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为什么月球能够稳定地轴呢?

 怪罗科普 2020-09-03

在冬天的时候,我们可以打雪仗堆雪人,夏天可以去游泳,这是我的最爱,但是这一切可能都要归功于我们的月球。

地球自转轴(地轴)的倾斜导致我们气候的年度季节性变化,其方向的微小变化有助于冰河时代的进退。

地球旋转轴与其轨道平面的垂线所形成的角度现在是23.5度,但这足以带来夏季和冬季,因为根据米兰科维奇理论气候和日照的变化有关。

地球倾角的变化大小在±1.3度,平均值为23.3度,如果不是稳定的倾斜,可能会导致极冷或者极热现象。

图为:黄赤交角为黄道面和赤道面的交角

那么问题来了,月球是如何做到的,它是如何稳定地轴的呢?

要理解月球绕地球轨道与地球旋转轴稳定性之间的关系,一个比较常用,也很好理解的方法是考虑角动量。

地球本身绕轴自转,有一定的角动量,具体多大取决于地球的质量、半径(平方)和角速度的组合。

简单的理解就是,它旋转得越快,角动量就越大,它的质量越大,或者半径越大,它的角动量就越大。

而一个物体的角动量越大,就越难改变它的旋转,无论是它旋转的速度,还是它旋转轴的方向。

因此,如果地球是单独旋转的,它将只需要一定数量的扰动影响来改变其旋转轴的方向。

但地球并不孤单,因为引力作用它让月球绕着自己旋转,这就给地月系统增加了角动量。

尽管月球不算大(质量约少地球100倍),也不是绕地球旋转速度非常快(因此一个较小的角速度),但它有一个大的轨道(约384000公里)。

总的来说,各种因素结合在一起,导致月球的轨道角动量与地球的旋转角动量具拥有相同量级。

换句话说,拥有一个大月亮意味着地月系统的角动量大约是地球单独时的两倍。这就意味着要改变地球的旋转特性要比地球单独存在时困难得多。

如果还有不明白,想象一下一个旋转的陀螺,它旋转得越快(因此角动量越大),它就越稳定。

地月系统也是如此:如果没有月球,地球自身的角动量将足以受引力扰动,从长远来看会对其旋转轴产生显著的扰动。

就像旋转的陀螺一样,如果它旋转不太快,一个小的扰动将都是很明显的,旋转顶轴将开始越来越振荡。

科学家们通过整合地球的进动方程,研究了所有可能影响初始倾角值下地球方向的稳定性。

他们发现了一个巨大的混沌区,其倾角从60度扩展到90度,由于月球的存在,地球避开了这一混沌地带,其倾角基本上稳定。

但如果月球不存在,施加在地球上的扭矩还会更小,而混沌区就会从接近从0度扩展到大约85度。

因此,如果地球没有获得月球,地球的气候将会剧烈变化。从这个意义上说,月球是地球潜在的气候调节器。

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