地球和月球最后真的会永久性“分手”吗?

众所周知,月球是目前已知的唯一一颗地球的卫星,在浩瀚的太阳系中,只有它一直陪伴着地球。

千百年的人类文明中,月亮一直扮演着无可替代的角色,无论是在自然方面还是人文方面。

但在如今,有一个可怕的事实是月亮正在远离我们所在的地球,这个速度大约是每年3.8厘米。

地月一直被认为是一对忠实的好伙伴,那么月球为什么会远离地球呢?它们最后会不会“分手”呢?

月球远离的事实

45亿年前,一颗大小与火星相似的原行星与地球相撞,撞击所产生的碎片在太空中聚集形成了月球。

这是目前人们普遍接受的关于月球起源的假说,即大碰撞假说,现代计算机可以比较准确模拟这一过程。

地月早期模型显示,月球在形成初期跟地球的距离大约为22500公里,而现在测得的地月平均距离是384000公里。

在45亿年的时间里,地月之间的距离扩大了16倍多,也就是说月球自诞生之日起一直在远离地球。

潮汐引力示意图

月球为什么会远离?

在太阳系中,一个体积较小的天体远离一颗行星很有可能是受到了另外更大天体的吸引,比如太阳。

但月球远离地球并不是因为有第三个天体的“从中插足”,而是地月二者之间的矛盾——潮汐作用。

潮汐是我们很熟悉的一种现象,就是潮水的涨与落,与海浪不同,它是有规律的海面升降变化。

地球上海洋表面的潮汐是由太阳和月球的引力引起的,为了方便讨论,我们这里只说月球的引力。

由于地球是球形的,它所受到的月球的引力在不同位置并不均匀,靠近月球的一端引力大,远离月球的一端则小。

在月球这种不均匀的引力的作用下,地球被稍稍拉长了一点,这个形变可能只有几厘米,几乎察觉不到。

但是,地球表面的海洋可是很容易被影响的,对改变地球形状微乎其微的引力足以掀动海洋,这就是潮汐的原理。

通常情况下,将地球被月球引力拉长的一部分叫做“潮汐凸起”,该处所受到的月球引力最大。

潮汐凸起受到月球的引力,根据力的相互作用我们知道,月球也相应的受到潮汐凸起的引力。

如果地球与月球的自转速度一样,那么月球与潮汐凸起之间的引力是与各自的自转方向垂直的,对自转速度并无影响。

地球与月球潮作用示意图

但是,尽管地月的自转方向一致,但地球的自转速度明显快于月球,所以潮汐凸起的引力对月球的自转是有加速作用的。

从理论上讲,当月球的能量(动能)增加时,它会进入更高的轨道,这跟电子的跃迁是一个道理。

当月球进入更高的轨道时,也就意味着它远离了地球。

不过,当月球进入更高轨道时,由于非潮汐凸起的部位对它的减速作用强于潮汐凸起对它的加速,所以实际情况是月球自转的更慢了。

地月会不会分手?

地球与月球之间的引力是一直存在的,那这是不是意味着月球将不断远离地球,从此永久性分手?

其实并不是这样的。

上面说了潮汐力对月球有加速效果,相应的,它会对地球有减速效果,而地球的减缓速度是每世纪2毫秒。

所以,月球的自转速度在减慢,地球的自转速度也在减慢,经过足够长的时间后,地球将被月球“锁定”,这种锁定就跟地球锁定月球一样。

我们知道,月球的自转速度与公转速度所差无几,所以它永远以一面朝向地球,而当地球被月球“锁定”时,地球也只有一面朝向月球。

一面朝向月球意味着地球上的潮汐凸起并不会再拉着月球加速了,没有能量输入的月球也会稳定在轨道上。

这个“足够长的时间”是多少呢?大概是500亿年!那时候,月球绕地球一圈可能需要47天。(现在是27天)

所以,地月的最终结局是并没有“分手”,而是在潮汐作用下互相锁定,关系比之前更牢固了。

最后

虽然地月的结局让人欣慰,但这个故事还是有变数的,因为在远不到500亿年的50亿年后,太阳将变成一颗红巨星。

太阳在变成红巨星的过程中会吞噬掉地球和月球,所以,地月在关系更稳固前可能都会灰飞烟灭。

当然,不要为地月惋惜,因为那个时候我们人类也要全剧终了。