Question

为什么我们只看见月亮的一面?

Answer 1

我们在地球上确实只能看到月球的一个面,另一面永远无法看到.
原因是月球自转一周的时间与月球绕地球公转一周的时间正好相等.这种结果,你可以拿一人足球来模拟地球,拿一个苹果来模拟月球,进行演示.你可以在苹果的一面上做记号,然后使苹果上有记号的一面总是面向足球,并绕足球运行一圈,这时,你将会发现,当苹果绕着足球运行一圈后回到原处时,苹果自身也刚好自转了一圈.
地月之间的重力吸引成就了地球表面的潮汐现象.该力量在月球上产生的效果是潮汐锁定:月球的自转周期与围绕地球的时间一样长.这就导致在地球上总是只能看见月球的一面.
不对称的引力交互作用也使月球自转同步.比如,它的轨道位相始终相对固定,使得朝向地球的一面不变.由于地球的自转因月球的影响而减缓,所以在很早以前,月球的自转速度也因地球而减缓,不过在那时作用力要强烈得多.当月球的自转速度减缓到适合自己轨道周期时（这样膨胀点就在地球正对点）,就没有任何的多余扭力了,这样月球的情形就稳定了.这种情况也类似地发生在太阳系其他卫星上.最终,地球的自转也将慢到合适于月球周期,就像冥王星和冥卫一的情况一样.
要明白这个问题首先要了解月球的自转.
月球的自转,目前传统的解释是月球是通过公转完成自转的.这样给人们造成了一种误会,就是很有名气的学者也误以为月球“相对地心不转”,也就是误以为月球是绕地轴完成“自转”的.
为了消除人们对月球自转的误解,我们可以通过下述实验形象地说明月球是绕自己的轴心旋转着的,而不是通过公转完成“自转”.
先找一张较大的白纸并在上面画一平分十二等分（标有刻度）的大圆圈表示月球轨道,轨道中心用红笔标出一红点（圆心）,然后找一个较大的象棋并在棋顶上用红笔沿圆心画一直线（直径）,并在象棋柱面上用红笔画一红点（表示月球的朝向地球的一面的中心点）,放到纸面上的月球轨道上的任一刻度上.
实验开始,先将棋顶上的直线两端指向南北（或东西）两个方向,使象棋柱面上的红点与轨道圆心、象棋圆心置在一直线上.然后在保持棋顶直线始终指向南北（或东西）方向的前提下把象棋在轨道上逆时针平移到下一刻度上.这时我们会发现棋柱上的红点与轨道圆心、棋顶圆心不在同一直线上了,也就是在“公转”时重心偏离了.我们把象棋绕圆心逆时针旋转一个角色,使其柱面上的红点重新与轨道圆心、棋顶圆心成一直线.然后又保持棋顶上的直线的这一指向逆时针平移到第二个刻度上,以此类推.我们发现,象棋每移到下一刻度都出现柱面红点偏离轨道圆心（公转成偏）,经调整后重新回到三点一线状态（自转纠偏）.
上述实验表明,两天体在绕中心旋转时,它们的公转都引起重心偏离现象,而这种现象是通过自转来纠正的.至于自转的动力,应该说就是重力（对月球而言,也就是地球的吸引力,潮汐作用也可认为是一种重力作用）,这可能是因为天体内部物质的空间分布不均匀引起.
这里必须强调,解开月球自转的奥秘并不是从天文知识中得到启发而产生,恰恰相反,这是从“机械设计”原理中的平面构件的活动度的计算方法中得到启发而想到的.下面我们再通过月球自转的三种情况来证明月球是绕自己的轴心完成自转的.
1、地球和月球都是绕各自的轴心旋转的天体,此时月球的活动度大于零,月球能绕自己的轴心旋转.
2、假定在“地球”是套上一个能相对地心旋转的套筒,再用一根长杆把月球与套筒联焊在一起.此时月球的活动度等于零,但能随套筒的转动绕地球公转（也就是人们认为的相对恒星的自转）.
3、假定用长杆把月球与地球直接联焊在一起.此时月球绕自己的轴心转动的活动度等于零,不能绕自轴自转,也不能相对地球公转,只能随地球定位“公转”.
从上面的2、3种情况来考虑,月球绕地轴旋转的情况虽不同,但都不能自转,看起来都是一面朝地球.从逻辑学的角度来考虑,把这种“旋转”说成月球在空间自转是不正确的.这两种情况下月球无论是相对地球还是相对恒星都不自转.对于相对旋转的两天体而言,它们彼此都是绕各自的轴心旋转的,是公平的.并没有一个绕另一个的轴心（公转）来实现自转之说.
所以,只能用第1种情况来说明月球是绕自己的轴心旋转的.无论是相对地球,还是相对太阳,月亮都在绕自己的轴心施转.只因它的公转偏心与自转纠偏相抵消,导致不易被人们所察觉.
自然界中有许多现象都让人产生错觉,这就需要我们细心观察、认真思考,道出其中的奥秘,揭示现象的本质.