据说月球竟然能分毫不差地以同一面对着地球,如此巧合的概率接近为零?是否另有隐情?

如果我们在每个满月期间仔细观察月球,都会看到完全一样的月面,月球一直以相同的一面在“注视”我们。

上图为笔者在今年中秋拍摄的满月

但月球是球体,本身在自转的同时,还在环绕地球公转,那么,为什么我们所看到的满月都是一样的呢?这种巧合非常罕见吗?月球的另一面是怎样的呢?

月球确实在自转和公转,但两者的周期却是“出奇”一致。 月球自转1度的同时,它也会在轨道上环绕地球运动1度,从而使月球能够以完全相同的一面朝向地球。 这种现象在天文学中被称为潮汐锁定,它由潮汐力引起。

潮汐锁定

在数十亿年前,早期月球的自转角速度远快于公转角速度。 但由于地球引力对月球产生的潮汐作用,月球的赤道两侧被拉变形,产生潮汐隆起。 当月球自转时,潮汐隆起部分会被地球引力往后拉拽,从而让月球自转减速。

长此以往,月球的自转角速度会降到与公转角速度同步,从而达到潮汐锁定。 在潮汐锁定前夕,对着地球的月球一侧,此后一直对着地球,另一侧在地球上则始终无法看到。

月球背面

然而,这种潮汐锁定也不是分毫不差。 由于天平动现象的存在,月球会出现轻微幅度的摆动,这让我们能够看到超过一半的月面,达到59%。 不过,大部分的月球背面仍然是未知的。

直到人类进入太空时代之后,探测器飞到月球背面,我们才首次目睹到了月球背向地球的那一侧。 与月球正面相比,月球背面缺乏月海,取而代之的是遍布陨石坑。 由此可见,月球曾经为地球挡住了不少陨石的撞击。

普遍的潮汐锁定现象

潮汐锁定是天体之间长期引力作用的结果,这种巧合并非罕见,在太阳系中其实很普遍。 尤其是当行星远大于卫星时,卫星很容易被潮汐锁定。

虽然火星本身不大,但它的两颗卫星都很小,它们都已被潮汐锁定。 对于木星和土星这样的气态巨行星,它们都有多颗卫星被潮汐锁定,例如,木星的四大卫星,土星的最大卫星——土卫六。 另外,天文学家还观测到有些太阳系外的行星被其主恒星潮汐锁定,因为那些系外行星太过于靠近主恒星。

潮汐锁定最为极致的例子是冥王星和卡戎(冥卫一)系统,卡戎不但被冥王星潮汐锁定,而且冥王星也被卡戎潮汐锁定,它们始终都是以相同的一面朝向彼此。 事实上,这种互相潮汐锁定的情况也将会出现在地月系统中。

地球也将被潮汐锁定

潮汐作用是相对的,月球的引力也会让地球的自转减速。 经过数十亿年,地球的自转周期从最初的6小时,已经延长至如今的24小时。 再过上百亿年的时间,地球的自转周期将会进一步延长至47天。 到了那时,月球的自转周期和公转周期也将延长到47天,地球和月球将被互相潮汐锁定。

在那时的地球上,只有某些地方能够看到月球。 对于同一个地方的观测者来说,月球将会一直悬挂在空中的某处不会动。 观测者仍能看到月相的变化,只是周期会达到47天。

不过,地球也有可能等不到被月球潮汐锁定的那一天。 因为太阳将在50亿年后演化为红巨星,它的体积经过剧烈膨胀之后,将有可能会吞噬地球和月球。

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