没想到你是这样的『两面派』| 线上科学日
你抬头望过月亮吗？
晴朗的夜空
总会有一轮明月高悬
在一个没有云雾的遮挡的夜晚
空气质量又十分给力的情况下
我们甚至可以看到
月球表面的一些细节特征
不过如果我告诉你
上面这张图在地球上是拍不出来的
你相信吗？
事实上
无论是新月还是满月
无论你在地球上的哪个位置
你永远只能观察到月球的一半
换句话说
月球在围绕地球公转的过程中
朝向地球的一面始终是固定不变的
我们在地球上看不到月球的另一面
是不是非常的不可思议？
没想到月球竟然是这样的“两面派”
在解释“两面派”这个问题之前
我们不妨先插入一个题外话
月亮究竟有多大？
从地球上看上去
月亮似乎真的很小
更何况它只是地球的卫星
还能大到哪儿去？
然而令人惊讶的是
月球的表面积与
欧洲、中国、美国、巴西、南非
这五个地区的面积之和差不多
尽管月球的质量只有地球的1/80
但是它的直径却接近地球的1/3
这样的直径比在整个太阳系的
卫星和行星中排名第一
这或许也是一条关于月球的“冷知识”
单论体积
月球在太阳系的众多卫星中
也可以排到第五的位置
它的直径比我们熟悉的冥王星
还要大上约50%
不过由于地月间的平均距离
有380000km
因此月亮看上去没那么大
回到我们今天的正题
为什么月球在绕地球公转时
朝向地球的一面始终不变？
为什么月球自转和公转的周期
就那么巧合的分秒不差？
要知道
如果月球没有自转
那么每公转一周我们就能
360°地看到月球表面一次
如果月球自转速度翻一倍
看到月球全部表面的时间会更短
可是月球自转的周期就是那么傲娇
不早不晚刚刚好
以至于甚至会被说是“神的旨意”
不过不巧地是
月球并非是一个特例
太阳系中绝大多数的卫星
在绕其行星公转时
朝向行星的一面都是固定的
在这背后显然有着共同的原因
根据目前对月球形成原因的研究
我们认为月球诞生于
一次巨大的小行星撞击
诞生之初
它自转和公转的周期是不同步的
由于万有引力的作用
靠近地球的一侧受到的引力更大
因此月球会被拉成一个“椭球形”
地月连线的方向上会被拉长
当然没有图上画的那么夸张啦
不过实际效果的确如此
随着月球的自转和公转
“椭球形”的指向会变
不再朝着地月连线的方向
不过在万有引力的作用下
无论月球自转的速度
是要比公转快还是慢
万有引力总能把它给“掰回来”
于是经过大约1000年的“调教”
月球自转和公转的周期总算是同步了
朝向地球的那一面也就固定了
不过随着天文观测技术的升级
人们发现所谓的“固定”
其实还是有一定的偏差
一方面这是由于
月球公转的轨道并非正圆
另一方面则是要考虑
月球自转轴与公转平面的的夹角
也并非完美的90°
但即便是这样
我们在地球上
也只能观测到月球表面的59%
剩下的41%则是
靠人造绕月卫星的发射才看到的
看到这里
相信聪明的你一定产生疑问
按照同样的逻辑
地球上为什么还会有白天和黑夜
地球自转和公转的周期为什么不同步
事实上
地球自转的速度一直是在减慢的
未来会有那么一天
地球自转和公转的周期同步
在很多很多的天体系统中
也都会产生类似的现象
天体物理上把它称作“潮汐锁定”
只不过由于日地距离太远
万有引力的效果还没有那么显著
因此人们在日常生活中很难察觉到
如果要问地球何时会被太阳潮汐锁定
由于相关的计算过于复杂
现在科学界还没有一个定论
但可以肯定是
这个时间一定会很长很长
甚至可能会超过太阳的寿命
素材来源：https://youtu.be/6jUpX7J7ySo
https://youtu.be/Tqt9hZcWhJM
编辑：Alex Yuan
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