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月球为什么不围着太阳转?月球不是一直都在转动吗

月球为什么不围着太阳转?月球不是一直都在转动吗月球始终背对着我们的那一面,也就是它的远端背面,存在着一个太阳系中已知最大的撞击坑,名字叫做南极-艾特肯盆地。不同于正面月海的大面积分布(大约31.2%的覆盖面积),月球背面很少有比较平坦的月海存在(2.5%左右的面积占比),同时还可以遮蔽来自地球的电波干扰。月球的远端背面是什么样子月球的近侧,也就是我们常常看到的正面,分布着一滴水都没有的月海,巨大的撞机坑被暗色火山喷出的玄武岩熔岩流所填充。而那些古老而明亮的斜长岩高地,以及引人瞩目的撞击坑就零星的分布在月海的内部和外围之间。虽然,站在我们人类的角度,月亮就是天空中唯一亮度低于太阳的星体,然而它的真实表明却十分昏暗。倘若要对它的亮度进行一个比较具象的描述,那么,我们可以将其与生活中较为常见的沥青进行对比。简单来说,月球正面的真实反射率,其实仅比沥青高出那么一点点。月球的近侧(左侧)覆盖着深色斑点,月球的远端(右侧)有许多陨石坑和高耸的地形

作者:文/虞子期

不同于夜空中距离太远的恒星,虽然当我们在肉眼观察时,总会觉得它们都是静止不动的。但只要借助专业的探测工具,便能观测到它们的移动情况;而月球的背面,则是地球上的我们即便用天文望远镜也无法看到的神秘面,因为我们可以观测到的那一面总是它的正面。

没错,正是因为月球总以同一面面向地球上的人类,所以月球才有了正面和背面之分。人类在1959年才第一次看到月球背对地球那一面的照片,它是通过前苏联的月球3号太空船所拍摄。而人类首次通过眼睛看到月球的背面,则是在1968年阿波罗8号任务环绕月球飞行的时候。那么,一直在转动的月球为何总以同一面示人呢?

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月球的不同面-一面是大量起伏不平的撞击坑,一面是平坦的月海

关于月球近侧正面的基本事实

月球的近侧,也就是我们常常看到的正面,分布着一滴水都没有的月海,巨大的撞机坑被暗色火山喷出的玄武岩熔岩流所填充。而那些古老而明亮的斜长岩高地,以及引人瞩目的撞击坑就零星的分布在月海的内部和外围之间。

虽然,站在我们人类的角度,月亮就是天空中唯一亮度低于太阳的星体,然而它的真实表明却十分昏暗。倘若要对它的亮度进行一个比较具象的描述,那么,我们可以将其与生活中较为常见的沥青进行对比。简单来说,月球正面的真实反射率,其实仅比沥青高出那么一点点。

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月球的近侧(左侧)覆盖着深色斑点,月球的远端(右侧)有许多陨石坑和高耸的地形

月球的远端背面是什么样子

月球始终背对着我们的那一面,也就是它的远端背面,存在着一个太阳系中已知最大的撞击坑,名字叫做南极-艾特肯盆地。不同于正面月海的大面积分布(大约31.2%的覆盖面积),月球背面很少有比较平坦的月海存在(2.5%左右的面积占比),同时还可以遮蔽来自地球的电波干扰。

或许正是这种地形分布上的明显不同,才导致了月球的热量主要是集中在其正面的半球上生成。比如,月球勘探者的γ射线光谱地质化学图已被证实。南极-艾托肯盆地代表着月球上最低的高度,以及最薄的地壳。为什么它不像正面的风暴洋那样,存在着剧烈的火山活动,便与其隆起的表面和地壳的厚度会影响内部玄武岩的爆发有关。

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月球侦察轨道飞行器拍摄的月球远端区域照片,大量mineral矿物表明其过去可能是稀有硅酸盐火山沉积

月球如何旋转-接近的旋转周期值,给人造成月球近似静止的错觉

月球的同步旋转是怎么回事?

相信很多观察月亮的人都会发现,当它经过轨道时会与地球基本保持在同一侧,这也是为什么很多人会疑惑,月亮到底有没有在旋转。答案当然是肯定的,虽然它看上去似乎与我们的眼睛所观察到的截然相反。事实上,月球围绕地球运行一周大约需要27.322天,而它围绕自己的旋转轴一周也刚好是在27天左右。

为什么月球给很多人的感觉是静止不动的?正是因为这两个旋转周期值近似相等所造成,这样的现象被称为同步旋转。很多时候,大家都将月球的远端背面称为阴暗面,但这样的说法却并不准确。因为,当月相处于新月阶段、月球刚好位于太阳和地球之间的时候,此刻沐浴在阳光之下的就是月球背面。

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当然了,月球的轨道和自转并没有达到完全匹配的程度,它会沿着略微伸展的椭圆轨道绕着地球运转。当地月之间的距离达到最近的时候,月球的自转速度会小与其旋转速度,这也是为什么我们可以在东边看到另外8度角。而当地月之间的距离达到最远的时候,其更快的自转速度,则会让我们在西边看到另外8度的角。

月球的运转轨道是如何发生变化的?

正如月球会受到地球的引力影响,地球上的海洋潮汐也会受到月球的影响一样。它的自转周期,也并不是一直都刚好等于它围绕地球运行的轨道。缺少海洋的月球,会在地球的引力作用下形成潮汐凸起,并在拉动它们的时候产生潮汐摩擦,并最终导致了月球自转速度的减慢。随着时间的递进,当月球的自转速度变得足够慢的时候,它的轨道和自转变得匹配。

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月球被地球反射光照亮的“夜侧”就像满月

然后,月球的正面被潮汐锁定永远面向我们的地球。简而言之,引力效应在月球上形成的凸起,导致了月球的旋转速度变慢,而同步旋转的形成,使得更长的月球轴指向了地球。也就是说,月球面向地球的一侧完全取决于其自身的旋转速度。

月球逐渐地失去了原有的运行速度,而地球也不会完全不受束缚。月球会对地球的自转施加摩擦,地球也会在月球自旋的时候施加摩擦,而一天的长度就这样每个世纪增加几毫秒。比如,在恐龙时代的时候,地球的自转大约只需要23个小时就能完成;但是,当时间来到1820年的时候,同样的轮换则花费了大约24个小时。

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月球被潮汐锁定-该现象在太阳系中普遍存在,且形成原理一致

潮汐锁定并不是只存在于月球和地球之间

月球总是以同一面朝着地球,其实就是潮汐锁定在我们现实生活中的最直观体现。这样的现象通常都发生在,重力梯度使天体总以同一面面向另一个天体。所有被潮汐锁定的天体都有一个共有的特征,那就是其自旋需要花费的时间,总是几乎等于它围绕同伴进行公转需要耗费的时间。正是这样的同步自转行为,才导致了被潮汐锁定的星球,总是以固定不变的一面朝向另一个天体。

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在巨大的陨石坑和广阔的月球平原上,LRO和其他航天器最终在月球北极和其他地方发现了数吨水冰的证据。

客观而言,潮汐锁定现象在宇宙中并不罕见,即便是我们所在的太阳系也较为普遍的存在着。比如,水星和太阳之间,卫星和它的行星之间,乃至太阳系外的其他行星和恒星之间,其实都存在着地球和月球之间的这种潮汐锁定现象。其中最为特殊的,应该就是冥王星和卡戎,由于两个天体的质量和物理性质都比较接近,所以它们被彼此潮汐锁定。

关于潮汐锁定机制原理的描述,我们可以将被锁定的较小天体命名为天体B,然后将较大的天体命名为天体B。从自转率的改变这个角度来说,当天体A的引力在天体B的隆起的诱导下造成扭矩,那么,天体B会就会被天体A潮汐锁定。所有具有该类现象的天体,都会经历从潮汐隆起、隆起拖拽、结果的扭矩到轨道变化、乃至大天体的锁定后自转轨道共振。比如,水星的自转,就被锁定到与公转太阳周期为3:2的共振。

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月球不仅自转且与地球的距离变得越来越远

不要感到意外,月亮不仅不像很多人错觉里的那样没有旋转,而且还与地球之间的距离变得原来越远。就连地球的自转速度也在减缓,而这两个现象之间又存在着密切的联系。地球的两端,都受到月球引发的潮汐影响,并且地球又在旋转。所以,月球在其轨道上的位置将落后于潮汐,月球因为引力的拖拽被送入到更高的运行轨道。

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图像中的颜色说明了月球表面坡度和粗糙度等信息

由于受到了这样的增强影响,地球被迫需要损失一部分能量,所以也出现了旋转速度减缓的现象。但是从数据上来看,地球和月球之间的潮汐锁定并没有发挥很大的作用。比如,月球和地球之间的距离虽然在变得越来越远,但每年的增加距离仅为3.8厘米。当然了,随着时间过去很多年,我们头顶这片天空中的月亮将会在视觉上变得越来越小,同时还会使得日全食变得更加罕见。

总结一下:

月球的确是一直处于运转的状态之中,之所以它总以同一面面向地球、会存在背面和正面之说,是因为它和地球之间由于同步旋转导致了潮汐锁定的现象。

潮汐锁定现象并不是只存在于地球和月球之间,不管是太阳系之内的行星和卫星之间、还是太阳系之外的恒星和行星之间,都普遍的存在着潮汐锁定现象。

所有存在潮汐锁定现象的天体都具有一致的形成原理,较小的天体总是会被另一个较大的天体潮汐锁定,而当两个天体具有相似的物体特性和质量的时候,则会彼此都被潮汐锁定。

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