月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?
▍♢月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?
如果你在地球上仔细观察月球表面,可以看到无论月相怎么变化,我们看到的月球表面始终都是一样的,似乎月球没有自转。那么,这究竟是怎么回事呢?
事实上,与其他天然卫星一样,月球当然也会自转,只不过稍微有点特别。我们都知道,月球除了自转以外,它还在绕地球公转。月球每隔27.32天绕地球公转一周,而它的自转周期也恰好是27.32天。因此,从地球上看来,月球始终以同一个面朝向地球。这种现象被称为同步自转,或称潮汐锁定。
永远朝向地球的月面被称为月球近侧,月球“背面”被称为月球远侧。但有些人把月球远侧称为暗面是不正确的,因为在新月时,月球的背面完全沐浴在太阳光之中,只是我们在地球上无法看到而已。
不过,月球的公转和自转并非完全匹配。月球绕地球公转的轨道是一个椭圆形,而非圆形。当月球距离地球最近的时候,其公转速度达到最快,自转落后于公转,这使得地球上的观察者可以在月球东侧看到额外的8度。当月球最远时,可以在月球西侧看到额外的8度。
一般而言,如果行星和卫星的距离较近,质量相差较大,经过长期的引力作用,卫星就可能会被潮汐锁定。这种现象在太阳系中很普遍,火星、木星、土星、天王星和海王星的卫星都有被潮汐锁定的情况(水星和金星均无天然卫星)。
还有一种潮汐锁定情况比较特别,如果两个天体的质量较为接近,它们都会被对方潮汐锁定,例如,冥王星与冥卫一卡戎。冥王星和卡戎的质量较为接近,它们的共同质心位于两个天体之外,它们都是绕着这个点在运动。经过长期的引力作用,两个天体的自转周期及其绕该点运动的公转周期达到同步,所以冥王星和卡戎一直都是以同一个面朝向彼此,这就像两个人面对面手拉手在旋转一样。
▍▀月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?
月球是有自转的,因此说月球为什么不能自转是个错误的问法。月球的自转是绕自己的轴相对地球旋转,由于月球被地球的引力潮汐锁定,因此我们看起来月球似乎是不自转的。这种现象被天文学家称为同步自转,几乎在各大行星的卫星中普遍存在,并不是什么特别的之处。因此还有人认为,月球被锁定是因为外星人控制了月球,其实这也是一种曲解,是对月球自转现象的无知。月球在绕地球公转的同时进行自转,周期正是是一个恒星月,为27天,因此我们看起来月球总是一面朝向地球。
月球自转周期正是是一个恒星月,但月球还有一个天平动现象,因此我们可以看到59%的月球表面,也不是总是一面朝向地球。其他星球的卫星也有与月球类似的,被潮汐锁定之后出现了同步自转,比如木星的卫星木卫五,也是一颗被潮汐锁定的卫星,公转和自转周期是相同的。
在太阳系之外,这样的现象更是非常普遍,在行星级的天体中也出现了潮汐锁定,比如短周期的热木行星,公转一圈只要数小时,因此只有一面朝向恒星,这样的行星上几乎是一个巨大的火炉,向恒星一面是极端高温,背面则可能是温度较低。太阳系之内是没有这样的天体,因此我们只能去太阳系之外观测这样的行星。热木行星的形成可能与轨道迁移有关,或许以后木星也会轨道迁移,把地球等行星都干掉。
▍↽月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?
其他星球的卫星是否都能自转我不确定,但能我确定的是,月球是自转的,而且自转与公转周期相同,均为27.32天。
月球在绕地球公转的同时也在进行自转,自转速度4.6267米每秒,周期为27.32天,这正好是一个恒星月,而不是朔望月,所以我们在地球上永远看不见月球的背面,这种现象我们称之为同步自转,这几乎是宇宙中普遍存在的规律,也就是潮汐锁定现象。
月球是太阳系中质量最大的卫星,月球表面布满了由小天体撞击形成的撞击坑,俗称环形山。月球与地球之间的平均距离约38万公里,月球的直径是地球平均直径的四分之一,质量是地球的八十一分之一,引力是地球的六分之一。月球的视大小与太阳几乎相同,所以在地球上看起来,月球大小和太阳相当。
最后我还想说一点,月球是地球唯一的卫星,也是第一个人类曾经登陆过的地外天体。
▍≊月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?
每一次月圆之夜,我们都会看到月亮表面上有块面积巨大的阴影。在我国的民间传说中,这块巨大的阴影是月亮上的桂花树。民间传说由来已久。这也意味着千百年以来,月球总是以一个面对着地球的。难道月球不能自转吗?
月球的正面
月球是地球的卫星。它在围绕地球公转的同时也在自转。月球也在自转?那我们为什么永远看不到月球的背面呢?这是因为月球的自转有些特别。月球自转的周期和它围绕地球公转的周期是相同的,都是27.32天。所以我们就看不到月球的背面了。这种现象叫作“同步自转”或者是“潮汐锁定”。下面这张动图可以很好地帮助我们理解月球的自转。
月球的自转和公转
从图中我们可以看出,月球围绕地球公转一周的同时刚好自转了一周。这样的自转方式使得月球始终一个面朝向地球。
那潮汐锁定是怎么来的呢?地球的表面覆盖着大面积的海洋。我们发现海水会有周期性的涨落现象。这种现象叫作“潮汐”。潮汐现象的发生是因为地球上的海水受到了太阳和月球的引力影响。这其中受到月球引力的影响更大一些。当地球上某一面的海洋靠近月球时,它们受到的月球引力就大一些,而此时背对月球的一面引力就小一些。这个引力差就造成了潮汐现象。
潮汐现象
后来科学家把潮汐的含义给扩展了出来。宇宙中所有因为引力差导致的天体变形都叫做潮汐。虽然月球的潮汐力能够让地球上的海洋潮起潮落,但是地球对月球的潮汐力影响更大。
月球上没有海洋,地球的潮汐力直接作用于月球的岩石上。它会使得整个月球发生变形。月球面向地球的一面会被拉长。最初的时候月球的自转是很快的。但是随着月球的自转,月球表面被拉长的位置会不断地变化。这种变化仿佛就是不断地给月球的自转“踩刹车”,月球的自转也就越来越慢。直到有一天,月球的自转慢到始终以一个面朝向地球时,这种状态就稳定了。它也就被地球潮汐锁定了。
潮汐锁定
地球的潮汐力让月球的自转慢了下来,最终被潮汐锁定。其实同样的道理,月球也在给地球的自转“踩刹车”。科学家发现,大约在5亿年前地球上的一年大约有400天。这意味着当时的地球自转比现在要快得多。月球的潮汐力让地球的自转逐渐慢了下来。只是地球的质量比月球大太多,月球想要真正的潮汐锁定地球还得需要几十亿年的时间。
月球被地球潮汐锁定这并非个例。在太阳系中,这样的潮汐锁定的例子还有很多。例如木星的卫星木卫一、木卫二、木卫三和木卫四,它们也被木星潮汐锁定了。它们都是始终一个面朝向了木星。这些卫星的自转周期也是和它们各自的公转周期是一致的。
木星和卫星木卫一
在宇宙中,一些非常靠近恒星的行星也会出现潮汐锁定的现象。例如,距离太阳最近的恒星比邻星的身边有一颗行星叫做比邻星b。比邻星b距离比邻星只有大约750万公里左右,因此科学家认为这颗行星很可能被潮汐锁定了。
比邻星b
这样的话,比邻星b永远的都是一面朝向比邻星。这一面是永远的白天,天空中的比邻星永远不会落下。而另一面则是永远的黑夜。
▍♠月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?
宇宙中几乎没有不自转的天体,月球也不例外,之所以我们看不到月球自转,是因为我们站在了地球上观测月球。
潮汐锁定
月球其实也会自转,只不过它的自转周期和公转周期一致,所以我们感觉不到月球在自转。
其实,月球在过去的自转速度比较快,但是由于地球的存在使得月球一直在减速。地球诞生于太阳系刚刚形成不久,那时候还没有月球,但在地球轨道周围还有一颗行星叫做忒亚,忒亚的大小和现在的火星差不多。由于轨道相近,在引力的吸引下,忒亚和地球发生了大碰撞。
这次碰撞并不像小行星撞地球那样,而是直接把地球的自转轴撞歪了,这有一个好处就是原本地球自转轴是正的,所以地球像是陀螺一样来回晃动,但忒亚把地球自转轴撞歪了后,地球的环境就比较稳定了,所以才有可能诞生生命。
当忒亚撞击了地球之后,两个星球也融为一体,还有一大部分碎片被抛向了宇宙,但由于地球引力的存在,这些碎片并没有跑太远,而是汇聚在地球周围。久而久之,这些碎片在引力坍塌下形成了一个新的星球月球。
在刚开始,月球自转的速度较快,但是月球在自转过程中,会受到地球引力的影响。
自我们的认识里,月球是圆形的,但其实月球是椭圆形的,这是因为月球受到地球引力时,会发生形变,其中靠近地球的一侧被拉长。当月球自转时,月球会再一次发生形变,而发生形变的过程中,月球就会消耗掉自身一部分动能,所以它的自转速度就会越来越慢。
月球诞生至今已经40多亿年,在这40多亿年中,月球的自转速度越来越慢,直到和公转速度保持一致。
之所以月球的自转速度能够和公转速度保持一致,是因为当这两个速度一致时,此时地球的引力就不会再拖慢月球的自转速度。
我们之所以发现不了月球自转,是因为月球已经被潮汐锁定,始终以固定一面朝着地球,以至于我们发现不了它们的自转。
月球引力
不只是地球引力能够减慢月球的速度,月球的引力也能减慢地球的自转速度。
美国地球物理联合会在考古学期刊上发表了一篇论文,在论文中指出,通过研究距今7000万年前的软体动物的贝壳化石,发现在7000万年前,地球一年只有372天,这意味着当时地球一天只有23.5小时。
而今天,一年有365(366)天,一天有24小时。这意味着地球的自转速度变慢了,造成地球自转速度变慢的元凶就是月球的引力。
我们知道,引力的大小和质量有关,月球的质量不大,所以引力也较小。尽管如此,月球引力也在影响着地球自转。
月球引力会吸引地球海水汇聚到靠近月亮的一侧形成高潮,而另一侧也会因为地球自转而形成高潮。当月球围绕着地球转动时,海洋的海水也在不停地形成高潮、低潮,而海水相互拍打的过程中会消耗地球的势能,导致地球自转速度越来越慢。
有证据显示,地球在刚形成之初,自转一圈只需要8个小时,但现在自转一周需要24小时。如果太阳系的历史足够长,那么或许在未来有一天,地球的自转速度也会等于月球的公转速度,这就是“相互潮汐锁定”。
之所以月球潮汐锁定地球所用的时间比较长,是因为相对于地球而言,月球的引力较小,月球想要潮汐锁定地球,需要耗费的时间比地球潮汐锁定月球更长。
总结
宇宙中几乎所有的天体都会旋转,月球也不例外,之所以我们感觉不到月球自转,是因为月球的自转速度与公转速度一致,站在地球上的我们无法感觉到月球的转动。造成月球自转与公转周期一致的原因是因为潮汐锁定。
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