月球为什么不能自转,而其他星球的卫星却可以自转呢?

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2022-07-07 · TA获得超过1.7万个赞
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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。

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。

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