千百年來只一面對著地球 誰給月球自轉(zhuǎn)踩了剎車？

最老生常談的是潮汐力

要解釋月球自轉(zhuǎn)變慢，潮汐力是最容易想到的一個因素。

說起潮汐力，很多人會想到地球表面的潮汐現(xiàn)象。沒錯，潮汐現(xiàn)象的幕后推手就是潮汐力。

地球和月球之間是相互繞轉(zhuǎn)的，且相互施加萬有引力。它們彼此都會給對方施加潮汐力。地球上的潮汐現(xiàn)象，就與月球?qū)Φ厍虻囊τ嘘P(guān)。

住在海邊的人，會發(fā)現(xiàn)海水一天有兩次漲潮和落潮。一次是月亮在地球背面的時候，另一次是月亮在頭頂?shù)臅r候。

周禮勇解釋說，這是因為地球正對著月亮的那面，感受到的月球引力較強；背對著月亮的那面，感受到的月球引力較弱。引力的方向都朝著月球。而地球在繞月球轉(zhuǎn)時，無論哪個點的離心力都是一樣的。離心力的方向與月球施加于地球的引力方向相反。

如此一來，地球上背對月球的那一面，受到的月球引力稍小于離心力，而面對月球的那一面月球引力稍大于離心力，最終的等效結(jié)果就是這兩面都感受到一個離開地心方向的力。所以地球兩側(cè)的海水就漲起來了。

“月球在繞地球轉(zhuǎn)時，同樣也會感受到地球帶來的潮汐力?！敝芏Y勇說，地球潮汐力的作用，是讓月球正對和背對地球的面都鼓起來，也就是讓月球變扁了。

盡管月球上沒有海水，月殼、月幔和月核卻依然可以感受到潮汐力，并在月球內(nèi)部形成一種不斷涌動的固體潮。這種固體潮導(dǎo)致月球幔層之間不斷摩擦，轉(zhuǎn)變?yōu)樵職?nèi)部的熱能。這在幾十億年的時間內(nèi)，可以耗散月球的部分動能。

力矩才是直接剎車機(jī)制

不過，中科院國家天文臺研究員平勁松的研究發(fā)現(xiàn)，潮汐力帶來的摩擦耗散可能是有限的。

幾年前，平勁松曾和同事發(fā)表一項關(guān)于月球的研究。他們發(fā)現(xiàn)，月核與月幔之間的流體屬于超低黏性層，這意味著潮汐力所引發(fā)的月核與月幔之間的摩擦力很小，不至于耗散月球太多動能。

“關(guān)鍵在于潮汐作用引起的摩擦作用發(fā)生在月球內(nèi)部，這種過程只能間接導(dǎo)致月球自轉(zhuǎn)變慢，而不能直接給月球自轉(zhuǎn)踩剎車。”周禮勇說。

兩位接受科技日報記者采訪的天文學(xué)者都認(rèn)為，最直接的剎車機(jī)制其實是地球與月球之間的力矩作用。

在潮汐作用之下變扁了的月球，依然要在繞著地球公轉(zhuǎn)的同時自轉(zhuǎn)。周禮勇解釋說，可以想象月球鼓起來的兩側(cè)，就像兩只突起來的“耳朵”，兩只“耳朵”的連線本應(yīng)該指著地心方向。但是由于月球要自轉(zhuǎn)，這兩只“耳朵”的連線實際上會有一點點偏移，不再指著地心。

這個時候，來自地球的潮汐力會對月球上突起來的兩只“耳朵”都產(chǎn)生一個力矩，把兩只“耳朵”往回拽，跟月球自轉(zhuǎn)的方向正好相反。拽著拽著，月球的自轉(zhuǎn)速度也就逐漸減慢了。

平勁松用一個簡單的小實驗解釋地球與月球之間的力矩作用。

在一個轉(zhuǎn)盤中心固定一塊磁鐵，代表地球。在轉(zhuǎn)盤的邊緣固定一個指南針，代表月球。彈動指南針，讓指針快速旋轉(zhuǎn)，代表月球自轉(zhuǎn)。然后迅速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤。你會發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的過程中，原本快速旋轉(zhuǎn)的指針會慢慢停下來，最終指向轉(zhuǎn)盤中心的磁鐵。

讓指針停下來的，正是力矩的作用。月球自轉(zhuǎn)減慢的原理與此類似。