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我們永遠(yuǎn)只看到月球的臉,后腦勺從來(lái)未見(jiàn),它到底有自轉(zhuǎn)嗎?

 柳家李紅 2021-09-29

這是許多人疑惑的問(wèn)題。我們每天看到的都是月亮的同一面,所有天體都在自轉(zhuǎn),為什么月亮這么“頑固”,就是不轉(zhuǎn)呢?還有人認(rèn)為,宇宙中只有月球不自轉(zhuǎn),很奇怪。

其實(shí)這個(gè)問(wèn)題有兩個(gè)誤區(qū):一是月球并不是不自轉(zhuǎn),只是轉(zhuǎn)得有些慢;二是太空中有許多天體和月球一樣的轉(zhuǎn)法,這種“頑固”并非月球獨(dú)有。那么月球是怎么個(gè)只轉(zhuǎn)發(fā)呢

月球的轉(zhuǎn)法叫潮汐鎖定

何謂潮汐鎖定?就是天體之間由于引力作用,會(huì)相互影響其自轉(zhuǎn)。在引力相互作用范圍,兩個(gè)天體除了引力影響,還有引潮力的影響。引力和引潮力總體上都是引力作用,但有些區(qū)別。引力是指兩個(gè)天體整體之間的作用力,引潮力是引力在天體不同位置的作用力不同,形成的某種效應(yīng)。

萬(wàn)有引力定律可以用如下公式表述:F=GMm/R^2。這個(gè)公式的意思就是引力大小F值,是與引力常量G與作用雙方大小天體質(zhì)量M和m的乘積成正比的,與M和m之間距離R的平方成反比的。

但這個(gè)總的引力值,只是解釋兩個(gè)天體之間整體相互作用關(guān)系,是計(jì)算總體引力值大小的公式。而引力作用到某個(gè)天體,在這個(gè)天體不同部位力的大小分布是不均勻的。根據(jù)引力大小與距離平方成反比的規(guī)律,天體表面相互最靠近的地方引力最大,而隨著距離的延長(zhǎng),引力作用就會(huì)急速衰減,這就給天體不同部位形成不均勻拉拽力,并且隨著天體自轉(zhuǎn),形成擠壓和揉搓力。

這種效應(yīng)會(huì)扭曲天體表面,最明顯可見(jiàn)的就是流體,我們地球形成的海洋潮汐,就主要是地球與太陽(yáng)、月亮之間引潮力關(guān)系導(dǎo)致的。引潮力不只是對(duì)流體,其實(shí)對(duì)剛體如巖石也會(huì)造成變形扭曲,只不過(guò)由于變形小一些,肉眼很難看出而已。

這種潮汐力長(zhǎng)期作用的結(jié)果,就會(huì)讓天體自轉(zhuǎn)越來(lái)越慢,最終在相互引力作用關(guān)系中較小的天體,就會(huì)先被潮汐鎖定,也就是有一面一直朝著大天體,看起來(lái)不轉(zhuǎn)了。月球與地球剛形成主衛(wèi)關(guān)系(地球是主星球,月球是地球衛(wèi)星)時(shí),月球自轉(zhuǎn)是較快的,可能經(jīng)過(guò)了若干億年的潮汐拉拽之后,漸漸就成了現(xiàn)在的樣子。

實(shí)際上,月球也還在自轉(zhuǎn)

所謂潮汐鎖定,就是公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)同步了,但并非沒(méi)有自轉(zhuǎn)。月球老是一面向著地球,只是地球上的人們看起來(lái)它沒(méi)有自轉(zhuǎn)而已,但如果在遠(yuǎn)離地月的太空,看到完整的地月系統(tǒng),就會(huì)發(fā)現(xiàn)月球也還在自轉(zhuǎn),只是與公轉(zhuǎn)同步,轉(zhuǎn)得很慢而已。

月球公轉(zhuǎn)周期為27.32天,就是圍繞著地球轉(zhuǎn)一圈需要27.32天??雌饋?lái)月球老是一面向著地球,但實(shí)際上它在圍繞著地球公轉(zhuǎn)了一圈的同時(shí),自己也轉(zhuǎn)了一圈,這就是自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步。如果它在公轉(zhuǎn)的時(shí)候不自轉(zhuǎn),那我們?cè)诘厍蛏暇蜁?huì)看到不同的月亮,就像上圖右邊描述的那樣。

太陽(yáng)系有許多衛(wèi)星已經(jīng)被潮汐鎖定

太陽(yáng)系有8大行星,其中有4顆類(lèi)地行星,就是像我們地球這樣,外面有一層巖石圈包裹著,密度和硬度較大,它們是水星、金星、火星和地球。目前水星和金星都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有衛(wèi)星,地球有月亮這一顆衛(wèi)星,火星有火衛(wèi)一和火衛(wèi)二兩顆衛(wèi)星。

除了4顆類(lèi)地行星,還有4顆叫氣態(tài)行星或類(lèi)木行星。這幾顆行星的特點(diǎn)就是大,質(zhì)量體積都大,最小的天王星質(zhì)量都是地球的14.5倍,最大的木星質(zhì)量是地球的318倍。這些巨行星衛(wèi)星很多,其中木星有79顆,土星有82顆,天王星有27顆,海王星有14顆。

這些衛(wèi)星有許多和月球一樣,也被主星潮汐鎖定了。已知大行星衛(wèi)星中被潮汐鎖定的衛(wèi)星已經(jīng)有32顆,其中火星2顆、木星8顆、土星15顆、天王星5顆、海王星2顆。這些被鎖定的衛(wèi)星,都總是一面朝著自己的主星,一副很忠誠(chéng)的樣子。但要做到這一點(diǎn),就必須在公轉(zhuǎn)一圈的同時(shí),也自轉(zhuǎn)了一圈,否則就無(wú)法一直表示衷心了。

理論上,所有天體最終都將被潮汐鎖定

有人認(rèn)為,現(xiàn)在水星和金星自轉(zhuǎn)周期很長(zhǎng),其中水星為58.5個(gè)地球日,金星為243個(gè)地球日,都與其公轉(zhuǎn)周期接近,金星甚至大于公轉(zhuǎn)周期,這里面就有太陽(yáng)引力鎖定的成分。不過(guò)這種說(shuō)法有爭(zhēng)議,人們認(rèn)為行星形成現(xiàn)在的自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn)速度,和不同的自轉(zhuǎn)軸傾斜角度,有很復(fù)雜的因素,與太陽(yáng)系形成早期和后來(lái)的一些天體事件有關(guān)。

但所有的行星自轉(zhuǎn)都在變慢,這就說(shuō)明太陽(yáng)的引力潮汐正在對(duì)行星施加影響,讓行星有被潮汐鎖定的趨勢(shì),與此同時(shí),殺人一千自損八百,太陽(yáng)也被行星引力所拖累,也有被鎖定的趨勢(shì)。

有研究表明,我們地球在6億年前,自轉(zhuǎn)一周只需要22個(gè)小時(shí),現(xiàn)在則為24小時(shí)。根據(jù)這個(gè)變化,我們可以計(jì)算出自轉(zhuǎn)周期每年會(huì)變慢0.012毫秒。如果按照這種趨勢(shì)線(xiàn)性慢下去,10億年后,地球自轉(zhuǎn)一圈將放慢12000秒,這樣一個(gè)晝夜就需要27.33小時(shí)了;而到了50億年后,自轉(zhuǎn)一周會(huì)延長(zhǎng)60000秒,每個(gè)晝夜就有36.67小時(shí)了。

而我們太陽(yáng)系的壽命也只有約50億年了,也就是說(shuō)到了天荒地老毀滅時(shí),地球也還沒(méi)有被太陽(yáng)潮汐鎖定。因此雖然所有行星、恒星都有被引力潮汐鎖定的趨勢(shì),但在它們有生之年,并不一定就真的會(huì)鎖定。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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