你知道吗?月亮正在远离地球

2019-03-06作者:张天蓉编辑:茹鑫

月地系统中的引力潮汐作用还有另一个效果:月亮和地球将会相距越来越远,或者说,月亮正在逐渐远离地球。这个现象与地球的自转周期及月球的公转周期有关系。


地球自转周期大约为一天,月亮公转的速度就小多了,大约一个月才绕一圈。因为潮汐力,地球的海面沿着地月连线方向鼓起来。如前所述,地球自转超前月球公转,地球将这个“潮汐隆起”带到与地月连线偏离一个角度的位置,见图6-3(b)中的地球周围情况。这时候有两种力在互相抗衡:海水与地表的摩擦力企图使“隆起”紧跟上地球自转的步伐,而月球对地球的引力却仍然沿着原来“隆起”的方向。因为两者速度的不同,使得月球引力对地球自转有一种“拖曳”的作用,摩擦力发热产生耗散,结果使地球自转的能量和角动量减少。从角动量守恒的角度看,地月系统的总角动量是守恒的,地球自转角动量的减少将使月球的轨道角动量增加。


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图6-3 潮汐力影响月球地球的运动

(a)潮汐力影响月球自转;(b)潮汐摩擦力改变角动量


轨道角动量L=mvR,是月球质量m、轨道线速度v和轨道半径R的乘积。卫星绕行星运动的速度v与轨道半径R的平方根成反比,因此,轨道角动量便与R的平方根成正比。所以,月亮轨道角动量的增加意味着更大的R,也就是说,月亮轨道半径将越来越大。总之,潮汐力和潮汐摩擦的共同作用,使得地球自转越来越慢,同时将月亮越来越往外推。


当然,这种效应是非常微小的,以至于我们平时完全感觉不到。多微小呢?大约是每100年地球自转的周期(1天)将会变慢1.6ms。你当然不会在乎如此小的变化,不过,月球轨道的增加听起来给你的印象可能要深刻一点:每年增加3.8cm左右。并且,这个距离变化可以使用“阿波罗”宇航员安置在月球上的反射镜较为准确地测量出来。每年增加约4cm,100年就要增加4m左右。在大约5000年的中国历史中,这个距离已经增加近200m了。看来,前面说过的李白名句:“古人今人若流水,共看明月皆如此。”好像不那么正确啊。古人看到的月亮比当今的月亮更大,古人观察到的日全食,要比现在的遮挡得更完整。而多年后的“未来人类”,恐怕就只能看见日环食了。在6亿年之后,地球和月球的距离会增加23500km,从那时开始,即使月球在近地点,地球在远日点,也将会因为月球离地球太远而不再发生日全食。当然,月球实际轨道平均半径是3.84×105km,6亿年的改变为6%左右,仍然是个小数目。



以上内容来自清华社《揭秘太空:人类的航天梦》,更多精彩请阅读原书。



内容来源:书问

作者张天蓉
出版清华大学出版社
定价45元
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