有人提出,月亮公轉與自轉完全一致,是一種巧合。
現在沒有這個答案,反正自從人類有記載的歷史以來,月亮就是這個樣子,老人說,那上面有一棵桂花樹,桂花樹下有嫦娥和月兔。
現代科學探測已經知道了月球的面貌,那所謂的桂花樹只不過是荒涼月球上“月海”的陰影而已。月海沒有水,只是一片低窪的陸地。
在太陽系,自轉與公轉同步的星球很多,這些星球總是一面朝著它的主星,這不是巧合,實際上是被主星的引力潮汐鎖定了。目前,太陽系的所有行星都還沒有被太陽鎖定。原來有人認為水星和金星可能已經被太陽潮汐鎖定了,後來發現並沒有。
1959年天文學家們經過對水星觀測計算,發現水星的自轉與公轉並不同步。水星自轉3周,圍繞著太陽公轉才2周,因此水星與太陽實際上是3:2軌道共振關係。
金星自轉速度非常慢,金星圍繞著太陽公轉一圈,需要224.7天,而自轉一週卻需要243天。這樣,金星的一天比一年還要漫長,但這並非是潮汐鎖定。
太陽系八大行星除了水星和金星,有6顆行星擁有衛星,除了地球,其餘的5顆行星衛星都比地球多。其中火星衛星有兩顆;木星衛星有79顆;土星衛星原有62顆,2019年國際天文學聯合會小行星中心突然宣佈又發現了20顆,這樣超過了木星,衛星總數達到82顆;天王星有衛星27顆;海王星有衛星14顆。
這樣,太陽系大行星的衛星合計已有205顆,這些衛星都是已知的,還有一些尚未定論的發現,相信今後衛星數量還會有增加。
這些衛星,現在證實被主星潮汐鎖定衛星至少有35顆,其中:地球1顆;火星2顆;木星8顆;土星15顆,天王星8顆,海王星2顆。
這個潮汐鎖定到底是怎麼回事呢?這是因為兩個天體之間萬有引力作用,在球形天體的不同位置是不一樣的,這樣就會導致天體變形,受力最大的區域和對應一邊會潮汐隆起,就像海水漲潮退潮一樣。
這種引力對天體的扭曲導致了引力在天體作用的不平衡,小天體對大天體這種扭曲的抵抗要消耗動能和角動量,漸漸轉動就越來越慢,最終就被潮汐鎖定了。
鎖定的結果就是公轉與自轉完全同步,公轉一圈也自轉一圈,這樣就永遠有一面是朝著主星,另一面揹著主星。
大海因為是流體,潮汐變形作用就非常明顯。其實潮汐作用不但會導致流體發生變形,對於岩石剛體同樣也有變形,只是比流體小多了,肉眼看不出來而已。
地球對月球的潮汐作用就是月球剛體變形,最終鎖定。
小天體被大天體潮汐鎖定的同時,也會消耗大天體的能量,小天體的引力同樣也會在大天體上發生潮汐作用。月亮對我們地球大海的潮汐作用就是典型的例子。
因此從理論上來說,大天體也總有一天會被小天體潮汐鎖定,只不過如果天體之間品質懸殊,小天體力量過於弱小,鎖定時間就會很漫長而已。
但有一個例子就非常典型,冥王星和冥衛一卡戎就是相互潮汐鎖定了。這是因為冥王星比卡戎大不了多少。卡戎直徑約冥王星的一半,品質約冥王星的1/8,而且他們之間距離很近,只有19570千米。
科學界認為,卡戎並不是冥王星的衛星,而是與冥王星共享一個公轉軌道,它們圍繞著旋轉的質心並沒在冥王星上面,而是在雙方連線的空間。這也是冥王星最終被踢出行星隊伍的一個主要原因。
因為行星定義重要一條,就是要清空公轉軌道上的小天體。卡戎的存在,視為冥王星沒有清空軌道。
但它們的相互鎖定,說明大天體也會被小天體鎖定。
地球與月球之比就比冥王星與卡戎之比大多了。地球直徑12756千米,月球直徑3476千米,地球直徑是月球的3.67倍;地球品質為5.965×10^24千克,月球品質為7.349×10^22千克,地球品質是月球的81.2倍。而且月球距離地球有38.4萬千米。
因此雖然理論上,月球鎖定地球的可能性存在,但時間需要非常久遠。
科學觀測認為,地球自轉在變慢,但這種慢變化很小,10萬年每天才會增加1秒。
這樣1億年就增加1000秒,也就16.7分鐘,3.6億年才增加1個小時,50億年每天增加了約14小時,也就是變成了38小時一天,地球依然在自轉,沒有被鎖定。
但50億年後,太陽系已經毀滅了。
太陽系行星對太陽的鎖定就更是螞蟻想扯住大象了。太陽品質是太陽系總品質的99.86%,八大行星加上矮行星、衛星、小行星的各種天體,包括塵埃也才佔太陽系的0.14%,要潮汐鎖定太陽,理論上可行,但時間需要宇宙毀滅。
潮汐鎖定更多的發生在軌道偏心很小接近圓形的天體之間。如果軌道偏心較大,天體之間的潮汐鎖定作用就難以形成,表現出來的更多是軌道共振。
水星就是一個典型的例子。其公轉軌道偏心率達到0.206,而我們地球才0.017。所以雖然距離太陽那麼近,品質又那麼小,也沒被潮汐鎖定,而是形成了自轉與公轉週期為3:2的共振。