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这是许多人疑惑的问题 。 我们每天看到的都是月亮的同一面 , 所有天体都在自转 , 为什么月亮这么“顽固” , 就是不转呢?还有人认为 , 宇宙中只有月球不自转 , 很奇怪 。
其实这个问题有两个误区:一是月球并不是不自转 , 只是转得有些慢;二是太空中有许多天体和月球一样的转法 , 这种“顽固”并非月球独有 。 那么月球是怎么个只转发呢
月球的转法叫潮汐锁定
何谓潮汐锁定?就是天体之间由于引力作用 , 会相互影响其自转 。 在引力相互作用范围 , 两个天体除了引力影响 , 还有引潮力的影响 。 引力和引潮力总体上都是引力作用 , 但有些区别 。 引力是指两个天体整体之间的作用力 , 引潮力是引力在天体不同位置的作用力不同 , 形成的某种效应 。
万有引力定律可以用如下公式表述:F=GMm/R^2 。 这个公式的意思就是引力大小F值 , 是与引力常量G与作用双方大小天体质量M和m的乘积成正比的 , 与M和m之间距离R的平方成反比的 。
但这个总的引力值 , 只是解释两个天体之间整体相互作用关系 , 是计算总体引力值大小的公式 。 而引力作用到某个天体 , 在这个天体不同部位力的大小分布是不均匀的 。 根据引力大小与距离平方成反比的规律 , 天体表面相互最靠近的地方引力最大 , 而随着距离的延长 , 引力作用就会急速衰减 , 这就给天体不同部位形成不均匀拉拽力 , 并且随着天体自转 , 形成挤压和揉搓力 。
这种效应会扭曲天体表面 , 最明显可见的就是流体 , 我们地球形成的海洋潮汐 , 就主要是地球与太阳、月亮之间引潮力关系导致的 。 引潮力不只是对流体 , 其实对刚体如岩石也会造成变形扭曲 , 只不过由于变形小一些 , 肉眼很难看出而已 。
这种潮汐力长期作用的结果 , 就会让天体自转越来越慢 , 最终在相互引力作用关系中较小的天体 , 就会先被潮汐锁定 , 也就是有一面一直朝着大天体 , 看起来不转了 。 月球与地球刚形成主卫关系(地球是主星球 , 月球是地球卫星)时 , 月球自转是较快的 , 可能经过了若干亿年的潮汐拉拽之后 , 渐渐就成了现在的样子 。
实际上 , 月球也还在自转
所谓潮汐锁定 , 就是公转与自转同步了 , 但并非没有自转 。 月球老是一面向着地球 , 只是地球上的人们看起来它没有自转而已 , 但如果在远离地月的太空 , 看到完整的地月系统 , 就会发现月球也还在自转 , 只是与公转同步 , 转得很慢而已 。
月球公转周期为27.32天 , 就是围绕着地球转一圈需要27.32天 。 看起来月球老是一面向着地球 , 但实际上它在围绕着地球公转了一圈的同时 , 自己也转了一圈 , 这就是自转与公转同步 。 如果它在公转的时候不自转 , 那我们在地球上就会看到不同的月亮 , 就像上图右边描述的那样 。
太阳系有许多卫星已经被潮汐锁定
太阳系有8大行星 , 其中有4颗类地行星 , 就是像我们地球这样 , 外面有一层岩石圈包裹着 , 密度和硬度较大 , 它们是水星、金星、火星和地球 。 目前水星和金星都没有发现有卫星 , 地球有月亮这一颗卫星 , 火星有火卫一和火卫二两颗卫星 。
除了4颗类地行星 , 还有4颗叫气态行星或类木行星 。 这几颗行星的特点就是大 , 质量体积都大 , 最小的天王星质量都是地球的14.5倍 , 最大的木星质量是地球的318倍 。 这些巨行星卫星很多 , 其中木星有79颗 , 土星有82颗 , 天王星有27颗 , 海王星有14颗 。
这些卫星有许多和月球一样 , 也被主星潮汐锁定了 。 已知大行星卫星中被潮汐锁定的卫星已经有32颗 , 其中火星2颗、木星8颗、土星15颗、天王星5颗、海王星2颗 。 这些被锁定的卫星 , 都总是一面朝着自己的主星 , 一副很忠诚的样子 。 但要做到这一点 , 就必须在公转一圈的同时 , 也自转了一圈 , 否则就无法一直表示衷心了 。
理论上 , 所有天体最终都将被潮汐锁定
有人认为 , 现在水星和金星自转周期很长 , 其中水星为58.5个地球日 , 金星为243个地球日 , 都与其公转周期接近 , 金星甚至大于公转周期 , 这里面就有太阳引力锁定的成分 。 不过这种说法有争议 , 人们认为行星形成现在的自转公转速度 , 和不同的自转轴倾斜角度 , 有很复杂的因素 , 与太阳系形成早期和后来的一些天体事件有关 。
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