根據與地球的距離的不同,月球不同部位所受到的地球引力和「離心力」就會存在著一定的差異,具體表現為距離地球越近,地球引力就越大,而「離心力」則越小,反之亦然。
由于月球的體積足夠大,因此在月球上相距較遠的部位,其受到的地球引力和「離心力」就會存在著明顯的差異,而月球距離地球最近的部位,受到的地球引力最大,而距離地球最遠的部位,受到的「離心力」最大。
這種情況就會影響到月球的流體靜力平衡,于是在月球的「正對著地球的一面」和「背對著地球的一面」都會出現輕微地隆起,這種現象也被稱為「潮汐隆起」,我們可以簡單地將其理解為,月球的形狀被拉成了一個橢球體。
上圖中的A代表地球,B代表月球,月球在位置1的時候,它被拉成了一個橢球體(注:實際情況沒這麼夸張),假設月球的自轉速度比公轉速度更快,那麼當月球公轉到位置2的時候,其在位置1形成的「潮汐隆起」
由于「潮汐隆起」需要一定的時間才能恢復,因此月球在位置1形成的「潮汐隆起」的兩端就會存在一對大小相等、方向相反、但不在一條直線上的平行力,其中的一個為地球的引力,另一個則是「離心力」, 這其實就可以認為是一對力偶。
我們都知道, 力偶是可以讓物體產生轉動效應的,所以月球就會因此而具備向其自轉方向相反的方向轉動的趨勢,而這就會降低月球原本的自轉速度。反過來講,如果月球的自轉速度比公轉速度更慢,那麼當月球公轉到位置2的時候,月球的自轉速度就會增加。
可以看到,在上述機制的作用下,只要時間足夠長,月球的自轉和公轉最終就會同步,也就是 月球每圍繞地球公轉一圈,它就剛好完成一次自轉,而這種現象就是所謂的「潮汐鎖定」。
根據科學家的估算,月球誕生于大約45億年前,據此我們完全可以想象,就算在月球誕生之初,其自轉和公轉是不同步的,那在經歷了如此長的時間之后,月球應該早已被地球「潮汐鎖定」了,而實際情況也確實如此。
如上圖所示,我們現在所看到的月球其實是有自轉的,只不過由于它的自轉周期和公轉周期剛好相等,所以月球就會一直都以相同的一面朝向地球,而地球上的我們當然也就始終看不到月球的背面了。由此可見,這種現象并非巧合,而是在宇宙規律支配下的必然結果。
實際上,「潮汐鎖定」在宇宙中并不罕見,就算是在太陽系中也是如此,比如說火星、木星、土星、天王星、海王星的衛星普遍都存在著「潮汐鎖定」現象,而最離譜的則是冥王星和它最大的衛星——「卡戎」,因為它們都被對方「潮汐鎖定」了。
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