我們來說說月球吧。 沒錯,古詩詞裡的常客“月”,漂浮在天空中友好的鄰居,也是人類唯一踏足過的天體(當然,地球除外!)。 關於月球,或許我們瞭解的最重要的一點是,當它繞地球旋轉時,面對我們的總是同一面。 這也是我們在地球上能看到月球的全部面容。 實際上,直到1959年,我們才看到傳說中的月球暗面。 當時我們把一個航天器送入月球軌道,給神秘的暗面拍了照片。 在那之前,人們也想像過月球背面有著城市和湖泊。 是什麼讓月球背面如此完美的躲過我們在地球上的目光呢?這是因為,月球自轉一週的時間和它繞地球公轉一週的時間正好相等。 所以每當它在繞地球公轉的軌道上旋轉一度,它就在自己的自轉軸上旋轉一度,永遠用同一面面對地球。 左:月球用一面面向我們,右:看似月球完全不自轉 一定程度上,大家只知道這些,因為地球沒有什麼別的衛星自轉和公轉如此精確地同步了。 這怎麼可能?畢竟,實在太巧合了。 這是何方神聖?答案其實不難。 走進潮汐力 一個物體各個位置的引力不同導致了潮汐力。 牛頓定律告訴我們,引力與兩個物體之間距離的平方成反比。 就算是最微小的物體,引力在近的地方也比遠的地方要大。 還有,既然我們談到的都是行星和衛星那麼大的東西,這個差別自然可以大到在行星上產生潮汐。 當月亮在你正上方時,地球上比土壤更容易被“拽起”的水,被月球拽向了它的方向。 這導致水平面升高,也進一步導致了首次高潮。 同時,在另一面,地球上的土被束縛的更緊了。 記得水比土壤更容易被拉起來嗎?此時,因為土壤被向內束縛,水平面相對來說就更高一些了(其實只是土壤平面變低了)。 這被稱為第二次高潮。 在兩個高潮區域之間的水被吸過去了,所以這些“缺水”的地方有著低潮。 “被吸上去的水會讓我看起來更胖嗎!” 等等…這好像和月球的暗面無關吧? 其實,我們看到潮汐能產生如此大的效應的原因在於水是液體,也比土(固體)容易形變得多。 不過我們看不到不代表土沒有發生形變。 正如月球的潮汐力作用在地球上,地球也在對月球施加著自己的引力。 因為地球施加的引力遠比月球施加的大(別忘了,引力隨質量增加),最終我們在月球表面離地球最近的地方拉起了一個腫塊。 地球一直如此,把月球的形狀 變成了一個略扁長的球體,有點想很圓的橄欖球。 現在想象一下“小時候”的月球。 在月球剛誕生時,它應該是沒有潮汐鎖定的現象的。 當時它自轉的速度和現在不同,要麼快些,要麼慢些。 這並不重要,我們馬上就知道了。 就現在而言,那個地球拉起的大腫塊肯定離地球正上方那個點不遠。 如果月球自轉的速度比公轉快一些,這腫塊就會靠前一點。 地球的吸引力會在月球上施加一個力矩(可以想成一個扭動的力),直到月球旋轉得慢一些。 在腫塊路過地球的正下方時,不平衡的力消失,這個腫塊也就被鎖在面對地球的角度了。 腫塊被強行留在這個角度。 就算它只移動了一點點,也會被拽回來的。 假如它自轉得慢了些,道理也是一樣,不過是方向反了下,結果都是一樣的。 潮汐力矩 在月球回來面向我們之前總有個旋轉,最終結果也總是差不多,這也是我們在地球上望向月亮只熟悉它一面的原因。 如果你站在月球上的一個點,地球會總是在你頭頂上方。 啊哈!旋轉是同步的! 如你所見,月球這個行為好像不是衛星中的特例。 實際上,大多數衛星(除了一些圍繞木星和土星旋轉的小衛星)都有潮汐鎖定現象。 對於冥王星和它的“月球”——冥衛一——來說,情況甚至更極端。 它們倆質量非常接近,近到它倆對對方都有潮汐鎖定現象——它們都用同一面朝向對方。 相比而言,這倒不太像一個衛星繞行星公轉了(準確地說,矮行星),舉個更貼切的例子:更像兩個球被綁在一根棒子上旋轉。 一個共存的關係 冥王星好像不咋地,是吧?呃..我們也沒什麼好得意的。 冥王星這個現象可能使它和冥衛一的自轉速度慢得像蝸牛,而且它被太陽系“開除”了。 但是,我們也面臨一些同樣的問題。 月球施加的潮汐力其實也在減慢地球的自轉。 當地球形成時,當時的一天相當於我們現在的四分之一左右(差不多6小時)。 就算是現在,月球導致的效應仍然以每年15微秒的速度減少我們一天的時間。 不過別擔心,在月球永久潮汐鎖定地球之前,太陽會先變成一個紅巨星,然後暴躁地把我們吃掉。 我們貌似可以少憂慮一件事了。 參考資料 1.WJ百科全書 2.天文學名詞 3. 飛魚- Team Science ABC 如有相關內容侵權,請於三十日以內聯絡作者刪除 轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處 《月亮的暗面:為什麼我們永遠無法看見?》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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月亮的暗面:為什麼我們永遠無法看見?
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