椭圆第二定义推导过程(为什么月球总是只有一面对着地球?)


椭圆第二定义推导过程(为什么月球总是只有一面对着地球?)

嫦娥在月球南极艾特肯盆地的冯卡门撞击坑成功实现软着陆的那一天,即公元纪年的一月三日,激发了公众的好奇心和对天文学的新一轮热议。其中最为人们关注的问题之一是:月亮这个自转的同时还围绕地球公转的星球,为什么会出现我们总是只能看到一面的情况呢?天文领域中的这种现象被称之为潮汐锁定。下面,我们就一起探索这个神秘的原理。

月球是不是一个标准的圆球呢?答案并不是。万有引力作用下,由于月球表面各部分受到地球引力不同,它并不是一个正圆球,而是呈现椭球状。这种形变主要是由于物体间的距离变化带来的引力变化所导致的。简单来说,月球靠近地球的一侧受到的引力大于远离地球的一侧,这就导致了月球被牵引成一个椭球形状。

除了形状的变化,月球的自转和公转也对其受到引力的方式产生影响。假设月球自转速度大于公转速度,那么在其自转和公转的过程中,月面上的某一点受到的月心和地心引力并不在一条直线上。这一点受到的合力会阻碍月球的自转,使其自转速度逐渐减慢,直至自转和公转速度相等,形成潮汐锁定现象。反之,如果自转速度小于公转速度,合力则会促进月球自转加速。这就是月球最终只有一面向着地球的原因。

这种现象是如何影响我们观察到的月面的呢?实际上,由于自转和公转的速度匹配,月球展示给我们的一面占比超过了半数,大约占据了其表面的60%。这个视觉效果是由月球自转轴和公转平面的夹角以及公转轨道的离心率共同决定的。由于地球的视角影响,我们在月出和月落时也能观察到一些月球背面的部分。

回到我们的家园地球,其实地球也受到了月球的潮汐力影响,呈现出椭球形状。尽管地球的自转速度正在逐渐向着围绕月球的公转速度靠拢,但由于月球相对于地球来说质量较小,因此对地球自转的影响并不显著。至少在可预见的未来,地球不会被月球锁定。但如果地球真的被月球锁定,那将是一种特殊的双向锁定状态,就像两位花样滑冰选手在比赛中相互旋转一样。可惜的是,尽管冥王星和卡戎之间存在这种关系,由于地月系统中两者间的距离和质量差异等因素,地球和月球达到这种状态的可能性几乎为零。

尽管地球和月球无法相互锁定,但值得我们关注的是,地球的自转速度正在受到太阳和月球的双重影响而逐渐减慢。地质数据表明,与数亿年前的地球相比,现在的一天已经增加了约1.7毫秒的时间。按照这个趋势发展下去,即使到了太阳毁灭的那一刻(约45亿年后),地球的 Locks 始终在一端并不会因此而反向我们锁死我们对月球的欣赏形式一定的影响但可以预见的是在未来很长一段时间内我们将依然能够欣赏到满月与新月交替的美景不必为了看月亮而出国旅行。因此这种现象也引发了一系列关于天文宇宙运转的思考和探索给人们的生活增添了一种特别的色彩和情感联系让人叹为观止不得不赞叹大自然的奇妙!


椭圆第二定义推导过程(为什么月球总是只有一面对着地球?)