为什么月亮总是一面朝着地球？
2024-11-19 阅读 26
这是因为地球的引力对月球产生了潮汐锁定的效应。潮汐锁定是指由于地球引力对月球的作用，使得月球的自转周期与公转周期相同，导致月球总是以同一面朝向地球。这意味着我们只能看到月球的一面，而另一面始终朝向太空。
更新于 2024年11月21日
为什么在地球上只能看月亮正面。而看不到月亮背面呢？www.zhihu.com/question/418359864?utm_psn=1841601129240199169
月球是距离地球最近的星球，也是地球夜空中最明亮、也最容易观察到的天体。有意思的是，因为月球一直都以相同的一面朝向地球，所以对于我们这些生活在地球上的人类而言，就始终只能观察到月球固定的一面。
我们通常会将月球朝向地球的一面称为月球的正面，而将另一面称为月球的背面，按照这样的定义，在地球上的我们就始终看不到月球的背面。那么问题就来了，为什么会出现这样的现象呢？这到底是巧合还是另有隐情？
宇宙中确实存在着很多巧合，别的不说，就说我们人类的出现，其实就是大量的巧合的叠加效果。然而“月球一直以相同的一面朝向地球”这种现象却不能算是巧合，而应该算是“另有隐情”，不过所谓的“隐情”并没有想象中的那么神秘，这其实就是一种被称为“潮汐锁定”的现象，下面我们就来具体了解一下。
首先我们需要了解一下宇宙中的众多星球为什么都是类似球体的形状，简单来讲就是，这是星球自身引力的作用，由于引力可以无限叠加，因此当一个天体的质量达到一定程度的时候，其自身的引力就会强大到使星球的物质在整体上表现为一种类似流体的状态。
在理想情况下，当构成星球的物质达到流体静力平衡时，星球的形状会成为一个完美的球体，但实际上，这样的情况并不会发生，因为宇宙中会存在各式各样的因素来影响星球的形状，月球当然也不例外。
在月球围绕地球公转的过程中，月球会受到地球引力的影响，另一方面来讲，由于月球自身的惯性，月球还会具备一个远离地月系统质心的运动趋势，我们可以将其称为“离心力”，其方向与地球引力的方向正好相反，也就是说，当地球引力和“离心力”达到平衡时，月球就可以稳定地围绕着地球公转。
（需要注意的是，“离心力”是一种为了方便讨论而引入的虚拟力，它其实是物体惯性的一种体现，请大家注意区分）
根据与地球的距离的不同，月球不同部位所受到的地球引力和“离心力”就会存在着一定的差异，具体表现为距离地球越近，地球引力就越大，而“离心力”则越小，反之亦然。
由于月球的体积足够大，因此在月球上相距较远的部位，其受到的地球引力和“离心力”就会存在着明显的差异，而月球距离地球最近的部位，受到的地球引力最大，而距离地球最远的部位，受到的“离心力”最大。
这种情况就会影响到月球的流体静力平衡，于是在月球的“正对着地球的一面”和“背对着地球的一面”都会出现轻微地隆起，这种现象也被称为“潮汐隆起”，我们可以简单地将其理解为，月球的形状被拉成了一个椭球体。
A代表地球，B代表月球，月球在位置1的时候，它被拉成了一个椭球体（注：实际情况没这么夸张），假设月球的自转速度比公转速度更快，那么当月球公转到位置2的时候，其在位置1形成的“潮汐隆起”部位就会偏离原来的位置。
由于“潮汐隆起”需要一定的时间才能恢复，因此月球在位置1形成的“潮汐隆起”的两端就会存在一对大小相等、方向相反、但不在一条直线上的平行力，其中的一个为地球的引力，另一个则是“离心力”，这其实就可以认为是一对力偶。
我们都知道，力偶是可以让物体产生转动效应的，所以月球就会因此而具备向其自转方向相反的方向转动的趋势，而这就会降低月球原本的自转速度。反过来讲，如果月球的自转速度比公转速度更慢，那么当月球公转到位置2的时候，月球的自转速度就会增加。
可以看到，在上述机制的作用下，只要时间足够长，月球的自转和公转最终就会同步，也就是月球每围绕地球公转一圈，它就刚好完成一次自转，而这种现象就是所谓的“潮汐锁定”。
根据科学家的估算，月球诞生于大约45亿年前，据此我们完全可以想象，就算在月球诞生之初，其自转和公转是不同步的，那在经历了如此长的时间之后，月球应该早已被地球“潮汐锁定”了，而实际情况也确实如此。
月亮总是以同一面朝向地球，最核心的原因在于“潮汐锁定”现象。这种现象源自月球和地球之间的引力相互作用。简而言之，地球和月球之间的引力相互作用导致了月亮在自转和公转上的逐渐同步。
月球的引力对地球产生潮汐力，使地球的海水出现周期性涨落，而地球的引力同样作用于月球，导致月球产生潮汐膨胀。最初，月球的自转周期并不与公转周期一致，但潮汐力逐渐让月球的自转速度逐渐减慢，直到它的自转周期与公转周期达到了同步状态。这意味着月球绕地球一圈所需的时间与月球自身自转一圈的时间完全一致，因此月球的“背面”永远不会被地球观察到。
这一过程在数十亿年中逐步完成，也就是月球的“潮汐锁定”。这种锁定效应极为稳定，尽管它的形成是由于月球与地球之间的潮汐摩擦，但一旦建立，便会保持很长时间。
要理解月亮为何始终如此“忠诚”地朝向地球，还需回溯其形成过程。大约45亿年前，月亮是在一颗与地球相撞的天体碎片中形成的。这一撞击导致了大量物质进入地球轨道，最终形成了月亮。
