為什麼月球總用同一面朝向我們？

本文參加百家號＃科學了不起＃系列徵文賽。

我們來說說月球吧。沒錯，古詩詞裡的常客“月”，漂浮在天空中友好的鄰居，也是人類唯一踏足過的天體（當然，地球除外！）。

關於月球，或許我們瞭解的最重要的一點是，當它繞地球旋轉時，面對我們的總是同一面。這也是我們在地球上能看到月球的全部面容。實際上，直到1959年，我們才看到傳說中的月球暗面。當時我們把一個航天器送入月球軌道，給神秘的暗面拍了照片。在那之前，人們也想像過月球背面有著城市和湖泊。

是什麼讓月球背面如此完美的躲過我們在地球上的目光呢？這是因為，月球自轉一週的時間和它繞地球公轉一週的時間正好相等。所以每當它在繞地球公轉的軌道上旋轉一度，它就在自己的自轉軸上旋轉一度，永遠用同一面面對地球。

左：月球用一面面向我們,右：看似月球完全不自轉

一定程度上，大家只知道這些，因為地球沒有什麼別的衛星自轉和公轉如此精確地同步了。這怎麼可能？畢竟，實在太巧合了。

這是何方神聖？答案其實不難。

左：月球用一面面向我們,右：看似月球完全不自轉

一個物體各個位置的引力不同導致了潮汐力。牛頓定律告訴我們，引力與兩個物體之間距離的平方成反比。就算是最微小的物體，引力在近的地方也比遠的地方要大。還有，既然我們談到的都是行星和衛星那麼大的東西，這個差別自然可以大到在行星上產生潮汐。

當月亮在你正上方時，地球上比土壤更容易被“拽起”的水，被月球拽向了它的方向。這導致水平面升高，也進一步導致了首次高潮。同時，在另一面，地球上的土被束縛的更緊了。記得水比土壤更容易被拉起來嗎？此時，因為土壤被向內束縛，水平面相對來說就更高一些了（其實只是土壤平面變低了）。這被稱為第二次高潮。

在兩個高潮區域之間的水被吸過去了，所以這些“缺水”的地方有著低潮。

走進潮汐力

等等…這好像和月球的暗面無關吧？

其實，我們看到潮汐能產生如此大的效應的原因在於水是液體，也比土（固體）容易形變得多。不過我們看不到不代表土沒有發生形變。正如月球的潮汐力作用在地球上，地球也在對月球施加著自己的引力。因為地球施加的引力遠比月球施加的大（別忘了，引力隨質量增加），最終我們在月球表面離地球最近的地方拉起了一個腫塊。地球一直如此，把月球的形狀

變成了一個略扁長的球體，有點想很圓的橄欖球。

現在想象一下“小時候”的月球。在月球剛誕生時，它應該是沒有潮汐鎖定的現象的。當時它自轉的速度和現在不同，要麼快些，要麼慢些。這並不重要，我們馬上就知道了。就現在而言，那個地球拉起的大腫塊肯定離地球正上方那個點不遠。如果月球自轉的速度比公轉快一些，這腫塊就會靠前一點。地球的吸引力會在月球上施加一個力矩（可以想成一個扭動的力），直到月球旋轉得慢一些。在腫塊路過地球的正下方時，不平衡的力消失，這個腫塊也就被鎖在面對地球的角度了。腫塊被強行留在這個角度。就算它只移動了一點點，也會被拽回來的。假如它自轉得慢了些，道理也是一樣，不過是方向反了下，結果都是一樣的。

走進潮汐力

在月球回來面向我們之前總有個旋轉，最終結果也總是差不多，這也是我們在地球上望向月亮只熟悉它一面的原因。如果你站在月球上的一個點，地球會總是在你頭頂上方。啊哈！旋轉是同步的！

如你所見，月球這個行為好像不是衛星中的特例。實際上，大多數衛星（除了一些圍繞木星和土星旋轉的小衛星）都有潮汐鎖定現象。對於冥王星和它的“月球”——冥衛一——來說，情況甚至更極端。它們倆質量非常接近，近到它倆對對方都有潮汐鎖定現象——它們都用同一面朝向對方。相比而言，這倒不太像一個衛星繞行星公轉了（準確地說，矮行星），舉個更貼切的例子：更像兩個球被綁在一根棒子上旋轉。

“被吸上去的水會讓我看起來更胖嗎！”

冥王星好像不咋地，是吧？呃。。我們也沒什麼好得意的。冥王星這個現象可能使它和冥衛一的自轉速度慢得像蝸牛，而且它被太陽系“開除”了。但是，我們也面臨一些同樣的問題。月球施加的潮汐力其實也在減慢地球的自轉。當地球形成時，當時的一天相當於我們現在的四分之一左右（差不多6小時）。就算是現在，月球導致的效應仍然以每年15微秒的速度減少我們一天的時間。不過別擔心，在月球永久潮汐鎖定地球之前，太陽會先變成一個紅巨星，然後暴躁地把我們吃掉。我們貌似可以少憂慮一件事了。

“被吸上去的水會讓我看起來更胖嗎！”

1。WJ百科全書

2。天文學名詞

3。 飛魚- Team Science ABC

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