月球本是多面伊人,谁给月球自转踩了刹车?

作者: 刘圆圆

来源: 带你去看耿耿星河

发布日期: 2018-01-22 11:34:15

月球自转速度变慢,最终与公转速度同步,导致始终一面对着地球的现象,是由潮汐力和地球与月球之间的力矩作用共同导致的。

月球本是多面伊人,谁给月球自转踩了刹车?

这个现象,用天文学知识解释起来也简单:因为月球绕地球公转一圈的时间,和月球自转一圈的时间大致相同,都是28天左右。在天文学中,这叫做同步自转。然而,这只是表面原因。在月球形成早期,它的自转速度比现在快多了。只有几个小时,而不是现在的28天左右。周礼勇介绍,对地球而言,月球也曾是一位“多面伊人”。只是数亿年来,月球自转速度不断变慢,慢到和公转时间几乎一样,才导致它始终一面对着地球。

要解释月球自转变慢,潮汐力是最容易想到的一个因素。地球和月球之间是相互绕转的,且相互施加万有引力。它们彼此都会给对方施加潮汐力。地球上的潮汐现象,就与月球对地球的引力有关。月球在绕地球转时,同样也会感受到地球带来的潮汐力。尽管月球上没有海水,月壳、月幔和月核却依然可以感受到潮汐力,并在月球内部形成一种不断涌动的固体潮。

不过,中科院国家天文台研究员平劲松的研究发现,潮汐力带来的摩擦耗散可能是有限的。几年前,平劲松曾和同事发表一项关于月球的研究。他们发现,月核与月幔之间的流体属于超低粘性层,这意味着潮汐力所引发的月核与月幔之间的摩擦力很小,不至于耗散月球太多动能。两位接受科技日报采访的天文学者都认为,最直接的刹车机制其实是地球与月球之间的力矩作用。

由于以上机制,月球自转逐渐变慢,直到和公转速度一样。最终出现始终一面对着地球的结果,也就是被地球“潮汐锁定”了。而且更为神奇的是,月球面对和背对地球的一面,有很大不同。这就是所谓的月球“二分性”。月球面对地球的这面陨石坑更大、更密集,玄武岩的分布更多。而背对地球的那一面则有更多高山。

在宇宙中,不仅仅月球只将一面对着自己所绕转的行星。受潮汐力和力矩的影响,所有的行星-卫星系统,甚至恒星-行星系统都在趋向于这种结果。只不过,这个过程非常慢,可能在实现潮汐锁定之前,天体系统就消亡了。平劲松介绍,在太阳系内,火星、木星、土星都存在锁定自己卫星的情况,冥王星与冥卫一互相用同一面对着彼此。水星的自转周期则是公转周期的2/3,被太阳部分锁定。

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