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1 # 情感小生羅伯特
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2 # 天文線上
首先我們需要知道的是,地球和月球都在自轉。而且月亮會圍繞地球做橢圓軌道的公轉,如果從北極俯瞰,地球的自轉、月球的自轉以及公轉方向都是逆時針的。
好了,接下來我們講重點。因為月亮繞地球公轉的週期(約27.3217天)與月亮自身繞自軸的週期(約27.322天)幾乎完全相同,這種現象叫做同步自轉天然衛星或者是潮汐鎖定。嚴格的講,其實月亮也不只是完全有一半的面一直對著我們,由於天平動的緣故,我們可以多看見約18%的月背面,也就是說我們在地球上總共看見的月面約59%。
那麼問題又來了!什麼是天平動呢?簡單的說,就是從地球上看去,由於地球和月亮都是運動著的,有公轉與自轉,因此看起來月亮在天空中有周期規律性的擺動。從而使得月亮的另一半面部分出現又消失的規律週期,這裡就不詳講各種天平動了。
因為月亮是1:1的潮汐鎖定,所以從地球只能看到一側
最後,如果您不理解,我們就來舉個簡單的生活中的例子,來簡單類比一下。假如您現在手中有一個溜溜球,將溜溜球的連線地方做個標記,隨後用線在地面上轉動溜溜球,類似於月亮的公轉,朝向逆時針方向。我們將溜溜球比作月亮,將自己的手比作為地球。轉動起來,你就會發現,你標記的地方,永遠的指向你的手掌。這就和同步自轉天然衛星類似,不過有一點需要知道的是,我們的月亮不會永遠只有一面指向地球。有證據表明,月亮的公轉週期以及自轉週期在遙遠的過去是不同的。而且,理論的計算表明,在更遙遠的未來,隨著月亮遠離地球,月亮的公轉以及自轉週期又會不同。
圖解勝過萬語,請看下圖:
月球相位變化的動畫
為什麼月亮總是以同一面對著我們?首先我們要從星球執行的規律來看。我們都知道,星球在執行的時候多數是以旋轉的方式進行的,天體繞著自己的軸心而轉動,稱之為“自轉”,一個天體繞另一個天體來轉動,稱之為“公轉”。地球和月球都有自轉和公轉的現象,地球公轉繞著太陽,月球公轉繞著地球。
自轉和公轉跟月球為什麼總時以同一面對著我們有啥關係呢?關係太大了。
我們可以自己想象一個實驗:我們擺一塊圓形的盤子在地上,在盤子周邊刻上360個刻度,再拿一個球,把球的周長也刻上360個刻度,然後讓球圍著盤子轉,每次移動圓盤上一刻度的距離時,球自身也旋轉一刻度。於是我們會發現當球繞著圓盤轉了360°的時候,球自身也旋轉了360°。
球自身旋轉,就是自轉,球繞盤子轉,就是公轉。這個實驗告訴我們的是:當自轉速度和公轉速度相同的時候,自轉星球就會永遠以同一面面對它所圍繞著公轉的星球了。
這兩個球的關係,就相當於月球和地球。月球自轉和公轉的週期都是28天左右,所以我們總是隻能看到它的一面。這個現象再天文學中稱之為“同步自轉”。
其實月球總是以同一面對著地球,這並不是偶然現象。
我們都知道,因為月球引力的作用,地球上會產生潮汐力。
上初中我們就學習過,力的作用是相互的,當月球再地球引起了潮汐力的時候,其實地球也在月球引起了潮汐了,只不過月球上面沒有水,這個潮汐力就直接施加在了月球的月殼、月幔和月核上,形成了“固體潮”。
這“固體潮”同樣具有很強的力量,導致月球幔層之間不斷摩擦,從而將公轉的動能轉變為月殼內部的熱能。在這份力量和地月之間的力矩作用下,月球自轉在不斷的踩著“剎車”,最終的結果就是自轉和公轉速度逐步接近,其實這是必然的結果。
宇宙中很多恆星——行星系統都會出現類似的情況。地球作為行星,太陽作為恆心,我們繞著太陽旋轉的過程中也有這樣的情況,億萬年以後,在沒有意外的情況下,地球也將只有一面對著太陽。只不過這個時間需要的太長了。
為什麼月球總是以一面對著我們?其實這沒有什麼神奇的。有人說月球是外星人建造的飛船啊,是什麼宇宙監獄啊什麼的,其實這些都是無中生有。客觀的從圓周運動、相對運動和萬有引力進行簡單的分析,就會發現解釋這個現象其實不難。