為什麼月球自轉週期和繞地球週期一樣?

一笑而過1105


答:我們注意到,月球始終一面對著地球,在地球上的我們是看不到月球背面的,這種現象叫做“潮汐鎖定”,在天文學上很常見。


月亮形狀

月球圍繞地球轉,月球本身也有自轉,當月球公轉週期和自轉週期相等時(27.5天),地球上就只能看到月球的一面了。

實際上,因為月球存在天平動,使得我們能看到59%的月面,而非50%;甚至在地球上的不同位置,看到的月亮也是存在微小區別的。


潮汐鎖定現象

萬有引力描述,兩個質點的引力和距離平方成反比,對於天文學上的多體問題,絕大部分天體是不能看做質點的;比如地球直徑有1.27萬公里,月球直徑3476公里,地月距離是38萬公里。

這就會導致,地球對月球的引力並不是均勻的,這種引力差就叫做“潮汐力”;通俗地說,你站在地面上時,腳距離地心更近,所以腳受到的重力加速度,會比頭受到的重力加速度大。


物理原理

這種差異對小物體來說可以忽略,但是對月球這樣的大物體就不能忽略了;反過來,月球對地球的吸引力也是一樣的,在靠近月球一側,會導致海水被隆起,產生潮起潮落現象。

同樣月球靠近地球一側,單位質量物質受到的地球引力更大一些,這將導致在月球內部出現不均勻的應力,應力使得月球內部出現內摩擦力,就像踩剎車一樣讓月球自轉速度減慢。


相互鎖定

由於月球是固體,應力的描述不直觀,我們反過來看地球,地球自轉速度是月球公轉速度的27.5倍,被月球引力吸起的海水,會和地球固體部分產生內摩擦,從而造成地球自轉減速,原理和月球自轉減速是一樣的。

只有當月球被地球潮汐鎖定後,月球內部應力導致的內摩擦力才會消失;這也說明了,只要時間足夠長,地球也會被月球潮汐鎖定,但是這個時間長達100多億年,我們是等不到那一天了。


潮汐鎖定實例

在我們太陽系中,還有其他被潮汐鎖定的衛星,也有相互潮汐鎖定的天體,比如:

(1)火星的兩顆衛星火衛一和火衛二,都被火星潮汐鎖定;

(2)冥王星和它的衛星卡戎,就是相互潮汐鎖定的;

(3)被木星潮汐鎖定的衛星,有多達八顆;

(4)被土星潮汐鎖定的衛星,有高達20多顆。


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艾伯史密斯


細心的朋友會發現,我們看月球總是看到它的一個樣子,就是下圖中這樣的形貌。看上去月亮上面有一大片比較暗的圖案,因此還演化出了很多的傳說,比如嫦娥月宮,吳剛砍樹,玉兔搗藥等,自古以來人類看到的月亮就只是這一個樣子,這正是由於月亮只會以一面向著地球的原因。



如今人們約定俗成地將平時看到的月球的這一面稱之為月球的正面,前天我國發射的嫦娥4號月球探測器要降落到月球的背面去探測,就是說它要到我們一直沒有看到的月亮的那一面去探測,而月球之所以被這樣的分成了正面和背面,其根本原因也正是它的自轉週期和繞地球的公轉週期一樣造成的。


當一個星球圍繞其他星球公轉時,如果其自轉週期和公轉週期一樣,那麼就有極大的可能意味著這個星球已經它所圍繞運行的星球發生了潮汐鎖定現象,月球和地球正是如此。

雖然月球不如地球的質量和體積大,但在太陽系的衛星中,月球卻可以排名第五,直徑達到了3400公里,也算是一個相當大的星球了,其體積為地球的1/49,而質量則相當於地球的1/81,這一比例超過了太陽系所有衛星與行星的質量比,且這兩個星球的距離相當近,平均只有38萬公里,相當於地球直徑的23倍左右,這麼近的距離以及這麼大的質量,同時更是由於地月系中沒有其他大型天體的影響,兩者的引力比較專注,所以月球就被地球潮汐鎖定了。



這就好像我們用力甩手裡繩子上繫著一個小球,小球繫繩子的一端會一直向著我們手的方向,潮汐鎖定現象和這是一樣的。正是潮汐鎖定現象使得月球的公轉時間和自轉時間相等,我們知道月球圍繞地球公轉一圈的時間是一個月,在這個時間中,月球也同時轉了一圈,所以月球的一天和一個月的時間是相等的。


但是地球並沒有被月球潮汐鎖定,這是怎麼回事呢?一是由於地球的質量比較大,屬於地月系的主星;再就是地球原本的自轉速度就比較快,在形成之初地球自轉的時間大概只有四個小時左右,所以地球沒有被月亮潮汐鎖定。

然而地球自轉仍然受到了月亮引力的影響,這導致地球自轉的時間一直在變慢,從最初的一天只有幾個小時已經減速到了如今的一天24個小時左右,而如果任由這種趨勢發展下去的話,不考慮太陽等星體對地球引力的影響,那麼最終地球上的一天也會是一個月。但是由於月球正在遠離地球,這樣一個月的時間也會逐漸變長,有人計算後發現,當地球和月亮互相潮汐鎖定並穩定下來時,地球上的一天和一個月將和月球同步,大概都是如今的41天(地球日)左右。



科普大世界


月球在剛形成的時候它的自傳週期和公轉週期並不相同,但是由於受到地球的潮汐力作用,月球內部產生摩擦力,自轉的動能轉化為內能直到自轉週期和公轉週期同步,內部的摩擦力才會消失,這樣的現象被稱為潮汐鎖定,在太陽系內是很常見的現象。當然系外條件滿足也會發生。


天體的運動主要是因為萬有引力的存在,不嚴謹的說是月球繞著地球轉。計算萬有引力一般都把兩個天體的質量聚集在質心,但實際情況是天體內部不同點受到的引力大小是不同的。兩個天體距離達到極限(洛夕極限),小的天體就會被撕碎變成另外一個天體的環。

地球對月球的潮汐力,使月球在地月連線方向上拉長變橢,這種被稱為潮汐隆起,由於月球自轉較快的時候,潮汐隆起也有周期變化的趨勢,但是變化的速度是小於自轉的。在潮汐隆起的拖動下,自轉速度逐漸減下,當自轉週期和公轉週期同步,達到動態的平衡。


這種兩個天體潮汐力相互影響的現象很常見:

太陽與水星的軌道共振;

月球被地球潮汐鎖定;

火星的兩顆衛星被潮汐鎖定;

木星的眾多衛星中的八顆被潮汐鎖定;

土星眾多衛星中的十五顆被潮汐鎖定;

天王星的五顆衛星被潮汐鎖定;

海王星的兩顆衛星被潮汐鎖定;

冥王星和它的衛星卡戎相互鎖定;


以上就是我的簡單回答,這裡是科學黑洞,感謝你們的關注與支持!圖片來源網絡侵刪。


科學黑洞



在地球上無法看到月球背面,這是由於月球的自轉週期和公轉週期相同而導致的,也就是說月球在繞地球公轉一圈的同時自己也剛好自轉了一圈,從而導致在地球上永遠看不到月球的背面。

月球和地球的這種關係被稱為“潮汐鎖定”,這種現象廣泛發生在宇宙中,火星的兩顆衛星和火星也是潮汐鎖定狀態,冥王星和卡戎也是潮汐鎖定狀態,甚至在75億年之後地球也會被太陽潮汐鎖定,到時間地球就會像現在的月球一樣永遠都只有一面朝向太陽。不過我們並不用擔心,因為太陽在50億年後就會膨脹成紅巨星,也就是說50億年後地球就會被太陽吞噬,地球是是撐不到潮汐鎖定那一天的。


潮汐鎖定對兩顆星球都有影響,我們的地球自轉的速度也會被潮汐鎖定慢慢拉長,理論上只要時間足夠,那麼地球就會停止自轉。

潮汐鎖定發生的原因和引力脫不了干係,因為地球和月球本身的引力都十分巨大,從而都收到啦雙方的引力拉扯,地球因此產生了潮汐,而月球內部也被地球的引力所拉扯,並且由於地球的引力遠大於月球,導致月球的自轉速度減慢,最終潮汐鎖定。

太陽系內的天然衛星基本都和行星存在著潮汐鎖定關係,其中木星潮汐鎖定了8顆衛星,土星則潮汐鎖定了20餘顆衛星。


宇宙探索未解之迷


這種現象稱之為"潮汐鎖定"。任何在自由場裡運動的物體都會被引力場產生潮汐,在指向和背向另一個引力體的方向出現隆起,且隆起的位置變化始終在另一引力體和自身連線上,所以隆起的繞轉週期也等於公轉週期,如果天體有和公轉週期不一樣的自轉週期,這兩個隆起的運動週期就會和自轉週期不一致,於是就會和天體產生摩擦,如果自轉快於公轉,它就起加速作用,最終使得自轉週期和公轉週期產生一致。

還有一個就是引力體的引力越大,自身的自轉週期和公轉週期終一所用的時間就會越短。因為地球對月球的引力大於月球對地球的引力,所以月球已經被地球鎖定了,但地球還未被月球鎖定,還在被鎖定的過程中,地球自轉速度越來越慢!

綜上所述,潮汐鎖定發生重力梯度使天體永遠以同一面對著另一個天體;例如,月球永遠同一面朝著地球。潮汐鎖定的天體繞自身的軸旋轉一圈要花上繞著同伴公轉一圈相同的時間。這種同伴自轉導致一個半球固定不變的朝向夥伴!


張文禪


月球剛形成時肯定自轉和公轉速度不一樣,由於月球一面離地球遠,一面離地球近,被地球引力拉成梨形,在自轉的過程中月球不斷變形,旋轉勢能不停地被消耗,最終,月球變成一面朝向地球的鐘擺形運動,幅度越來越小,到今天,鐘擺形轉運動還是存在,但已經不容易觀測到了。


造父之錘


這種現象叫做“潮汐鎖定”。任何在引力場裡自由運動的物體都會被引力場產生潮汐,在指向和背向另一個引力體的方向出現兩個隆起,且隆起的位置變化始終指向另一個引力體所在的位置。在公轉時,這兩個隆起將始終在另一引力體和自身的連線上,所以隆起的繞轉週期也等於公轉週期。如果天體有和公轉週期不一樣的自轉週期,這兩個隆起的運動週期就會和自轉週期不一致,於是就會對天體產生摩擦,如果自轉快於公轉,它就起減速作用,如果公轉快於自轉,它就起加速作用,最終使得自轉週期和公轉週期一致。


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