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对地球来说,月亮是“多面伊人”。 但是,数亿年来,月球的自转速度变慢,一直变慢到自转周期和公转周期几乎相同,始终朝向地球。 那么——
本报记者刘园园
1月,月亮在帐幕上表演“特别公演”。 1月初的超级月亮之后,1月31日日全食又上演。 我能更清楚地看到月亮,但不幸的是,我只能看到兔子和月桂树的某一面。
这种现象用天文学知识来解释很简单。 因为月球绕地球一周的时间和月球绕地球一周的时间几乎一样,都是28天左右。
想象一下。 在大树周围画一个大圆,在该大圆上均匀显示360个刻度。 假设你绕着这棵大树走一圈,共享360步。 每在大圆圈上走一步,你的身体也倾斜一次。 那么,走这个大圆的时候,你的身体也旋转360度,回到原来的位置。
也就是说,如果在同一时间完成自转和公转,你总是同样面对大树。 月亮也是。 “在天文学中,这被称为同步自转。 》南京大学天文空间科学学院教授周礼勇接受科技日报记者采访时说。
但是,这只是表面上的理由。
“在月球形成的初期,自转速度比现在快得多。 自转周期只有几个小时,不到现在的28天。 ”。 周礼勇介绍说,月球对地球来说也是“多面伊人”。 几亿年来,月球的自转速度变慢,飞往地球。
那么,到底是谁刹车了月球的自转呢?
最古老的说法是潮汐力
为了说明月球自转变慢,潮汐力是最容易考虑的因素之一。
说到潮汐力,很多人会想到地球表面的潮汐现象。 没错,潮汐现象的幕后黑手是潮汐力。
地球和月球之间互相旋转,互相施加万有引力。 彼此给予潮汐力。 地球上的潮汐现象与月球对地球的引力有关。
住在海边的人会发现海水一天涨潮两次和退潮。 一个是月亮在地球背面的时候,另一个是月亮在头顶上的时候。
周礼勇解释说,因为地球朝向月球表面,所以感受到的月球引力很强。 背对月亮的一方,感受到的月亮引力很弱。 重力的方向朝向月球。 地球绕月球转时,每一点的离心力都一样。 离心力的方向与月球对地球施加的引力的方向相反。
那样的话,地球面向月球的一侧,受到的月球引力比离心力小一点,面向月球的一侧比离心力大一点,最终这两面都感受到了离开地心方向的力。 所以地球两侧的海水上涨了。
“月亮绕地球转的时候,也感受到地球带来的潮汐力”周礼勇说,地球潮汐力的作用是使月球的正对和负对的地球面膨胀,也就是把月亮弄平。
尽管月球上没有海水,月球壳、月球地幔和月球核仍能感受到潮汐力,形成不断涌向月球内部的固体潮。 这种固体潮在月球地幔层之间持续摩擦,转换为月壳内部的热能。 在这几十亿年里,可以消耗一部分月球的动能。
力矩才是直接制动机制。
但是,中国科学院国家天文台的平劲松研究员的研究表明,潮汐力引起的摩擦消散可能有限。
几年前,平劲松与同事发表过关于月球的研究。 他们发现月球核和月球地幔之间的流体是超低粘性层。 这意味着潮汐力引起的月球核和月球地幔之间的摩擦力很小,不太消耗月球的动能。
“重要的是潮汐作用产生的摩擦作用发生在月球内部,这个过程只能间接延缓月球的自转,不能直接制动月球的自转。 ”周礼勇说。
接受科学技术日报记者采访的两位天文学家认为最直接的制动机构是地球和月球之间的力矩作用。
在潮汐的作用下变平的月亮,依然要绕地球公转,自转。 周礼勇解释说,月亮膨胀的两侧,应该像两个突出的“耳朵”,两个“耳朵”的联系指向地心方向。 但是,由于月亮自转,这两个“耳朵”的联系实际上有点偏离,不指地心。
这时,来自地球的潮汐力使月亮突出的两个“耳朵”产生力矩,拉回两个“耳朵”,与月亮的自转方向正好相反。 拉的话,月球的自转速度也渐渐变慢。
平强松用简单的实验说明地球和月球之间的力矩作用。
把磁铁固定在转盘的中心,代表地球。 把指南针固定在转盘的边缘,表示月亮。 移动指南针,快速旋转指针,表示月球自转。 然后迅速转动转盘。 可以看出,在转盘旋转的过程中,原本迅速旋转的指针慢慢停止,最终指向转盘中心的磁铁。
停针是力矩的作用。 月球自转变慢的原理与此相似。
月亮是“两面派”
由于这些机制,月球的自转速度和公转速度一样慢。 最终对地球始终如一的结果,也就是地球的“被潮汐锁定”的结果。
更惊人的是,月亮面对地球的面和背对地球的面大不相同。 这就是所谓的月球“两分性”。
平强松告诉科技日报记者,月球面对地球的这个陨石坑更大,更密集,玄武岩的分布越来越多。 背对地球的一侧有越来越多的山。
“根据我们的研究,月球的重心和它的形状中心之间有2公里的差距。 据说月球的重心接近地球,形状的中心远离地球。 ”。 平强松说。
这可以理解为月球面对地球的半球更小,更重。 背着月亮地球的半球更大,但更轻。 据平强松介绍,月球形状和质量分布的不均,进一步增强了力矩的作用,使月球自转更明显减速。
关于月球两面为什么会出现这么大的差异,天文学界也有分歧。
比如,为什么月球面对地球的面上环形山越来越多? 月球面向地球的一面被地球挡住了,本来也有人认为来自其他天体的碰撞很少。 也有人认为地球引力起到的聚焦作用,反而给月球面向地球的面带来了很多冲击。
我感兴趣的是,在宇宙中,不仅要面对月球,还要面对自己转动的行星。
“在潮汐力和力矩的影响下,所有的行星-卫星系统,甚至恒星-行星系统都朝向这个结果”周礼勇介绍说,不仅行星,恒星也可以锁定行星。 但这个过程非常缓慢,天体系统可能在潮汐锁定实现之前就消失了。
平强松表示,太阳系中火星、木星、土星有时会锁定各自的卫星,冥王星和冥王星互为面对面。 水星的自转周期是公转周期的2/3,锁在太阳部分。