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LePtC
2小时前
月球自转的周期恰好等于绕地球公转的周期（27.32 天），因此在地球上，我们总是只能看到月球的同一面（注：更确切地说，在地球上不同时刻、不同地点看到的月面范围略有不同，综合这些不同时刻，总共有59％的月面可以在地球上看到[1]），这种现象就被称为潮汐锁定（tidal locking）。 即使是像月球这样的岩石星球，也毕竟不是绝对刚体，在地球的引力作用下会发生潮汐隆起（tidal bulges），只要月球的自转周期不等于公转周期，隆起的部分就会受到引力的拖曳，这个拖曳的扭矩日积月累，最终的效果就是让自转和公转同步。
不过，假如地球现在就被太阳潮汐锁定了，又会发生些什么呢？ 一面朝向太阳的地球还别说，这样的问题真有人研究过。研究大气与气候动力学的蒂莫西·莫利斯（Timothy Merlis）在一篇论文中模拟了类地行星被潮汐锁定后的大气动力学情况[7]，并且还用模拟结果制作了动画[8]。研究者们使用了一种叫做大气环流模式（general circulation model，GCM）的数学模型模拟了地球自转减慢为一地球年后的气候变化情况，包括温度、降水，以及纬向的风等。太阳直射点固定在西经88°，模拟的时间长度为50年。 下面，就让我们来看看模拟的结果： 首先是温度情况。50年过后，向阳面最高温度为40℃，背阳面最低温度为-40℃，由于大气层的作用，温度差异还不至于像月球表面那么大。尽管在模拟的50年间，海水都没有大面积结冰，但莫利斯认为在更长的时间尺度上，海面终将结冰，但那需要整个水层的温度都冷却到冰点以下（注：地球两极的表面之所以能结冰是因为它们目前经历的是净降水，雨水的冰点比盐水高。而潮汐锁定后的夜半球经历的是净蒸发，海水的趋势是越变越咸，所以要让它结冰只能等整体的温度降到冰点以下） 。
地球的晨昏线周围看起来温度依然适宜，我们搬到那里去住就行？不，你高兴得太早了…… 晨昏线上的情况并没有那么美好。大量降水集中在向阳面，在日半球远离直射点的地方（如加拿大）持续着干燥和闷热，而离直射点更远的晨昏线附近则经历着持续的净蒸发。最终，这些看上去温度适宜的地区将会变成沙漠。
那我们去向阳面，到太阳直射的地区去获取用不完的太阳能？很遗憾，你还是高兴得太早了…… 由于地球君卓越的负反馈机制，被太阳直射的地区会形成浓厚的云，将阳光直接反射回太空，同时持续的降水导致太阳能无法利用。
不仅如此，从风力的分布情况来看，太阳直射点附近还要面临风速高达35米/秒的强风。这样的日子可不太好过。
此外，由于地球的自转减慢，地球的磁场也会减弱，导致更多的宇宙射线到达地球。不过，这倒是增加了生物发生基因突变的频率，或许这样一来，地球君就能更快演化出适应新环境的物种了…… 还让不让人活了？地球要真变成这样，人类该怎么办？这是一个开放性的问题，此处提供以下几种方(nao)案(dong)供参考。 温室效应 金星的自转周期约为243地球日，公转周期约为225地球日，然而金星表面却有着非常有效的等温，不仅在日夜之间保持一个定常的温度，而且在极地和赤道间也是这样[9]。 这是因为金星有浓密的大气层和严重的温室效应。如果把地球变成第二个金星，地球表面各处都会同样暖和，大风刮的嗖嗖的，只不过人类可能要搬到地下住了……
永恒的日食 如果地月系统也发生了潮汐锁定，地球就会处于永恒的日食或月食中，如果是永恒的日食的话，情况会不会好些呢？ 日地系统的 L1 拉格朗日点离地球的距离为150万公里，约为 3.9 倍目前的地月距离，把月球推送到此位置，地球将几乎全部处于月球的伪本影区中，即永恒的日环食。这样一来人类就有更多的宜居带，甚至可以让月球像太阳和太阳风层探测器那样，绕L1点周期性运动，在宜居带实现周期性的昼夜更替。
不过，还是别高兴得太早。即使把月球目前的动能也用上，推送月球到该轨道至少要消耗 1.7*1029焦的能量，全球海水的氘储量约4*1016千克，按每千克氘聚变可以放出1014焦的能量计算，差不多要用掉地球一半的氘储量……（也许到了那时候人类又有了新的获取能源的方式？不过有这些能量其实直接推着地球重新自转就好了嘛……） 雪国列车 如果我们有雪国列车这种无限能源的Bug话，我们可以让列车在晨昏线附近绕圈，每 24 小时绕一圈，人类继续正常生活……
总之，还是让我们庆幸这样的事情没有发生吧。 参考资料[1]维基百科 - 潮汐锁定 - 地球的月球 扩展阅读 |
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月球从上面的绿色位置开始顺时针公转，如果自转的角速度大于公转的角速度，隆起的部分会受到拖曳，最终使自转和公转达成同步。图片来源：维基百科
地球被潮汐锁定50年后的表面温度模拟图
水分蒸发情况模拟图
降水模拟图。50年间，降水集中在太阳直射点，夜半球几乎没有降水
风速模拟图。左侧图表示纬向的风速，右侧表示经向的风速。
经过处理后的金星图像，其表面被一层厚厚的云遮盖着。图片来源：维基百科
永远的日环食。制图：LePtC
电影《雪国列车》海报
