月亮有自转吗? 月球自转周期

月亮自转周期(月亮自转吗?)
月亮是自转的,但是自转周期和绕地球公转的周期是一样的,所以我们每天晚上看到的月亮表面几乎都是一样的,所以很容易给人月亮不自转的错觉 。
我们称月球目前的状态为“潮汐锁定”,即被地球产生的潮汐力锁定,导致月球自转周期与公转周期一致 。
那么什么是潮汐力呢?简单来说,考虑到客观物体体积的存在,质量是分布在体积中的,所以“粒子”的概念严格来说是不存在的,而万有引力定律告诉我们,引力与物体间距离的平方成反比,也就是说,物体的正面和背面由于距离的不同而存在差异 。
物体本身也会受到这种重力差异的影响,比如月球对地球的影响 。由于地球表面覆盖着大面积的海水,海水作为液体,重力差的影响更加明显 。这种影响的结果就是海洋中会出现潮汐,所以我们简单的把这种重力差称为引潮力 。
同样,月球对地球有引潮力,所以地球对月球也有引潮力 。然而,由于月球表面没有海洋,我们不容易观测到月球表面的引潮力变形效应,但这并不意味着没有这种东西 。实际上,月球的形状在地球引潮力的作用下,趋向于类似橄榄球式的长椭球体(当然这只是一个比喻,实际上不可能像橄榄球那样夸张) 。
潮汐锁定是如何产生的?虽然潮汐力拉长了月球的形状(我们称拉长的部分为潮汐隆起),但这并不能立即使月球的自转周期与公转周期一致 。因此,我们需要考虑这样一个过程:
当月球自转周期与公转周期不一致时,月球两端潮汐隆起的连线不会一直对着地球,会导致一个力矩迫使其对着地球,如下图所示:
显然,这个过程会直接改变月球的自转周期,最终在长期的磨合下,月球两端山脊的连线会一直指向地球,这样我们每次在地球上只能看到月球的同一面 。此时月球自转周期与公转周期一致,即形成了潮汐锁定 。
地球和月球会发生潮汐锁定吗?听起来不可思议 。毕竟月球的质量只有地球的1/81,但答案是肯定的 。只要时间足够长,地球就会被月球潮汐锁定,然后两者环环相扣 。
而地球被潮汐锁定的原理其实和月球是一样的 。以海洋的潮汐为例 。由于地球自转周期比月球长得多,潮汐隆起会被地球带动旋转,而月球的潮汐力是保证潮汐隆起面向月球本身,这就好像月球和地球在进行拉力竞争,所以海洋和地壳会通过摩擦产生热量,导致地球自转的动能降低,也就是地球自转速度变慢 。
久而久之,地球会被月球的潮汐锁定而互锁,然后地球的自转周期就会和月球公转周期一致 。
最后,我解释一下,地球自转速度的降低意味着地球自转角动量的降低 。考虑到地月系统的角动量守恒,月球轨道的角动量会增大,其结果是月球轨道每年会以离地球约3.8厘米的速度上升 。
【月亮有自转吗? 月球自转周期】不过地球被月球潮汐锁定还需要几十亿年,所以不用担心 。

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