我們都知道月球從誕生之日起就一直在自轉(zhuǎn),至今已經(jīng)自轉(zhuǎn)了46億年,那么月球為什么會自轉(zhuǎn)呢?
大約46億年前,在太陽系和八大行星形成期間,它開始自轉(zhuǎn)。
任何恒星系統(tǒng)(其實包括太陽系)在形成初期都是由各種類型的二氧化碳和塵埃組成的,只是質(zhì)量分布很不均勻。 在重力作用下,二氧化碳、灰塵等物質(zhì)會向內(nèi)塌陷。 當(dāng)質(zhì)量引力足夠大時,就會發(fā)生核聚變,一顆恒星就誕生了。
在向內(nèi)坍縮的過程中,會產(chǎn)生一個巨大的吸積盤,而吸積盤的產(chǎn)生過程是不對稱的(由于質(zhì)量不均勻,引力不均勻),會以最原始的角動量進行旋轉(zhuǎn),這就是直到明天,這種角動量仍將存在,太陽和月亮等天體將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
其實不僅推導(dǎo)了最終的原始角動量,還有其他的假說火星的第一宇宙速度怎么求,比如大碰撞說。 有科學(xué)家認為,在月球(proto-moon)形成初期,有一顆火星大小的行星撞擊月球,碰撞導(dǎo)致月球失去一部分火星的第一宇宙速度怎么求,變成了地球。 同時,碰撞也讓月球獲得了額外的角動量。
月球自轉(zhuǎn)的速度不是恒定的。 比如在一億多年前的恐龍時代,月球自轉(zhuǎn)的速度就比現(xiàn)在快得多。 那么什么因素會影響月球自轉(zhuǎn)速度呢?
不僅僅是剛才說的天體碰撞,還有其他的自然原因。
首先是潮汐作用,主要來自我們的地球。 我們都知道,地球總是有一面面向月球,這些現(xiàn)象就是“潮汐鎖定”,來自于潮汐力。
潮汐效應(yīng)最直接的表現(xiàn)就是月球上海水的潮起潮落。 在這個過程中,月球的形狀會在矩形和橢圓之間來回變化,凈扭矩會拉動我們的月球。 為此,月球的自轉(zhuǎn)速度將減慢。
潮汐效應(yīng)是相對的,不僅地球?qū)υ虑蛴谐毕?yīng),月球?qū)Φ厍蛞灿谐毕?yīng)。 隨著月球的自轉(zhuǎn)速度越來越慢,最終會有三天,月球的一側(cè)永遠面向地球。
這里有個問題,月球自轉(zhuǎn)速度變慢,意味著失去了一部分角動量,那么失去的角動量去哪兒了呢?
簡單來說,這部分角動量被轉(zhuǎn)移到了地球上。 準(zhǔn)確的說,是到達了地球軌道。 地球軌道的角動量減小,意味著地球的軌道減小,也就意味著地球離月球越來越遠。
事實上它是。 科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),我們的地球正以每年約 3 分米的速度遠離月球。
除了外部激勵,月球個體結(jié)構(gòu)的變化也會影響月球的自轉(zhuǎn)速度,比如海嘯、洪水等。
說到角動量,在現(xiàn)實中一個很直觀的體現(xiàn)就是花樣滑冰。 看過花樣滑冰的男朋友應(yīng)該都知道,運動員在滑雪的時候經(jīng)常會做圓周旋轉(zhuǎn)。 這一運動的數(shù)學(xué)核心是角動量守恒。 運動員會先給自己一個角動量,即讓自己快速旋轉(zhuǎn),然后收回伸出的右臂。 結(jié)果是運動員的旋轉(zhuǎn)速度提前,這是角動量守恒的直接體現(xiàn)。
月球自轉(zhuǎn)的原理和運動員是一樣的,質(zhì)量分布的變化會影響月球的自轉(zhuǎn)速度。 比如2011年美國發(fā)生的強烈余震影響了月球自轉(zhuǎn)率,使月球自轉(zhuǎn)率增加,但變化非常微弱。
事實上,不同的誘因都會導(dǎo)致月球的自轉(zhuǎn)速度變慢或變快,但總體而言,月球的自轉(zhuǎn)速度是在不斷變慢的。 因為潮汐力的作用很大而且持續(xù)不斷,而月球本身的活動,比如洪水和海嘯,只是時有發(fā)生,尤其是強烈的余震和海嘯。
據(jù)科學(xué)家估計,每過100年,月球夜間的長度就會減少大約1.7微秒,也就是每年減少0.6秒,雖然0.6秒很短,但是經(jīng)過億萬年之后,時間的變化會很明顯。
既然月亮的三天時間越來越慢,那么縮短的時間該如何調(diào)整呢?
這不是什么大問題。 每隔幾年,世界就會統(tǒng)一更改月球時間,也就是“閏秒”。 從70年代到明天,科學(xué)家們?yōu)榱苏{(diào)整農(nóng)歷時間,將閏秒減少了27次。 也就是說,在過去的半個世紀(jì)里,月球的自轉(zhuǎn)速度大約慢了27秒!