變會使月球在自轉的過程中發生內部摩擦,這種摩擦會不斷消耗月球的能量,使得月球的自轉速度變慢。在經過了數十億年的洗禮之后,月球的自轉速度逐漸與公轉速度趨于一致了,而此時地球的潮汐力對月球的作用就達到了平衡狀態,這就是潮汐鎖定。
潮汐鎖定一旦形成,是不會自發解除的,除非有外力作用。
比如當一顆大質量的游離天體闖入太陽系,影響了其它星體的運行軌跡,一些大質量的天體來到月球附近,月球受到了它的引力牽扯,從而脫離潮汐鎖定狀態。另外一種情況就是其它天體的撞擊,從月球便面遍布的隕石坑可以知曉,月球經常受到小型天體的撞擊,而這種撞擊是不足以改變其運行狀態的,必須是超大級別的天體撞擊,才有可能使月球的運行軌跡發生變化,從而解除潮汐鎖定。
此外,因為引力的作用是相互的,而不是單方面的,地球可以鎖定月球,反過來月球也同樣可以鎖定地球。
但是因為月球的質量較小,想要鎖定地球需要花費更長的時間,天文學家預計這個時間可能要長達500億年。在太陽系中有另外一對天體,它們的質量相差不大,所以就實現了相互潮汐鎖定,它們就是冥王星和卡戎。早期人們認為卡戎是冥王星的衛星,但因為兩者質量相差不大,又實現了相互潮汐鎖定,所以現在更傾向于認為卡戎是冥王星的伴星,如果能夠站在冥王星上看卡戎,景象將會是非常壯觀的。
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