宇宙中幾乎沒有不自轉(zhuǎn)的天體,月球也不例外。我們看不到月亮自轉(zhuǎn)的原因是因為我們站在地球上觀察月亮。
潮汐鎖定
月亮其實是自轉(zhuǎn)的,但是它的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期是一致的,所以我們感覺不到月亮在自轉(zhuǎn)。
其實月球過去的自轉(zhuǎn)速度是比較快的,只是因為地球的存在,月球一直在減速。地球在太陽系形成后不久誕生。那時,沒有月亮,但是有一顆行星圍繞地球軌道運行,叫做忒伊亞。忒伊亞的大小和現(xiàn)在的火星差不多。由于軌道接近,忒伊亞在重力的吸引下與地球相撞。
這種碰撞不像小行星撞擊地球,而是直接撞擊地球的旋轉(zhuǎn)軸。這樣做的好處是地球原來的轉(zhuǎn)軸是正的,所以地球像陀螺一樣來回晃動。然而,在忒伊亞把地球的旋轉(zhuǎn)軸敲歪之后,地球的環(huán)境相對穩(wěn)定,所以才有可能孕育生命。
當忒伊亞撞擊地球時,兩顆行星合并,大部分碎片被拋入宇宙。但是,由于地球引力的存在,這些碎片并沒有跑得太遠,而是聚集在地球周圍。隨著時間的推移,這些碎片在重力作用下坍塌,形成了一顆新的行星——月球。
一開始月球自轉(zhuǎn)比較快,但是月球在自轉(zhuǎn)過程中會受到地球引力的影響。
從我們的理解來說,月球是圓的,但實際上是橢圓形的,因為月球受到地球引力的吸引,會變形,靠近地球的一側(cè)會拉長。月球自轉(zhuǎn)時會再次變形,在變形過程中月球會消耗掉一部分動能,所以自轉(zhuǎn)速度會越來越慢。
月球誕生至今已逾40億年。在這40億年里,月球的自轉(zhuǎn)速度越來越慢,直到與公轉(zhuǎn)速度保持同步。
月球的自轉(zhuǎn)速度之所以能與公轉(zhuǎn)速度保持一致,是因為當這兩種速度一致時,地球的引力將不再減緩月球的自轉(zhuǎn)速度。
之所以找不到月球的自轉(zhuǎn),是因為月球一直被潮汐鎖定,始終以固定的一面面向地球,以至于我們找不到它們的自轉(zhuǎn)。
月球重力
不僅地球的引力可以減緩月球的速度,月球的引力也可以減緩地球的自轉(zhuǎn)。
美國地球物理聯(lián)合會在考古期刊上發(fā)表了一篇論文,其中指出,通過研究7000萬年前軟體動物的殼化石,發(fā)現(xiàn)7000萬年前地球一年只有372天,也就是說當時地球一天只有23.5小時。
今天,一年365(366)天,一天24小時。這意味著地球自轉(zhuǎn)速度變慢,而造成地球自轉(zhuǎn)速度變慢的罪魁禍首是月球的引力。
我們知道,引力和質(zhì)量有關(guān)系,月球質(zhì)量小,所以引力也小。然而,月球的引力也在影響地球的自轉(zhuǎn)。
月球的引力會吸引地球的海水向月球附近一側(cè)匯聚形成高潮,而另一側(cè)也會由于地球的自轉(zhuǎn)而形成高潮。月球繞地球自轉(zhuǎn)時,海洋中的海水不斷形成漲潮和退潮,地球的勢能會在海水相互撞擊的過程中被消耗掉,導致地球自轉(zhuǎn)變慢。
有證據(jù)表明,地球形成之初,旋轉(zhuǎn)一次只需要8小時,現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)一次需要24小時。如果太陽系的歷史足夠長,那么也許有一天,地球的自轉(zhuǎn)速度會和月球的公轉(zhuǎn)速度相等,這就是所謂的“相互潮汐鎖定”。
月球潮汐鎖定地球需要很長時間的原因是月球引力小于地球引力,月球想要潮汐鎖定地球需要比潮汐鎖定月球更長的時間。
總結(jié)
宇宙中幾乎所有的天體都會自轉(zhuǎn),月球也不例外。之所以感覺不到月球的自轉(zhuǎn),是因為月球的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度是一致的,站在地球上也感覺不到月球的自轉(zhuǎn)。月球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)周期一致的原因是潮汐鎖定。
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