某一天,人类仰望星空,除了看到满天繁星,还看到了一轮明月。
月球目前是地球唯一的天然卫星,在45亿年前形成,虽然月球伴随着地球经过了漫长的时间,但月球却只向地球展示唯一的一面。
与地球和太阳的关系不同,由于地球自转速度和公转速度不同,地球可以360°接受太阳光的照射,从而让全球环境处于一个平衡状态,而月球始终只有一面向着地球,这是因为月球不能自转?
地球和月球的“潮汐锁定”:
在很久很久以前,月球刚刚成为地球的卫星,这时候的月球拥有自己的自转,地球可以看到月球的每一个面。
然而月球和地球都不是“完美”的星球,内部构造以及表面的差异,让星球之间的引力作用存在局部变化,地球对月球正面的引力要大于对月球背面的引力。在漫长的时间里,由于引力作用的不同,月球每次转向背面,都会被地球引力“减速”,久而久之,月球的自转速度被逐渐放缓,最终实现“潮汐锁定”——月球的自转速度和公转速度几乎相同。
就像我们用手旋转一个被拴着绳子的球,球在刚开始旋转时,可能会出现自转,然而当我们的手不断施加向心力(引力),球拴着绳子的一面,最终会一直朝向我们的手。
月球并非不能自转,而是自转被地球引力减速,并且和公转速度相同——月球绕地球一圈,自身才会自转一圈,这也使得月球只有一个面朝向地球。
“潮汐锁定”非常常见:
很多恒星和行星、行星和卫星之间,都会出现潮汐锁定的现象。
在地球上,月球引力每天会引起2次涨潮和2次退潮,这是液体的潮汐,随着人类观测能力的提升,科学家发现每天地球上的岩石也会出现“涨潮”和“退潮”,两者的交替,会让地球岩石圈出现60cm左右的起伏,这是“固体的潮汐”。
太阳系形成时,绝大多数的行星都由零散的天体碰撞而成,这些天体的物质组成具有很大差异,在行星出现后,表面的陆地和海洋,也会让不同的面产生不同的引力,尤其是表面不规则的卫星。地球卫星、冥王星卫星,都存在潮汐锁定的现象。
潮汐锁定除了在宇宙中天然形成,人类也在不断创造潮汐锁定,人造卫星就是潮汐锁定的实例。
卫星在太空绕地球运动,如果卫星在公转的同时还会自转,会让卫星拍摄的画面十分不稳定,为了让卫星永远朝向一面,人造卫星在设计时便考虑了潮汐锁定。
卫星进入太空后,不同的面将受到不同的地球引力,经过入轨、调整后,地球监控卫星就可以利用潮汐锁定效应,稳定朝向地球。