潮汐鎖定,地球是怎樣給月球剎車的

2020-12-16 布愛因斯坦

假設一顆人造地球衛星,在進入軌道時是沒有任何旋轉運動,那麼,它開始繞地球運動時是圖一的方式還是圖二的方式?我認為時圖一方式,因為按愛因斯坦相對論說法,地球周圍的時空是彎曲的,相對衛星而言,是在做直線運動。

圖一
圖二

月球像向日葵,總是一個面朝地球。這樣在地球上的人就看不到月球的另外一面。普遍的觀點是,月球是被地球潮汐鎖定的,所以月球始終以一個面朝向地球。真是這樣嗎?

假設月球開始圍繞地球公轉時,也是有自轉的,只是地球對它的潮汐鎖定就像剎車一樣,漸漸就把月球的自轉速度降下來了,最後停在了面朝地球的位置。但從圖三來看,地球對月球的潮汐鎖定,只是作用在圖中所標誌的位置,如果月球是有旋轉運動的,那這個作用點就在月球上不斷變換,並沒有抓住月球的某一固定點,這樣看來,潮汐力不具備對旋轉物體的剎車功能,不可能將月球潮汐鎖定。

圖三

其實能夠產生潮汐現象的因素至少有三個,一個是地球的質量足夠大,產生的「引力」足夠大;其引力大小變化隨著地球距離變化程度也就越大;月球的體積個頭足夠大,在月球形狀體積範圍內產生較大的引力差;月球形狀不規則,最好是棗核狀。

月球赤道直徑3476.2km,兩極直徑3472km。扁率只有0.0012。已經是非常圓了,我們直觀地看一下,假如一個足球和月球有一樣的扁率的話,最長直徑與最短直徑之差只有0.265mm,是不是非常圓了?

潮汐力是把地球周圍物體拉成一線的力,假如月亮是棗核狀的,潮汐力就是把這個棗核沿地球直徑方向順過來的力,就是使棗核的核尖對著地球的方向。不過月球並不是棗核狀的,所以這種鎖定是不存在的。

就算月球是棗核狀的,但潮汐力並不能像鐵索一樣抓住月球的某一固定點,使它不能轉動,而是對著某一固定位置用力,如果月球是旋轉的,那麼無論哪個部位轉到這個位置,都會受到這個力,這對轉動的月球來說,每個位置都是機會均等的,不可能給月球剎車。

而且,如果月球開始進入地球的軌道時是自旋的,那麼一切自旋都是有角動量的,有角動能,而潮汐力是不會改變其能量的,月球轉動,保持機械能守恆,也就是勢能與動能的相互轉換,就像單擺,地球引力有把單擺小球拉順的趨勢,但事實上,一個理想的單擺小球總會擺來擺去,不被拉順。即便月球是棗核狀的,自旋的,它在潮汐力的作用之下只能是自轉的速度呈現周期變化,而不會停下來用一面朝向地球的,所謂潮汐鎖定是不存在的。

現在只剩下兩種情況了,那就是月球在進如現在軌道前是不旋轉的,就像現在一樣,在進入現有軌道後變成了現在的一面朝向地球的運轉方式,這也就是在地球近地軌道上,月球選擇走直線的方式。繞地球一圈之後,在我們看來,外圈的月球走的路程多一些,內圈的月球走的路程要少一些,但對月球自己來說,走的路程是一樣的。但對於自然界的天體來說,絕對不自旋是不大可能的,那概率也太低了。 另外一種情況,月球開始不是完全剛體的,或者,像雞蛋似的,外邊是一層堅硬的殼,裡邊是液體,在繞地軌道上,潮汐遲滯了裡面的液體,液體與外殼之間發生摩擦,產生熱量,月球的轉動動能逐漸轉變為熱能,最終停下來,當然這是一個非常非常漫長的過程。

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    它只要轉起來,所有的表面難道不應該都有對著地球的機會嗎?實際觀測已經證明了月球確實是只有一面朝著地球,天文學將這種現象稱為潮汐鎖定。那麼,潮汐鎖定究竟是什麼呢?月球竟然不是一個正圓!?如果地球被月球鎖定……綜上所述,月亮只有一面朝向地球的原因有兩個:第一個是因為潮汐力的作用使得月球是橢球,第二個就是月球自轉和公轉的相互作用使得自轉速度向公轉速度靠攏。最終的結果是自轉速度和公轉速度相同,這就是潮汐鎖定現象。
  • 月球上看太陽和地球的運動,與地球上看太陽和月球的運動一樣嗎?
    在地球上能夠看太陽和月球「東升西落」的視運動現象,我們如果登陸到月球上,來觀察太陽和地球,那看到的視運動情況又是怎樣呢?潮汐鎖定」的衛星,也就是月球自轉的周期和月球繞地球公轉的周期相同,其時間都是大約27.32天。
  • 從月球上看地球是什麼樣的?會不會讓人感到害怕呢?
    人有悲歡離合,月有陰晴圓缺,古往今來,人們常將思念寄託於月亮,但幾乎都是我們從地球上看月球的描述。不知人類抬頭仰望了月亮多少次,那你可知道在月球上看地球是一番怎樣的景致呢?登上月球之後,先來看一下四周有陰暗的部分和明亮的區域。
  • 站在月球上看地球,有什麼恐怖之處?
    月球是我們非常熟悉的天體,它把太陽光反射到地球上,我們在地球上很容易看到它。如果從月球上看地球會是怎樣的景象呢?為什麼有人會說從月球上看地球會感到恐懼呢?雖然阿波羅飛船每次都能載三位太空人,但有一位太空人要留守在繞月飛行的指令艙/返回艙上,所以每次登上月球的太空人只有兩位。也就是說,前後共計12位太空人踏上了月球土地,他們都在月球上親眼看到過地球。地球的半徑大約是月球的3.7倍,所以從月球上看到的地球會顯得很大,「滿地」的視面積相當於滿月的14倍。而且在月球上會看到奇特的現象,地球在空中不會升起,也不會落下。
  • 為什麼海洋潮汐是由月球引力而不是太陽引力引發的?
    地球上的海潮是由月球的引力和太陽的引力共同引發的。一般來說並非太陽和月球引力的總強度引發了海潮,而是當它們作用在地球上時,不同點之間大小存在著差異(即產生了引力梯度),由此引發海潮。儘管太陽的體積比月球大得多、引力總和比月球的大,但是月球離地球近,所以其引力梯度比太陽的大。
  • 月球,為啥有個「背面」?
    所以,根本原因在於,是誰給月球自轉踩了剎車?   潮汐力難辭其咎  要解釋月球自轉變慢,潮汐力是最容易想到的因素。  地球和月球相互繞轉,且相互具有萬有引力,彼此都會給對方施加潮汐力。地球上的潮汐現象,就與月球對地球的引力有關。  住在海邊的人,會發現海水一天有兩次漲潮和落潮。
  • 如果月球的重量減半,地球會怎麼樣?
    如果月球變輕了,就會更靠近地球,因為原本把月球繞地軌道慢慢拉寬的潮汐力減小了,這對於地球和地球上的生物都會有很顯著的影響。月球的實際軌道平均距離地球約38萬3990公裡,不過每年會向外移約4公分。那是為什麼呢?
  • 月球離地球越來越遠,地球自轉周期或延長到30天,為何會這樣?
    筆者:三體-小遙太陽東升西落,地球每天上演著不同的故事,大海也有潮漲潮落的過程,億萬年來滄海桑田,一切都值得我們觀察和研究。在此過程中,人們發現大海的潮汐作用十分有趣,並且試圖通過深入的研究找到其中的奧秘,好在牛頓發現了萬有引力,為我們打開了新世界的大門。
  • 太空人上天都不怕,為何從月球上望地球,卻會感到恐懼不安
    這種恐懼症也使得一些太空人在從月球上眺望地球時,會產生莫名的產生恐懼感。月球雖然月亮本身並不會發光,但是它可可反射太陽光,一次照亮了整個夜空。因此從地球上看月球與從月球上看地球的感覺是完全不同的,而且月球上是沒有大氣層存在的。
  • 地月星系已趨於穩定,為何月球每年還會遠離地球4釐米?
    大家都知道月球是地球的衛星,繞著地球進行公轉運動。而月球的公轉軌跡是一個橢圓形,在距離地球近的時候,兩者之間相差36.3萬公裡,而在距離地球的最遠點,距離約為40.5萬公裡。雖然月球在正常運行的過程之中在不斷的接近、遠離地球,但是在總的趨勢上來看,月球每年都會遠離地球四釐米左右。