這幾天在關注嫦娥四號和玉兔二號,前一篇文章寫了嫦娥二號為什么要選擇在1月3日著陸月球,同時用阿波羅登月來驗證此理論的成立,大家可以點擊此鏈接看看,從月相變化看嫦娥四號登錄時間和地點的選擇。同時,也學習了一個新詞,潮汐鎖定。但要搞明白什么是潮汐鎖定,真不是一件容易的事,要再講明白什么是潮汐鎖定,那就更不容易了,老丁自己都沒搞懂呢,但就在自己理解的基礎上,試著講講,班門弄斧,半瓶子晃蕩下。因為在自己講的時候,也是理清自己思路的時候。
一、什么是潮汐鎖定
潮汐鎖定,就是某個大天體的引力迫使離它近的繞它公轉的某個小天體永遠用一面對著它,其效果類似于下圖。
雖然從大天體的角度看起來小天體是不轉的,但從宇宙空間看起來,這個小天體仍然是自轉的,只不過是自轉的周期和它繞著大天體公轉的周期相同。如下圖:
只有公轉,沒有自轉
自轉周期等于公轉周期
動起來是這樣的
月球就是被地球潮汐鎖定的那個小天體,永遠用一面對著地球,雖然我們看到月亮的形狀在不斷的變化,但月亮里面的兔子永遠是那只兔子,桂花樹也永遠是那棵桂花樹。
城市上空的月亮
二、潮汐鎖定是怎么形成的
潮汐引力的大小跟兩個天體的質量成正比,跟兩個天體的距離的三次方成反比。三次方啊,是個多大的數(shù),所以,距離是影響潮汐引力的最大的因素。
先舉一個例子:我們都見過鐘擺的擺,都可以想到,如果讓擺擺動起來,然后不再給它力,它會慢慢的停下來,因為地球對它有引力,當它向右上擺的時候,地球的引力就往左下拽它,當它向左上擺的時候,地球的引力就向右下拽它,最終擺尖停下來,永遠指向地球。
擺
再來想月球。月球是個球體,不管是由于月球自轉還是地球引力的作用,這個球體還會變成橢球體,橢的方向就是在地球和月球的軸向上。只要是個球體(何況是橢球體),朝著地球的這一面就會距離地球的遠近不同,受到的引力大小也不同,月球表面上最突出的部分離地球最近,受引力最大。當月球這一部分自轉離開地球變遠的時候,地球的引力就會拉著它不讓它離開,跟擺要擺起來時被地球引力給拉回來一樣,慢慢慢慢的,月球被拉的自轉速度越來越慢,最終自轉速度跟公轉速度相同,這一面永遠朝向地球,月球就被地球給潮汐鎖定了。示意圖如下:
月球被地球潮汐鎖定示意圖
三、月球是不是個特殊的例子
在宇宙中,潮汐鎖定現(xiàn)象是十分普遍的。
在咱們太陽系中,地球鎖定了月球,火星鎖定了2顆衛(wèi)星,木星鎖定了8顆衛(wèi)星,土星鎖定了15顆衛(wèi)星。而冥王星和卡戎則更極端,它們互相潮汐鎖定,它們的自轉周期與彼此繞行對方的公轉周期都達到同步。
冥王星和卡戎互相潮汐鎖定
其效果類似于這樣秀恩愛:
臉對臉轉圈圈的一對少女
這種現(xiàn)象在太陽系外也很普遍,離我們最近的系外行星比鄰星b極有可能就是這樣一個例子。
四、地球會不會被潮汐鎖定
地球如果被潮汐鎖定,鎖定地球的可能有兩個天體,一是月球,距離是影響潮汐鎖定的最主要的因素,月球距地球比太陽距地球要近的多,所以月球更可能首先鎖定地球,形成冥王星和它的衛(wèi)星卡戎那樣的雙鎖定關系。數(shù)十億年或者上百億后,地球的自轉周期、月球的自轉周期以及月球繞地球的公轉周期都會變成47天。
第二是太陽,我們先看下太陽系八大行星的數(shù)據(jù)。
八大行星基礎數(shù)據(jù)
從數(shù)據(jù)中我們發(fā)現(xiàn)了什么?兩個地內行星的自轉和公轉周期雖然不同,但極為接近,尤其是金星。金星的自轉周期是243天,公轉周期是224.7天,相差無幾,基本就要被太陽給鎖定了。水星差別稍微大一些,87.9天和58.6天,這是因為水星繞太陽公轉時不老實,軌道的偏心率大,一會兒離太陽很遠,一會兒又離太陽很近,就相當于有人在抓你的時候你總是踢腳伸腿的抗拒一樣。
水星的軌道傾角和軌道偏心率在八大行星中是最大的
水星、金星,再往外就是地球,幸虧地球離太陽稍遠一些,才沒有被潮汐鎖定。但是,當75億年后太陽演變?yōu)榧t巨星時,太陽的體積變大,日地距離就會縮小,那時候地球就有可能被太陽鎖定了。當然,還有更壞的一種可能,太陽變大到直接吞噬地球。
事實是,地球的自轉速度是在逐漸變慢的,自轉周期從四十多億年前的4小時逐漸增加至今天的24小時。自轉周期越慢,和公轉周期就越接近。
五、潮汐鎖定又怎么樣
不能怎么樣。
當?shù)厍蚝驮虑螂p雙鎖定時,不僅是月球只有一面對著地球,地球也只有一面對著月球,那時候,能看到月球的就只有半個球面了,另外一半要想看月亮,就必須過來買票看。希望正對月亮的那一面是103°23’19”E,35°33’49”N(中國的中心點),都來我們這里買票看。畢竟,我們最會干這樣的事。
當?shù)厍虮惶栨i定時,地球的一面永遠朝著太陽,另一面永遠背對太陽,那時候地球上就沒有了晝夜更替。白天永遠是白天,黑夜永遠是黑夜。怎么跟三體有點兒象啊?這真是非常悲慘的一件事情,光從溫度上我們就受不了啊,永遠被太陽曬著的地方熱死,沒有太陽的地方凍死,我們不得不考慮太空移民了。
其實,不僅是天體被潮汐鎖定很悲慘,人也是這樣,當人只被某一種事物,某一種思想鎖定的時候,也就是人失去自由的時候。
2019年1月10日