12月8日2时23分,嫦娥四号探测器搭乘长征三号乙运载火箭,开始了奔月之旅。她肩负着沉甸甸的任务:首次完结人类探测器月球反面软着陆。
请注意这儿的关键词——月球反面。
曾经无数次举头望明月的你,是否留意过,咱们一直只能看到月亮有玉兔和月桂树的那一面?没错,千百年来月球一直只要一面临着地球,另一面一直背对地球。
问题来了,是谁把月球变成了双面伊人?
同步自转仅仅外表原因
用一句话解说这个现象,也很容易:月球绕地球公转一圈和月球自转一圈的时刻,都是28天左右。
想象一下,绕大树画个大圆圈,在大圆圈上均匀标出360个刻度。一直面临这棵大树走一圈,用360步走完。在大圆圈上每走1步,身体就倾斜1度。走完时身体也一起完结360度旋转,回到原位。
也就是说,当你用相同的时刻完结自转和公转时,你一直会一面临着大树。月球一直一面临着地球的现象也是如此。在地理学中,这叫同步自转。
然而,这仅仅外表原因。
“月球形成早期,自转速度比现在快多了。只要几个小时,而不是现在的28天左右。”南京大学地理与空间科学学院教授周礼勇通知科技日报记者,对地球而言,月球也曾是“多面伊人”。是数亿年来,月球自转速度不断变慢,慢到自转和公转周期简直一样,才导致它一直一面临着地球。
所以,根本原因在于,是谁给月球自转踩了刹车?
潮汐力难辞其咎
要解说月球自转变慢,潮汐力是最容易想到的要素。
地球和月球互相绕转,且互相具有万有引力,互相都会给对方施加潮汐力。地球上的潮汐现象,就与月球对地球的引力有关。
住在海滨的人,会发现海水一天有两次涨潮和退潮。一次是月亮在地球反面时,另一次是月亮在头顶时。
周礼勇解说说,这是由于地球正对月亮的那面,遭到的月球引力更强;背对月亮的那面,遭到的月球引力较弱。引力的方向都朝着月球。而地球在绕月球转时,不管哪个点的离心力都一样。离心力的方向与月球施加于地球的引力方向相反。
如此一来,地球背对月球的那面,遭到的月球引力稍小于离心力,面临月球的那面月球引力稍大于离心力,终究两面都感遭到一个脱离地心方向的力。所以地球两侧的海水就涨起来了。
“月球在绕地球转时,相同会遭到地球带来的潮汐力。”周礼勇说,地球潮汐力的效果,是让月球正对和背对地球的面都鼓起来,让月球变扁了。
虽然月球上没有海水,月壳、月幔和月核却仍然能够感遭到潮汐力,并在月球内部形成不断涌动的固体潮。这种固体潮导致月球幔层之间不断冲突,转变为月壳内部的热能。这在几十亿年时刻内,能够耗散月球部分动能。
力矩才是直接刹车机制
不过,潮汐力带来的冲突耗散可能是有限的。
中科院国家地理台研究员平劲松和搭档们研究发现,月核与月幔之间的流体属于超低粘性层,这意味着潮汐力所引发的月核与月幔之间的冲突力很小,不至于耗散月球太多动能。
“关键在于潮汐效果引起的冲突效果发生在月球内部,这种进程只能耗散掉地球、月球这个体系的总机械能,而不能直接给月球自转踩刹车。”周礼勇说。
两位地理学者都认为,最直接的刹车机制是地球与月球之间的力矩效果。力矩是指效果力使物体绕着滚动轴或支点滚动的趋向。
周礼勇解说说,月球在逐步变扁的进程中,仍然要在绕着地球公转的一起自转。想象在月球内部,有一条与地心和月心连线方向一致的长轴。长轴在瞬间是指着地心的,但由于月球要自转,下一瞬间这条长轴就会偏曩昔,不再指着地心。
这时,来自地球的潮汐力对月球这个长轴的两端都会产生力矩。这个力矩与长轴偏移曩昔的方向相反,也就是跟月球自转方向正好相反。这会直接改变月球自转的角动量,导致月球自转速度逐步减慢。
天长月久,月球自转周期和公转周期变得相差无几,终究有了咱们在地球上看不到的“反面”。