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你有没有发现自己从没见过月亮的背面?

木鱼水心 木鱼水心


元宵节,是我们中国人阖家团圆,吃元宵,猜灯谜的好日子。同时,正月十五是农历新年的的第一个月圆之夜,也是一个赏月的好日子。


我们今天就来聊聊月亮


不知道你有没有发现,每次你仰望夜空,看到的都是月亮的正面,从来没看到过月球的背面,这是为什么呢?月亮身上有着那些神奇的奥秘呢?


不一样的轻松脱口秀为你揭开月亮的神秘面纱,最后一样是问答环节哟:



▲  节目完整视频


以前的人们一直不知道月球背面长啥样,直到 1959 年,前苏联的人造卫星(月球 3 号)飞过月球背面,拍下了 29 帧图像,人们才真正见到月球背面的样子

月球正面和背面


其实,月球只有一面对着地球的现象,叫做“潮汐锁定”,也可以叫同步自转。这是宇宙中经常发生的现象。


假如月球只有公转,没有自转,那么地球上不同的地点可以看见月亮不同的部分。

但事实上,月球在公转的同时,也在同步自转,那么,在地球上的任何地点,都只能看到月球的正面,无法看到背面。

只有公转,没有自传


同步自传


这就叫做月球的同步自转,而这实际上是月球被地球“潮汐锁定”的结果


如果在月球上插一面旗子,那么在潮汐锁定的状态下,旗子会永远朝着我们。

潮汐锁定,在月球上插一面旗子


在解释潮汐锁定的成因前,我们要先解释一下什么叫做 潮汐


潮汐,主要指的是海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下,所产生的周期性运动。


我们知道,天体之间存在万有引力,引力的大小与距离的平方成反比。


就拿月亮的潮汐作用来说,因为地球并不是一个点,所以月球对地球每一个部分的大小和引力方向都不同,而这会对地球表面的海水进行挤压和撕扯,让海水在地月连线上比较突出。


导致潮涨潮落,这就是我们熟悉的潮汐现象。

涨潮与退潮


后来,在天体文领域,“潮汐”一词被推广开来,由于天体上各点位置不同,各点受到引力的大小和方向也就不同,从而导致天体发生形变,而这种让天体形变的力量就叫做 潮汐力


明白了什么是潮汐和潮汐力,我们再来看看地球对月球的影响。


虽然月球的表面并没有海水,但在潮汐力的作用下,月球也产生了类似于潮汐的形变,以致于它朝向地球的一面,也就是插旗子的这个地方,会微微凸起。(视频的动态演示会更清楚的)


我们知道,当前月球只有一面朝着我们,所以旗子永远朝着我们。

月球朝向地球的一面微微凸起


为了说明这个原因,我们先做一个否定的假设,我们假设月球的自转和公转不同步,那么,这面旗子就会被转到其他位置,但在潮汐力的作用下,凸起仍然朝向地球。


于是,随着月球的不同步自转,和地球对月球潮汐力的影响,月球的形状是在不断改变中的。(并不是一个椭球体在空中转,而更像是一个球不断变化着凸起的位置。)


这种对月球形状微小但持续的影响,会导致内部岩石的弯折,挤压和摩擦,这个过程中,月球自转的动能转化为摩擦热能。

凸起位置不断变化,月球内部岩石受到挤压、摩擦,动能转化为热能


于是,月球的自转渐渐变慢,直到和公转同步,这时,月球的某一面会渐渐永远朝向地球,到达一个相对稳定的状态。


这样,内部岩石也不必再频繁变形,能量转化也就停止,月球便被地球“潮汐锁定”了。


而我们现在看到的月球,就是潮汐锁定之后的状态。


在这个变化过程中,地月系统的总角动量守恒。当月球自转速度减慢,失去角动量时,轨道的角动量会提升相似的量 。


其中也有一些对地球的自转造成较小的影响,这样的结果是导致月球在减缓自转速度时,相对于地球的轨道会提升。

地球和月球


其实,不但地球对月球有影响,地球总体也是在趋向潮汐锁定的。但是,地球质量远大于月球,这种变化非常微小。


大概每过100年,地球的自转周期会变慢1.6毫秒(这还包括太阳的影响),所以,地球被月球潮汐锁定,应该还需要很多很多年吧。


前面也说到,潮汐锁定现象在宇宙中并不罕见,只要两个天体离得比较近,就很容易发生


比如冥王星,就和它最大的卫星卡戎互相潮汐锁定了(一种说法是这是一个双行星系统)。两颗星星整天都是脸对脸的状态,永远都是一面朝着对方。


冥王星与卡戎互相潮汐锁定


在以前信息不发达的时候,一些地摊书籍说,月球之所有只有一面朝向地球,是因为月球背面有外星人。


当然,现在看来,我们的月球并没有什么特别的,月球只有一面朝着我们,其实也不是什么阴谋呢。


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