由于月球的萬有引力,它會更強(qiáng)烈地拉著地球的某一部分向自己靠近,造成地球上海洋潮汐隆起。由于地球自轉(zhuǎn)速度比月球快得多,這一隆起比月球更早發(fā)生。由于一系列物理現(xiàn)象,月球被推到一個(gè)離地球更遠(yuǎn)的軌道上。
圖解: 月球繞行地球的軌道大小和距離的比例。圖片中一個(gè)畫素寬度對應(yīng)至實(shí)際上500公里的距離
很容易認(rèn)為月亮的存在是理所當(dāng)然的,這是相當(dāng)危險(xiǎn)的。太陽也是。然而,當(dāng)月亮不再永遠(yuǎn)掛于天空,地球上的生活將和現(xiàn)在截然不同,對我們?nèi)祟悂碚f也不是好事。
圖解: 月球在近地點(diǎn)和遠(yuǎn)地點(diǎn)的大小比較。
然而,我們唯一的天然衛(wèi)星—月球—事實(shí)上正在離地球越來越遠(yuǎn)。它的運(yùn)行軌道每年都在變大。
潮汐力的影響
月球已經(jīng)圍繞地球旋轉(zhuǎn)45億年了,由于地球的質(zhì)量更大,相對的,它給月亮的引力遠(yuǎn)大于月亮給它的。這意味著地球一直相對強(qiáng)烈地拽著月亮靠近自己。這就造成了潮汐力和海洋上對應(yīng)的潮汐。
圖解: MRO從火星軌道上拍攝的月球和地球。目前,地球的自轉(zhuǎn)和一天的長度因?yàn)樵虑颍ㄙ|(zhì)量是地球的1/81)的存在,每百年延長約2毫秒。
地球面向月球的那一面,地月之間萬有引力更強(qiáng)。而且,在離地球最近(有最短距離)的地方,引力也最強(qiáng)。
如上圖,地球中部(赤道區(qū))比地球底部和頂部(南北極)離月亮更近。因此,月亮拉地球赤道區(qū)的力量更強(qiáng),刺激了此地區(qū)海洋的漲潮,也造成了地球中部地區(qū)(赤道區(qū))的突起。這被稱作是潮汐隆起,也叫作赤道隆起。
圖解: 地-月系統(tǒng)的圖顯示潮汐隆起如何被地球的自轉(zhuǎn)推進(jìn)。月球?qū)@個(gè)隆起偏移量施加的凈力矩,造成地球自轉(zhuǎn)速度的減緩。
這就是海洋潮汐如何運(yùn)作,取決于地球與月球之間的相對位置。它清楚地解釋了當(dāng)離月亮最近時(shí)海洋會經(jīng)歷漲潮。
為了得到對這一現(xiàn)象更形象的表示:下面的圖片它講述了太陽、地球和月亮之間引力相互作用如何造成地球上的潮漲。
潮汐力的影響取決于涉及到事物雙方。就像地球出現(xiàn)月球重力引起的隆起(注意,隆起的結(jié)果是地球的固體部分出現(xiàn)了僅僅幾厘米的變性),月球也同樣在離地球最近時(shí)出現(xiàn)隆起。
地球和月球的自轉(zhuǎn)
月亮的漸行漸遠(yuǎn)也與地球和月球的自轉(zhuǎn)有關(guān)。你看地球自轉(zhuǎn)相當(dāng)快(更準(zhǔn)確的說是有一個(gè)很高的自轉(zhuǎn)速度)。它繞地軸旋轉(zhuǎn)一周只需24小時(shí);另一方面,月球繞軸一周需要27.3天。顯然,對它們各自的自轉(zhuǎn)速度來說,月球要遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于地球。下面這幅動圖描繪了地球和月球不同的自轉(zhuǎn)速度。
圖解:地球和月球自轉(zhuǎn)速度的比較(注意:這幅圖并未展示月球不停繞地球公轉(zhuǎn),同樣,距離和大小并不匹配。)
由于在速度上有很大的差異,地球的潮汐隆起試圖將月球拉向離地球更近的軌道并且速度有所加快(略微增加)。正如每一事物都具有兩面性,月亮在地球的潮汐隆起處會遠(yuǎn)離地球,造成地球自轉(zhuǎn)速度加快。
圖解: 月球與太陽引力如何影響地球潮汐
地球自轉(zhuǎn)速度加快導(dǎo)致角動量(自轉(zhuǎn)能量)減少,然后其通過潮汐力傳遞到月球的運(yùn)行軌道上,使軌道半徑逐年增加。
這一切的結(jié)果都是月亮繞地球的運(yùn)行半徑以每年3.8厘米(1.49英寸)的速度增加。換句話說,月亮每年都比前一年遠(yuǎn)離地球3.8厘米。
圖解: 如果自轉(zhuǎn)的頻率大于軌道 (公轉(zhuǎn))頻率,抵制的小扭矩將會浮現(xiàn),最終達(dá)成頻率鎖定(綠色描述的情況)。
同樣,地球的自轉(zhuǎn)速度也會有所下降,在距今100年后,地球上每一天將比現(xiàn)在長2毫秒。
總而言之,月亮的確正離我們越來越遠(yuǎn),但它進(jìn)行的相當(dāng)慢。因此我們完全不用擔(dān)心沒有月亮的夜晚。
圖解: 由于潮汐鎖定,在中央天體的居民永遠(yuǎn)看不見標(biāo)示綠色的一面。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. scienceabc-白色衣衫
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1.WJ百科全書
2.天文學(xué)名詞
3.原文來自:https://www.scienceabc.com/nature/universe/why-is-the-moon-moving-away-from-earth.html
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