沒想到你是這樣的『兩面派』| 線上科學日

你抬頭望過月亮嗎？

晴朗的夜空

總會有一輪明月高懸

在一個沒有雲霧的遮擋的夜晚

空氣質量又十分給力的情況下

我們甚至可以看到

月球表面的一些細節特徵

不過如果我告訴你

上面這張圖在地球上是拍不出來的

你相信嗎？

事實上

無論是新月還是滿月

無論你在地球上的哪個位置

你永遠只能觀察到月球的一半

換句話說

月球在圍繞地球公轉的過程中

朝向地球的一面始終是固定不變的

我們在地球上看不到月球的另一面

是不是非常的不可思議？

沒想到月球竟然是這樣的「兩面派」

在解釋「兩面派」這個問題之前

我們不妨先插入一個題外話

月亮究竟有多大？

從地球上看上去

月亮似乎真的很小

更何況它只是地球的衛星

還能大到哪兒去？

然而令人驚訝的是

月球的表面積與

歐洲、中國、美國、巴西、南非

這五個地區的面積之和差不多

儘管月球的質量只有地球的1/80

但是它的直徑卻接近地球的1/3

這樣的直徑比在整個太陽系的

衛星和行星中排名第一

這或許也是一條關於月球的「冷知識」

單論體積

月球在太陽系的眾多衛星中

也可以排到第五的位置

它的直徑比我們熟悉的冥王星

還要大上約50%

不過由於地月間的平均距離

有380000km

因此月亮看上去沒那麼大

回到我們今天的正題

為什麼月球在繞地球公轉時

朝向地球的一面始終不變？

為什麼月球自轉和公轉的周期

就那麼巧合的分秒不差？

要知道

如果月球沒有自轉

那麼每公轉一周我們就能

360°地看到月球表面一次

如果月球自轉速度翻一倍

看到月球全部表面的時間會更短

可是月球自轉的周期就是那麼傲嬌

不早不晚剛剛好

以至於甚至會被說是「神的旨意」

不過不巧地是

月球並非是一個特例

太陽系中絕大多數的衛星

在繞其行星公轉時

朝向行星的一面都是固定的

在這背後顯然有著共同的原因

根據目前對月球形成原因的研究

我們認為月球誕生於

一次巨大的小行星撞擊

誕生之初

它自轉和公轉的周期是不同步的

由於萬有引力的作用

靠近地球的一側受到的引力更大

因此月球會被拉成一個「橢球形」

地月連線的方向上會被拉長

當然沒有圖上畫的那麼誇張啦

不過實際效果的確如此

隨著月球的自轉和公轉

「橢球形」的指向會變

不再朝著地月連線的方向

不過在萬有引力的作用下

無論月球自轉的速度

是要比公轉快還是慢

萬有引力總能把它給「掰回來」

於是經過大約1000年的「調教」

月球自轉和公轉的周期總算是同步了

朝向地球的那一面也就固定了

不過隨著天文觀測技術的升級

人們發現所謂的「固定」

其實還是有一定的偏差

一方面這是由於

月球公轉的軌道並非正圓

另一方面則是要考慮

月球自轉軸與公轉平面的的夾角

也並非完美的90°

但即便是這樣

我們在地球上

也只能觀測到月球表面的59%

剩下的41%則是

靠人造繞月衛星的發射才看到的

看到這裡

相信聰明的你一定產生疑問

按照同樣的邏輯

地球上為什麼還會有白天和黑夜

地球自轉和公轉的周期為什麼不同步

事實上

地球自轉的速度一直是在減慢的

未來會有那麼一天

地球自轉和公轉的周期同步

在很多很多的天體系統中

也都會產生類似的現象

天體物理上把它稱作「潮汐鎖定」

只不過由於日地距離太遠

萬有引力的效果還沒有那麼顯著

因此人們在日常生活中很難察覺到

如果要問地球何時會被太陽潮汐鎖定

由於相關的計算過於複雜

現在科學界還沒有一個定論

但可以肯定是

這個時間一定會很長很長

甚至可能會超過太陽的壽命

素材來源：https://youtu.be/6jUpX7J7ySo