首頁 了不起的物理

37 為什麽我們看不到月球的背麵?

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眾所周知,月球繞地球公轉時,一直是同一麵對著地球。從古到今,人類看到的月球表麵,隻有一副麵孔。為什麽月球隻有一麵對著地球呢?

這叫作潮汐鎖定。月球並非一直如此,很久以前,月球的背麵也會轉過來。月球繞地球公轉是受到了地球的萬有引力。萬有引力的規律是,你離一個天體越近,感受到的引力就越大,離得越遠,感受到的引力就越小。月球上靠近地球的點受到地球的引力,就比遠離地球的點受到地球的引力更大。月球內部是較鬆軟的沙石,在地球引力的作用下,月球內部的沙石會整體向靠近地球的那一麵偏移。這時如果月球在自轉的話,轉過去一些角度的沙石,在引力作用下會運動到正對著地球的方向。在這個過程中,沙石會在月球內部摩擦,這會消耗月球的自轉動能,於是月球越轉越慢。當月球變得隻有固定的一麵對著地球的時候,內部沙石相對月球就沒有運動了,摩擦也沒了,這時月球就被鎖定了。

這種由於引力的差異產生的力量叫作潮汐力。地球上有潮汐,正是因為月球對地球海水的引力在靠近月球那一麵大,在遠離月球的那一麵小,海水就好像被月球“拎”起來了一些,且地球在自轉,這個被“拎”起來的海麵位置,一直在隨著地球自轉而變化,於是就形成了潮汐。月球被潮汐鎖定也是因為地球作用在月球上的引力差導致的,因此叫作潮汐鎖定。

有一個很自然的問題,既然月球會被地球鎖定,那麽地球本身會被鎖定嗎?根據牛頓第三定律,有作用力就必有反作用力,地球最終也會被月球鎖定。隻是因為地球質量大,要被徹底鎖定還要等很久,大約100億年的時間。實際上,地球現在自轉一圈是24個小時,在幾十億年前,地球上的一天大約隻有14個小時。由於自轉速度很快,當時的地球極端天氣應該非常多。地球上有地轉偏向力,大氣旋和台風的產生,就跟地轉偏向力有關,並且地轉偏向力的大小是正比於地球自轉速度的。不難想象,當地球的一天隻有14個小時的時候,應該經常狂風大作,暴風驟雨。