我们从来没有看到过月球的“阴暗面”,是因为地球的潮汐力导致月球永远只有一个面对着地球,而不是因为月球不会自转。
每 24 小时,地球表面就会沐浴在黑暗和阳光中,因为地球完成了一天。当地球绕其轴稳定旋转时,日出和日落就像发条一样发生。但是地球的卫星月球呢?也自转吗?
答案是肯定的,月球当然会自转,只不过月亮的自转周期与他绕地球的公转周期相同,所以我们在每天夜晚看到的月亮几乎都是一样的,因此这很容易让人产生月球没有自转的错觉。
而且它的自转速度比地球慢得多。据美国宇航局称,一个“月球日”大约是 29.53 个地球日。换句话说,地球每 24小时完成一次自转,而月球则需要大约 709 小时才能经历一次日出。
月球潮汐力
因为月球永远只有一个面对着地球,所以定义出了正面和背面。对着地球的那一面被定义为月球的正面,而背对着地球的那一面就是月球的背面了。
因为地球大月球小,所以在地球上看月球,大约能够看到59%的月球表面,其余那部分在地球上是不可能直接观察到的。
那为什么我们从来没有看到过月球的“阴暗面”呢?
像月球这样只有一个面对着地球的情况在太阳系中并不罕见,毕竟月球不是一个点,而是一个实实在在的球体,月球各点到地球距离也不一样,所以月球受到地球的万有引力也并不均匀。而这个不均匀的力,也就是所谓的潮汐力,说白了就是面向地球的地方受引力大,背面所受的引力小。
于是月球在这个不均匀的引力下会发生应变,其实就是月球这个球不圆了,微微向地球方向凸起。
这种现象叫做潮汐锁定,月球就是被地球潮汐锁定了,从而月球只有一个面对着地球。
被潮汐锁定的月球并不是没有自转,星球被潮汐锁定后自转一周所用的时间会和公转一周用的时间相等。
所以地球上的人只能看到月球的一侧。如果月球日更长或更短,当月球绕地球运行时,我们将能够看到整个月球表面。
月球为什么会自转?
假如月球不自转,那么月球就永远只有一个面朝向宇宙深处的某个位置。在它围着地球公转的时候,它的表面就会逐步暴露给地球,地球上就能看到完整的月球表面。
假如月球的自转周期和公转周期不相等,那么月球就不会只有一个面对着地球了。他就会像地球围着太阳转一样,由于地球的自转周期和公转周期不相等,所以太阳的光能够洒到地球表面的各个位置上,假如说在太阳上也有一双眼睛,那地球的表面就能在太阳的注视下一览无余了。
所以说月球是会自转的,而且他的自转周期跟公转周期相同,与许多天体一样,月球的自转运动可能是其创造的残余。
据美国宇航局称,大约 45 亿年前,一种称为巨型撞击假说的理论提出,一个大小约与火星相当的天体撞击了仍在发展中的地球。
这个理论上的物体被称为 Theia,Theia 撞击产生的热量可能通过融化地壳并导致地球将旋转的汽化粒子喷射到太空中而产生了岩浆海洋。
根据巨型撞击假说,这些尘埃和气体云正在因最初碰撞的力量而旋转。最终,这些旋转的粒子聚集在一起,因为质量吸引质量,并且随着气体冷凝,它实际上开始旋转得更快。
考虑一个花样滑冰运动员,当他们在冰上旋转时,他的手臂会缩进。滑冰者的质量越靠近中间越紧凑,因此滑冰者加速。这是因为它们的角动量是守恒的,也就是说旋转物体所需的旋转力或转动惯量与角速度的乘积。
换句话说,旋转远离重心的物体需要更多的力。所以,如果花样滑冰运动员的手臂向外,他们的旋转速度会变慢,而当他们通过收起手臂来改变时,他们的旋转速度会更快。
月球角动量
自数十亿年前的原始碰撞以来,月球一直保持着它的角动量。美国宇航局戈达德的月球地质学家丹尼尔莫里亚蒂说:“两个旋转的物体相互撞击,物理定律告诉我们,由此产生的巨大尘埃云会保持旋转。最终,旋转的尘埃云凝结形成旋转的月亮。”
与地球不同,月球没有大气层,因此没有空气阻力来减缓移动物体的速度;因此,一旦物体旋转,它们就会保持旋转。
当然,关于地球是如何获得月球还有其他不同说法,一种说法是捕获理论,也就是说月球是一个像小行星一样的游荡天体,被地球引力捕获。
根据美国国家航空航天局的说法,在这个理论中,月球是在太阳系的其他地方创造的,然后在它经过时开始绕地球运行,根据美国宇航局的说法,所以当它被拉入地球的引力场时,它已经有了自己的自转。
另一种理论是共同形成理论,其中月球与地球同时产生。在这个假设中,两个火星大小五倍的巨大物体相互碰撞。据美国宇航局报道,地球和月球随后从碰撞产生的物质云中凝结。
然而,是地球决定了月球的自转速度。月球在大约 27 天内完成一圈公转,这几乎与月球绕地球运行所需27.32 天的时间相同。
月亮形状
事实上,轨道和自转并不完全匹配,因为地球实际上是在类似椭圆形的椭圆轨道上运行。
根据 LiveScience 的姊妹网站 Space.com 的说法,当月球处于最接近地球的轨道点时,它的自转速度比其轨道慢,这使我们可以看到通常会看到的额外 8 度的月球表面。
从我们的角度来看,月球不旋转的错觉是由潮汐锁定或同步旋转引起的,在这种同步旋转中,锁定的物体围绕其伙伴公转的时间与由于其伙伴的重力而绕其轴旋转一次所需的时间一样长。
此外,月球不是一个完美的圆;它是不平衡的。莫里亚蒂告诉 Live Science。月球不是对称的,因为月球面向地球和背离地球的]半球之间的质量和密度存在着很大的差异、,以至于月球的长边由于重力而“卡住”面向地球。” “因此,当月球绕地球运行时,它会旋转以保持面向我们的同一侧,” 换句话说,一次自转所需的时间与一个轨道相同,大约需要一个月。
地球和月球相互施加引力,而施加的引力总是在两个物体直接面对面的地方最强,导致地球和月球在被拉入时都会略微拉伸对方的方向。结果,月亮被拉伸成椭圆形,其最长的轴被拉动以始终面向我们。这也是导致地球潮汐每天进进出出的原因。
实际上,月球自转可能非常缓慢,但它的自转对于地球上的潮汐等重要事件至关重要。因为潮汐锁定也会影响行星和卫星的运动方式。
这意味着在这些天体首次形成时,地球和月球上的日子要短得多,因为地球和月球的自转速度都比现在快得多。
一个研究人员的模型在哈佛和SETI研究所甚至预测,早期地球在其与忒伊亚碰撞时过一天短2.5小时。然而,由于地心引力不断地牵引着月球最长的轴面向地球,地球和月球的昼夜时间随着时间的推移而延长。