首先,要擺正一個思路,月球總是一面對著地球這個事情本身不是奇怪的事情,也不是概率特別低的事情,更不是超自然力量導(dǎo)致的,相反這種事情是宇宙中非常高頻事件(也就是一個天體一面朝著另一個天體的情況),我們還給這種情況取了一個名字叫做潮汐鎖定。 那這到底是如何造成的呢? 潮汐鎖定 潮汐鎖定的原因并不是非常難以理解,我們要想搞清楚,首先要知道地球和月球之間存在萬有引力。 由于月球是距離地球最近的天體,而且它的個頭還不算小。所以,地球上的潮汐是由于月球引力而引發(fā)的。 當然,我們也知道,現(xiàn)在有一些地區(qū)就在使用潮汐來進行發(fā)電,這說明什么?潮汐是具有能量的,那潮汐的能量到底是從哪里來的呢? 其實這個潮汐是來自于地球的自轉(zhuǎn),也就是地球自轉(zhuǎn)的動能。那這該如何理解呢? 我們都知道,月球繞著而地球轉(zhuǎn)上一周是一個月,大概30天不到的樣子。而地球自轉(zhuǎn)一周只需要一天,不到24小時的樣子。兩者相差了近30倍。也就是說,月球跑得要比地球自轉(zhuǎn)慢多了,但是它們之間有又是存在引力的。這引力就有的像繩子一樣牽引著彼此,如果有一方比較慢,勢必就會拖累另一方,所以月球是在給地球拖后腿的。 這個后腿拖得可不是一般有技術(shù)含量,實際的效果就是給地球減速,利用的工具就是地球上的海水,海水會發(fā)生潮汐,每到潮汐發(fā)生時,海水就會發(fā)生互相摩擦(當然不僅是海水,實際上海水和地球表面也會摩擦),這一摩擦就會生熱,這些熱量最后就會散失掉,而摩擦的過程其實就是在消耗地球自轉(zhuǎn)動能的過程,地球也就轉(zhuǎn)得慢了。 在恐龍時期,一天才20個小時左右,10億年前的一天則只有10個小時。所以,我們現(xiàn)在地球的自轉(zhuǎn)是明顯慢了。 那這和潮汐鎖定有什么關(guān)系么? 其實初高中物理學課上學過相對性的概念,剛才的一切都是站在地球角度上去看。如果我們在占月球上看,也可以理解成地球在繞著月球轉(zhuǎn)。一周也還是一個月。而月球早期的自轉(zhuǎn)速度也是很快的,要比一個月時間短得多,但地球也在給月球拖后腿,這個拖后腿其實也是在消耗月球自轉(zhuǎn)的動能。 可能你要說了,明明月球基本上都是巖石,也沒有海水,咋能給月球減速呢? 這里我們要搞清楚,早期的月球是因為有一顆火星大小的行星在地球軌道附近溜達,然后不小心一頭撞上了地球,拋灑出來的碎片在引力作用下形成的。因此,早期的月球溫度超級高,其中有大量的巖漿,這就類似于海水的作用。 不僅如此,其實巖石也是會相互摩擦或者變形的,這些都會消耗月球的自轉(zhuǎn)動能量,而且由于地球的引力要遠遠大于月球的引力,因此,地球拖后腿的水平要遠遠高于月球的水平。所以,早期的月球是在快速減速的,后來冷卻下來后,就在慢慢減速。但減速總也有個頭啊,這其實也好理解,這種消耗的根本原因來自于地球繞著月球轉(zhuǎn)一圈的慢于月球的自轉(zhuǎn)。(我們這里以月球為參考系。實際上,地球繞月球一圈和月球繞地球一圈只是參考系不同的,但公轉(zhuǎn)周的時間是一樣的,都是一個月。)所以,當?shù)厍蚶@月球轉(zhuǎn)一圈的時間等于月球自轉(zhuǎn)一圈的時間時,就不會有減速的作用,而此時就會出現(xiàn)潮汐鎖定,這也是為什么月球總是一面朝著地球的原因。 實際上引力還會使得月球產(chǎn)生形變,這會影響到我們看到的月球表面大小,讓我們看到月球的表面不僅僅是一面,而是要稍微多一些。 諸多影響因素 不過月球也并不是完全一面對著我們,月球的實際軌道和受力其實很復(fù)雜。 舉個例子,因為月球繞行地球并非是完全圓周運動的軌道,實際上是一個橢圓,如果下圖所示,這種軌道的偏心率,就會使得我們多看到一部分的月球。 除了軌道這身的問題,還有月球的自轉(zhuǎn)軸和地球自轉(zhuǎn)軸,以及兩個軌道并不在一個平面上都會對我們看到月球產(chǎn)生影響。 除此之外,由于我們在地球不同位置去看月球的視角是不同的,這就好像你歪著頭看一個樣東西和正視這個東西其實看到的是不一樣的,這也會對我們看到月球表面大小產(chǎn)生影響。 以上三點也被稱為:天平動。這使得我們看到的月球的這個面會在一定的范圍內(nèi)波動,而不是一個固定的情況??傮w來說,平均下來,我們大概是可以看到月球表面面積的59%。 ![]() |
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