月球為什麼能在幾乎不可能的概率下，分毫不差的一面對地球公轉？

嫦娥四號在今年1月3日早上成功軟著陸月球背面的艾肯特盤地馮卡門撞擊坑，又將全世界的都科普了一遍，我們再熟悉不過的月球居然隱藏這樣一個陰暗的月球背面。

在這個話題中我們必須要解決幾個問題，都說月求在自轉，那它為什麼總是一面朝著地球，難道真的就轉的剛剛好？而另外一個問題則是，為什麼會轉的剛剛好？

月球與公轉同步的自轉

月球是自轉的，但很多朋友的都不相信，要理解這個問題其實不難，我們畫個圖出來示意下就明白了：

假設月球不自轉，那麼根據上圖，月球在完成圍繞地球一圈的過程中，我們將徹底看到月球的正反面，請注意上圖中白色小點的位置。但事實上我們無法看到月球背面，那麼它只能以另一種方式自轉，即可自轉周期=公轉周期：

上圖是自轉與公轉一致的運動方式，請注意白色小點的位置，它總是朝向地球，因此從這點來看，在圍繞地球一周的同時，月球也剛好公轉一周。這個周期是多久呢？

自轉=公轉=27.32天

所以月球白天和夜間的時間就相當於13.66天，因此嫦娥四號在月面上的日子可不好過，要麼曬太陽將近半個月，然後沒太陽半個月，有太陽的時候熱死，沒太陽的時候凍死，在月面的設備必須有降溫和保溫措施才不至於在月球晝夜交替的惡劣環境中出現故障。

月球為什麼會出現公轉與自轉同步的情況？

其實這種特殊現象有一個專有名詞，叫做潮汐鎖定，指的就是一個天體在環繞另一個天體公轉時，逐漸被另一個天體的潮汐引力鎖定，以一面朝向另一個天體的公轉方式。當然這很拗口，我們來簡單了解下天體潮汐鎖定的過程。

天體B在圍繞A公轉，兩者在公轉過程中會發生如下過程：

1. 首先天體A和B會在相互引潮汐引力的作用下隆起，就像地球上的天文大潮一樣，這和月球圍繞地球公轉是相關的，但這個潮汐隆起會有一個滯後效應。在尚未潮汐鎖定時，隆起會在天體表面移動。而整個天體變成一個帶一點點橢球的天體。

2. 由於天體B的自轉，這個拖球體的長軸會偏離天體A的方向，此時A的潮汐引力有一種要讓B天體的長軸指向A的趨勢，這個過程叫做隆起拖拽

3. 在漫長的公轉繞行過程中，這個趨勢會逐漸讓天體的長軸指向A公轉，因為在潮汐引力公轉中，這個「姿勢」公轉最「省力」，根據角動量守恆，B天體的自轉角動量會轉變成B的公轉軌道距離抬升。因此從月球早期到現在的距離越來越遠是有原因的。

4. 潮汐拖拽的另一個特例是天體A和B的質量相差不大時，會有互相拖拽的過程，也就是說潮汐鎖定的另一個特例是互相潮汐鎖定。

5. 還有一種比較特殊的情況是偏心率比較大的情況下則可能形成軌道共振的模式，比如水星的自轉與公轉比例是3:2的軌道共振。

在太陽系中軌道潮汐鎖定幾乎就是一種普遍現象，剛我們所說的水星自轉公轉3：2軌道共振，月球潮汐鎖定，火衛一二，木衛一二三四...，土衛一二三...，天衛一二三四...，海衛一和八。

在這裡必須提一下冥王星的衛星卡戎，因為兩者是太陽系最特殊的潮汐鎖定案例：互相潮汐鎖定，雙方永遠都是同一面對著對方，就像兩個戀人面對面。

冥王星與卡戎的相互公轉動圖（新視野號於2014年7月19日到7月24日沿黃道面拍攝），可以很容易看出這個這系統的質心在兩者天體的半徑以外（地月系質心在地球半徑以內）。

其實潮汐鎖定這種情況在系外行星中也屢有發現，比如位於半人馬座的比鄰星的行星可能已經被鎖定，格利澤581c和格利澤581g也可能被母星鎖定。

朝汐鎖定無關與陰謀論

很多朋友都認為月球的直徑高達3470千米，距離地球又超過38.4萬千米，實在是太遙遠了，不能出現所謂的潮汐鎖定，因此就斷定這個月球是被認為放置在地球軌道上的，功能就是為了監視地球，這是在是匪夷所思，如果按照這個邏輯火星有兩個被鎖定的衛星，而木星、土星、天王星以及海王星統統被監視了，一視同仁嗎，太陽系裡唯一沒有被監視的天體是水星和金星，因為它們沒有衛星，而冥王星和卡戎則互相監視？

這實在是一種非常沒有內涵的質疑，相信月球一面朝著地球是來監視人類的話，那麼可能各位是想多了，如果你堅持，那麼很抱歉，我們之間沒有共同話題。

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