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译者： Heather_zy
发表时间：2014-02-25 一个“月亮日”大约等于29又二分之一个“地球日”。这一自转周期和月球绕地球公转的周期恰好相同，因此在地球上我们只能看到月球表面的大约59%。 当月球刚刚形成时，它的公转速度和轨道与现在截然不同。然而随着时间流逝，由于地球重力场的影响，月球的公转逐渐减慢，直到公转速度和旋转周期稳定下来，使得月亮总以同一面朝向地球。 这其中的原理是什么呢？简单来说——潮汐摩擦力。但要把这个不简单的问题解释清楚，我们需要运用一些科学知识和术语。但请你耐心看下去，我保证这将会非常有趣。 首先，想一想月球引力是如何引起引潮力进而导致地球上的潮汐的。力的作用是相互的，地球对月球也有同样的引潮力作用。而且由于地球质量是月球质量的81.28倍，这个引潮力作用要比月球对地球引潮力的作用显著得多。 所以，在月球受自身重力而向（一条直线）的方向运动的同时，地球也将它拉向另一个方向（朝着地球的方向）。此外，地球引力对距离地球更近的月球表面的作用要比对离地球更远的月球表面的作用强得多（当然，月球引力对地球表面不同部分的作用效果也是如此） 这些作用的结合将月球和地球拉伸开来，使得两个天体上都出现了潮汐隆起。这一现象在这两个天体的两面都有发生，使得地球月球两个正对的面因引力靠拢，而另外相隔远的两个面由于惯性分开。在后一种情况中，由于惯性占主导地位，所以物质受到引力的影响较少。换句话说，物质试图沿一条直线离开地球，并且这里的地球引力不足以克服这个趋向，于是这一个面上就出现了隆起。 所以，在月球被地球潮汐锁定之前，多亏了摩擦力和月亮自转比它绕地球公转要快一点的这个事实，月球靠近地球的那个面上的隆起要稍微强一些。所以在这一稍强一点的隆起被月球地球间的万有引力作用线抵消的过程中，产生了一个扭矩，这一扭矩逐渐使月球自转速度变慢，直到它被地球潮汐锁定。因此，月球永远只有一个面朝向地球。（注：隆起在月球另一个离地球较远的面上有相反的效果，但离地球较近面上的隆起主导了这种相互作用。） 但是你会发现，我之前说我们在地球大概能看到月球表面的59%,而不是50%。这一差别产生的原因在于月球的绕地公转轨道不是一个标准圆轨道，而是椭圆形的。所以在月球距离地球的距离增加和减少的过程中，它的公转角速度会发生改变，而线速度保持不变。这就使我们比在标准圆形轨道状况下多看了9%的月亮表面。 你可能已经猜到了，这件事的另一面：月亮对地球也有同样的作用，它也在逐渐使得地球自转的速度减慢，而且方式和地球潮汐锁定月亮的方式一模一样。另外，由于月亮减缓了地球的自转速度，地球的一小部分旋转动量转移成了月球的公转动量，导致月球的公转轨道半径平均每年增加3.8厘米（与你以后可能会读到的正相反，月亮并不是从这里得到它所有的能量的，它的大部分能量是通过摩擦生热转化来的，只有大约3%的能量是从上述相互作用中“偷”来的。） 因此，地月距离在逐渐改变，旋转周期也多多少少在改变。不过还有一点值得注意，这种改变并非恒定的，因为大地震，冰川变化，大陆漂移和其他重大地理改变也会参与其中并产生影响。这正是为什么闰秒不是以有规律的间隔增加而是在需要时才被加上的原因。但总体的影响是，随着时间流逝，月亮每年都在一点一点原理地球，同时地球的自转速度在不断变慢。 理论上说，再过几百亿年之后的某个时刻（由于太多不可知的因素，精确的时间很难被确定）地球的一个面会一直朝向月亮，并且在每个月亮周期，大多数的估计认为那时一个月亮周期大概等于现在47个地球日，只转一圈。 “理论上说”是这样，但这种情况似乎永远不可能也不会发生。为什么？因为在大约10亿、20亿年之后，太阳的热量会增加到足够蒸发掉地球上所有水的程度，地球上所有的海洋，上述相互作用中的重要因素，将完全消失，但是地壳上仍然会有很轻程度的隆起继续发生。 大约50亿、60亿年之后，太阳会达到其“红巨星”阶段的顶峰，而根据最新的模型，即使太阳在这一过程中损失相当一部分的质量会使得地球的公转轨道变远，在这样的双潮汐可以发生的几十亿年前，太阳就将使地球和月球毁灭。 因此最后通牒是，在未来的十亿年中某个时刻，人类要么找到另一个家园，要么弄清楚如何人为地将我们的地球移动到更远一点的轨道去，让它继续作为我们太阳系中的宜居区。 |
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