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月球为何会被潮汐锁定?地球因这个力的作用也转动得也越来越慢

 明远小筑 2020-09-08

月球是地球唯一的卫星,40多亿年来一直默默守护在地球的身旁.

它既见证着地球的发展和演化,同时也吸引着众多来自地月系统之外的小行星投入它的怀抱,从而时刻保护着地球的安全。

从地球看来,月球有一个非常明显的特点,那就是始终有一面向着地球,感觉它好像没有自转一样,但实际上月球是有自转的。

我们判断一个物体是否处于运动状态,所选择的参照系很关键。

如果我们身处一辆飞驰的火车上,如果不观察窗外的景物,那么我们很难发现火车处于运动的状态,因为我们和火车处于同一个惯性参照系。

而如果选择处于和火车不同的惯性参照系,比如火车轨道旁边的树木,那么从树的角度来看,无论是火车还是火车上的人都是处于直线运动状态的。

因此,我们在判断一个系统是否处于运动、或者处于一个什么样的运动状态,必须跳离出这个系统,选择系统之外的第三者作为参照物,这样的结果才能相对准确并且易于理解。

对于地球和月球来说,它们共同组成了地月系统。

如果以地球或者月球的角度,来判断地月系统的运动或者其中任何一方的运动规律,显然是不精确的。

那么,我们就需要找一个第三者作为参照物,比如太阳。

虽然从太阳系的整体角度来看,太阳、地球和月亮也是处于一个大的系统,整体上围绕着银河系的中心运行,但是如果仅从了解地球、月球以及地月系统的运动状态,那么用太阳就足够了。

那么,从太阳的角度来看,地球和月球朝着太阳的一面始终在变化,只不过月球背向和正向太阳的交替时间,要比地球长很多,这种地域的交替,从太阳看来,无论是地球,还是月球,都很清晰地呈现出自转的状态。

其实宇宙中所有的天体,都是处于相对运动的状态的,没有绝对静止的天体,这种相对运动的状态主要体现在两个方面,一个是自身的自转,另一个就是围绕着一个引力源公转。

无论是自转还是公转,追溯其形成的原因,都是在星体或者星系在形成的过程中,依靠吸聚星际气体和尘埃物质来不断壮大自身的质量而成。

原先的星际气体和尘埃物质在引力扰动作用下,都会产生相应的角动量,而组合形成的星体,都会继承这些组成物质原本的角动量,从而对外表现出旋转状态,无论是太阳、地球和月球都不例外。

其实在月球形成之初,地球和月球的自转角速度和现在截然不同,都要比现在快得多,远远大于目前月球围绕地球的公转角速度。

由于月球和地球相互间的万有引力作用,产生了二者转动的潮汐效应,从而在一定程度上阻止了二者的自转,使它们的自转速度慢慢放缓。

这个潮汐力,说白了就是起到“拉扯”作用的力。

从地球的角度来看,由于自转速度较快,海水由于具有流动性,在月球引力的作用下会发生形变(其实太阳的引力作用也会使海水发生形变,只不过月球距离地球很近,对海水的吸引效果要明显高于太阳),海水会发生定向性的隆起。

由于自转速度较快,隆起的海水当转过地球和月球质心连线时,又会在引力作用下向反方向回落,于是持续发生着地球上的潮涨和潮落现象。

也正是这种海水的反复运动,与海底和海岸的岩石发生持续的摩擦,在一定程度上起到了给地球“刹车”的效果,地球的自转速度逐渐放缓,从刚形成的自转周期6个小时延长到目前的24小时左右。

在地球自转速度逐渐放缓的过程中,月球同样也会受到地球的潮汐力作用。

由于月球表面没有海洋,其岩体在地球潮汐力的作用下会发生不太明显的形变,内部也会出现相应的应变,使得月球始终在改变其质心位置,从而在一定程度上也慢慢拖拽着月球,使其自转速度变慢。

直至其公转周期与自转周期相同时,月球受潮汐力不再发生着内部的应变和表面的形变,月球的结构才变得稳定了下来,这就是月球被地球潮汐锁定的主要原因。

从这个过程来看,月球和地球相互之间的潮汐力,都有着使双方自转速度变慢的趋势,只不过地球的质量比月球大得多,因此自转速度放缓的进程,要比月球长得多,至今没有形成互相锁定的局面。

随着时间的推移,在地球自转速度越来越慢的影响下,角动量的损失则由月球所继承,月球为了维持和地球的稳定关系,“不得不”离地球越来越远。

预计再过10亿年左右,月球的公转角速度将和地球的自转角速度变得一致,大约在46天左右。

通过上述分析,我们可以看出,一个星体被另一个星体潮汐锁定的快慢,主要取决于两个因素。

第一是两个星体间的距离很近,潮汐力较大;第二就是两个星体的质量差别不是太大,这样更容易相互锁定。

至于问题中提到的有些行星的卫星没有被潮汐锁定,主要还是出在这两个原因上,要么两个星体之间的距离太大,潮汐力影响效果有限;要么二者的质量差别过大。

两个因素的综合,使得行星中的部分卫星没有被行星锁定。

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