月球正在遠離地球？

“阿波羅”號登月時，宇航員在月球表面安放了一面鏡子（測距儀）。此后，科學家從地球上向這面鏡子發射激光，并通過激光往返時間測算地月距離。結果顯示，月球每年遠離地球約3.8厘米。

月球遠離，“真兇”是誰？

1695年，埃德蒙·哈雷開始埋首于彗星軌道的研究。這是一件極端需要勤奮與耐心的工作，不光是因為驚人的計算量，還有從卷帙浩繁的故紙堆里一點點搜尋相關記載的水磨工夫。直到十年后哈雷才發表了關于那顆后來以他名字命名的彗星的計算，但在那之前，他先發現了一件看上去匪夷所思的事：

從歷史記錄中的日月食時間來看，月球的運行速度似乎發生了變化。

要是再退回去兩百年，恐怕根本不會有人相信月亮居然會有什么改變。幸好在哈雷那個時代，科學剛剛取得了一個偉大的勝利：《自然哲學的數學原理》出版，牛頓的萬有引力理論為人類提供了分析和認識宇宙的武器。如果沒有證據表明歷史記錄出了錯，那么記錄下來的事不管有多難以置信，都應該先認為它發生了。于是天文學家們摩拳擦掌地向這個謎團撲了上去：首先是計算出了月球運動的變化量，每一百年多移動了10角秒。10角秒是多大的距離？它僅僅是1度的1/360。這樣的變化真是太微乎其微了，難怪直到17世紀末才被察覺。天文學家由此計算了月球的軌道，這個發現意味著它正在遠離我們。沒人對此感到恐慌，牛頓已經告訴了大家，引力揮舞著控制整個太陽系乃至整個宇宙的指揮棒，一定有什么東西的引力影響著月球，只需要找出它是誰。太陽是第一個“嫌犯”：它的質量最大，引力作用想必也最大。其次是金星，它是離地球最近的行星。不過接下來的計算就讓天文學家們有些挫敗：太陽的影響——專門術語叫“攝動”——頂多只能解釋月球運動變化量的一半，而金星的攝動完全可以忽略不計。至于火星，比金星更小又更遠，那就更不能指望了。

解釋這個現象的最終可能落在了地球身上。在哈雷發現月球變化的一個半世紀之后，人們確定了導致月球遠離地球的“真兇”：那就是地球自己。

地月相吸，為何越來越遠？

假如地球和月球都像高中物理習題集的描述那樣只是一個質點，那地球的引力是絕不可能反而把月球推走的。但它們在真實世界中不但是個巨大的球，而且是個會變形的巨大的球。要是你曾經在皓月當空的夜晚在海邊漫步，就會對這種變形有著深刻的感受。同一個地點的海面每天會經歷兩次高潮——月球吸引著包裹在地球表面的海水，形成一個橢球形的“水球”，水球的長軸方向從地球指向月球。長軸方向的海面在一天中達到最高，這是“潮”；短軸方向的海面在一天中最低，這是“汐”。

潮和汐的產生，是因為地球表面不同的地方受到不同大小的月球引力，所以物理學上用“潮汐力”來稱呼由于引力差異而產生的力。地球在月球的影響下產生潮汐，月球雖然表面沒有海洋，也照樣會在地球的影響下產生非常微小的拉伸變形，不妨把這看作是固體的“潮汐”。

現在你退到海岸的高處，海面不斷升高，浸濕了沙灘。別忘了，與此同時地球在自轉，而月球在繞著地球公轉。地球自轉比月球公轉快得多，所以海面的最高點根本來不及恢復原狀，馬上就會被地球的自轉帶到月球的前方：瞧，月亮不是漸漸偏西了嗎？這一大團凸出的海水可以近似地和月球單獨“結算”引力，前方的海水和落在它身后的月球互相拉扯。先進帶動后進的結果是月球在軌道上獲得了加速度，來自地球的引力不能讓它安分待在原來的軌道上，于是月球竄到了能量更高、離地球更遠的軌道，這就是“潮汐加速”。而地球呢？原本好好的自轉著，卻被一團向后的海水拖了后腿，自轉的速度不得不稍微放慢一點。這樣的情況每時每刻都在地球的海面上發生，日積月累，后果終于變得不可忽略。

要是你覺得地球的變化似乎很難有切身體會的話——過去 10萬年累積下來，地球的自轉周期一共變慢了1.5 秒，這確實對我們的生活沒啥影響。那么我們不妨抬頭看看月球，月球并不是天生這樣癡心一片朝向我們的，它當初也有自轉，只是它的質量比地球小，自轉已經被來自地球的潮汐力“消滅”了。月球表面的固體潮最后被牢牢地鎖定在正對地球的方向，永遠只能用同一面朝向地球，這就是“潮汐鎖定”。

質量較小的月球已經被鎖定了，質量較大的地球也正前進在被鎖定的路上。月球在潮汐的幫助下，不斷地“偷走”地球自轉的能量，一直要到地球的海潮也被鎖定在正對月球的方向，潮汐的這種“吃里爬外”的行為才會結束，科學家估計這需要好幾十億年的時間。到那個時候，潮起潮落和月升月落將變成遠古的歷史名詞，歷法也必將面目全非：一天和一個月長度相等，都是現在一天（24 小時）長度的47倍，一年只有不到 8天。我們太陽系的近鄰里就有這么一對兒榜樣：冥王星和它的衛星冥衛一。這兩個天體的質量差異更小、彼此距離更近，早早地就達到了彼此的潮汐鎖定，面對面地繞著共同質心旋轉，仿佛跳著默契的雙人華爾茲一般。天體質量差別太大的系統就不太“公平”了，小天體不但被單方面“鎖定”，還要被大天體的潮汐力捏圓再捏扁，甚至可以把它捏出噴泉來，比如木星和土星的某些衛星的遭遇。

（作者：果殼網流言百科）

發表于 2014-02-16 00:00
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