我們?cè)诘厍蛏洗_實(shí)只能看到月球的一個(gè)面,另一面永遠(yuǎn)無法看到.
原因是月球自轉(zhuǎn)一周的時(shí)間與月球繞地球公轉(zhuǎn)一周的時(shí)間正好相等.這種結(jié)果,你可以拿一人足球來模擬地球,拿一個(gè)蘋果來模擬月球,進(jìn)行演示.你可以在蘋果的一面上做記號(hào),然后使蘋果上有記號(hào)的一面總是面向足球,并繞足球運(yùn)月球的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期一樣,都是27.32日,公轉(zhuǎn)了一周也自轉(zhuǎn)了一周,地球上的人只能看見月球的一面.造成這樣的原因是：在地球和月亮形成之初,月球的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期并不相同,由于地球引力的影響,會(huì)在月球上引起固體潮汐現(xiàn)象,慢慢消耗了相對(duì)于地球旋轉(zhuǎn)的能量,最終只能相對(duì)于地球平動(dòng)了.實(shí)際上,月球的引力在地球上造成了潮汐,也一直在減緩地球自轉(zhuǎn)的速度,很久以后,我們的一天將是25個(gè)小時(shí)以上.終有一天,我們?cè)谠虑蛏峡吹厍?也只能看到一面了.
行一圈,這時(shí),你將會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)蘋果繞著足球運(yùn)行一圈后回到原處時(shí),蘋果自身也剛好自轉(zhuǎn)了一圈
原因是這樣的,在地球引力的長(zhǎng)期作用下,月球的質(zhì)心已經(jīng)不在其幾何中心,而是在靠近地球的一邊,就這樣,它好像被地球鎖住了,造成它公轉(zhuǎn)周期以自轉(zhuǎn)周期嚴(yán)格相等.所以我們只能看到月球的一半.
在太陽系的各大行星中,只要有衛(wèi)星的行星,他們的衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期和自轉(zhuǎn)周期都相等,可見,這是一種普遍現(xiàn)象,并不是什么巧合.
地月之間的重力吸引成就了地球表面的潮汐現(xiàn)象.該力量在月球上產(chǎn)生的效果是潮汐鎖定:月球的自轉(zhuǎn)周期與圍繞地球的時(shí)間一樣長(zhǎng).這就導(dǎo)致在地球上總是只能看見月球的一面.
不對(duì)稱的引力交互作用也使月球自轉(zhuǎn)同步.比如,它的軌道位相始終相對(duì)固定,使得朝向地球的一面不變.由于地球的自轉(zhuǎn)因月球的影響而減緩,所以在很早以前,月球的自轉(zhuǎn)速度也因地球而減緩,不過在那時(shí)作用力要強(qiáng)烈得多.當(dāng)月球的自轉(zhuǎn)速度減緩到適合自己軌道周期時(shí)（這樣膨脹點(diǎn)就在地球正對(duì)點(diǎn)）,就沒有任何的多余扭力了,這樣月球的情形就穩(wěn)定了.這種情況也類似地發(fā)生在太陽系其他衛(wèi)星上.最終,地球的自轉(zhuǎn)也將慢到合適于月球周期,就像冥王星和冥衛(wèi)一的情況一樣.
月背之謎
月球是地球的唯一衛(wèi)星,由于月球繞軸自轉(zhuǎn)的周期與繞地球公轉(zhuǎn)的周期相同,都是27.3天,所以幾十億年來,它總是以同一面對(duì)著地球,人們只能看到月貌的59% ,它的背面形態(tài)如何就成為人類文明史上的千古啞謎.直到1959年10月,前蘇聯(lián)的“月球3 號(hào)”探測(cè)器拍得了月背的第一批照片,才使人類看到了月背的概貌.但是隨著觀測(cè)的深入,今天的月背之謎比過去更多,更復(fù)雜了.這主要是月背與月球正面的顯著差異,令人迷惑不解.
月球背面與正面的最大差異是它的大陸性.在總共30來個(gè)月球“海洋”、和“湖”、“沼”、“灣”等凹陷結(jié)構(gòu)中,90％以上都在正面,約占正半球面積的一半.月背上完整的“?！敝挥袃蓚€(gè),僅占背半球面積的不足10%,月背其余90％多的地方都是山地,山地的分布呈現(xiàn)出幾個(gè)巨大的同心圓結(jié)構(gòu),地形嚴(yán)重凹凸不平,起伏懸殊,這種地勢(shì)是正面所沒有的.
另一怪事是月球的最長(zhǎng)半徑和最短半徑都在月背.一般天文學(xué)書上說月球直徑3476千米或半徑1738千米,都是指平均值.實(shí)際上,月球半徑最大處比平均半徑長(zhǎng)4 千米,最小處比平均半徑短5 千米,而且都在月背.
月球正、背之差的又一表現(xiàn)是月瘤都集中在正面.月瘤也叫月質(zhì)量瘤,是月球表面重力比較大的地方,科學(xué)家們估計(jì),在這些地方的月面以下集中著比較多的高密度物質(zhì).此外,月球上還有些地方重力分布小于正常值.奇怪的是,月瘤所在的正異常區(qū)和重力偏小的反異常區(qū)都在正面,而且發(fā)現(xiàn)了多處,月背上卻一處也沒有.
為什么會(huì)造成月球正面與背面這些顯著的差異呢? 科學(xué)界有種種不同見解.有人認(rèn)為,當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)轉(zhuǎn)到太陽與月亮之間,月亮上便發(fā)生了日全食(在地球上卻是月全食),日全食會(huì)形成月正面巨大溫差,一次又一次溫度驟變?cè)斐闪苏趁娴牟顒e.有人認(rèn)為,是地球吸引月球而使月球發(fā)生像潮水漲落那樣的現(xiàn)象,即“固體潮”造成了正背面的差別.但這些解釋都不大令人信服.多數(shù)人認(rèn)為,應(yīng)該從月球自身的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)來說明月背之謎,但是今天還沒有一個(gè)好的說明.
人們發(fā)現(xiàn)月亮上的景色是不會(huì)變化的.而且總是以一面對(duì)著地球,仿佛有意不讓人看到它的背面一樣.因此有人認(rèn)為,月球是不會(huì)自轉(zhuǎn)的.可是人們最終知道,月球不僅可以進(jìn)行自轉(zhuǎn),而且它自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間與公轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間剛好一樣,這是一種復(fù)雜并且相當(dāng)有趣的運(yùn)動(dòng).
月球既繞地球公轉(zhuǎn)同時(shí),也自轉(zhuǎn),它旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)周期一定相同,同為27.3天,并且方向永遠(yuǎn)相同,結(jié)果總是一面朝向地球.因此,地球上的人永遠(yuǎn)只會(huì)看到月球的一面,卻看不到它的另一面.也有人說,這好象一群人手拉手然后圍著一個(gè)人跳舞,這時(shí)站在中央的人無論怎樣轉(zhuǎn)都不會(huì)看到跳舞人的后背.我們也能做個(gè)實(shí)驗(yàn)用來說明這種情況：我們?cè)诜恐虚g放把椅子代表地球,自己代表月球繞它走一圈后,你就會(huì)發(fā)現(xiàn)你的身體的一面始終是對(duì)著椅子,但是另一面總是背對(duì)著椅子.
細(xì)心的你可能早就知道,月球的一面總是朝向地球的,我們永
遠(yuǎn)無法在地球上看到月球的另外一面（嚴(yán)格的說,由于月球天平
動(dòng),我們至多可以看到59%的月面,而不是50%）.這一奇妙的現(xiàn)
象也被拿來當(dāng)作主張?jiān)虑蛑锌照f人們的證據(jù).他們認(rèn)為這是“造
月的‘人’讓月球永遠(yuǎn)以一面向著地球,用設(shè)在這一面的設(shè)備控
制地球.而他們則住在月球背面的內(nèi)部.他們制造飛碟做些研究
或修護(hù)儀器,并注意地球人的動(dòng)靜.”
果真如此嗎?月球永遠(yuǎn)只有一面朝像地球,也就是說,月球
繞地球公轉(zhuǎn)的周期和月球自轉(zhuǎn)的周期是（大致）相等的.聽起來
這確實(shí)是個(gè)不可思議的事實(shí),然而,科學(xué)告所我們,這個(gè)事實(shí)盡
管奇妙,卻可以解釋,并且在宇宙中并不少見.
回想一下剛才我們談?wù)摰某毕F(xiàn)象.起潮力把地球上的海水
“拉”成了橢球形,然而地球還在自轉(zhuǎn)——地球和海水之間就形
成了摩擦力.這種潮汐摩擦的結(jié)果是使地球自轉(zhuǎn)變慢.一種叫做
鸚鵡螺的化石可以讓人們了解到遠(yuǎn)古年代地球上一天的長(zhǎng)度.40
億年前,這個(gè)數(shù)字是8.2小時(shí),16億年前是16.6小時(shí).到了恐龍
繁盛的時(shí)代,一天的長(zhǎng)度已經(jīng)和現(xiàn)代差不多了.并且,現(xiàn)在一天
的長(zhǎng)度還在變長(zhǎng).潮汐作用是相互的,而且地球?qū)υ虑虻某毕?br/>用影響更大.盡管月球上沒有海洋,起潮力同樣會(huì)對(duì)月球產(chǎn)生這
種減慢月球自轉(zhuǎn)的影響.在地球的起潮力的作用下,月球終于變
成了一面永遠(yuǎn)對(duì)著地球.
事實(shí)上,對(duì)于所有行星的衛(wèi)星,長(zhǎng)期的趨勢(shì)必然是公轉(zhuǎn)和自
轉(zhuǎn)的周期相等.這并不是什么人造的“巧合”,而是萬有引力作
用下的行星—衛(wèi)星的雙人舞.對(duì)于地月系,地球的自轉(zhuǎn)將繼續(xù)減
慢,月球則不斷遠(yuǎn)離地球,直到達(dá)到一種平衡狀態(tài),并將永遠(yuǎn)保
持下去.我們或許可以稱之為地球和月球的華爾茲.
月球不是中空的,那么它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?月球不是外
星人的宇宙飛船,那么它來自何方?我們需要承認(rèn),這是兩個(gè)相
當(dāng)困難的問題.然而經(jīng)過科學(xué)家的努力,我們還是知道了關(guān)于月
球的一些秘密.
首先是月球內(nèi)部的結(jié)構(gòu).地震是了解地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一把鑰
匙,甚至是科學(xué)家研究星球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的唯一方法,一個(gè)典型的商
業(yè)用途就是利用人工地震波尋找石油.這個(gè)方法也同樣適用于月
球.在阿波羅登月計(jì)劃中,科學(xué)家在月面安放了幾架地震儀.通
過地震儀就可以了解到月球內(nèi)部的結(jié)構(gòu).一個(gè)典型的月球內(nèi)部模
型如圖二所示.月球擁有一個(gè)大約65km厚的月殼,這要比地殼厚
的多,因此月震的震級(jí)也小的多.深層是1000km以上的月幔.至
于月核是怎樣的,現(xiàn)在還不太清楚.它有可能只是一個(gè)小的鐵核,
因?yàn)樵虑虻拇艌?chǎng)相當(dāng)微弱.
至于月球的起源,這是一個(gè)引人入勝的話題.迄今為止,人
們熟悉的月球起源學(xué)說總共有四種：同源說、俘獲說、分裂說和
沖撞說.前三種假說都有無法解釋的地方.例如月球很少含鐵,
這導(dǎo)致了同源說（地月共同形成）的矛盾.又如分裂說（月球是
從地球赤道上“甩”出去的）,則無法解釋月球軌道的傾角和分
離的初速度要求太高.沖撞說是20世紀(jì)70年代興起的一個(gè)假說,
現(xiàn)在已經(jīng)得到了大多數(shù)天文學(xué)家的認(rèn)同.它能夠很好的解釋月球
形成的過程.從地球上看，月球始終是將一個(gè)面朝向我們，這就說明月球的自傳和公轉(zhuǎn)的周期是相同的，而且是同向的。在月球的引力作用下，在地球上，朝向月球和別離月球的兩個(gè)地方會(huì)漲潮，我記得應(yīng)該是朝向月球一邊是大潮，另一邊是小潮。由于月球的公轉(zhuǎn)，每天月球出現(xiàn)的時(shí)間會(huì)比前一天提前一個(gè)小時(shí)左右，這就是為什么潮水漲落的時(shí)間每天都不同的原因。 不僅月球，在太陽系中自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星超過半數(shù)！這不可能是巧合。在地球引力的長(zhǎng)期作用下，月球的質(zhì)心已經(jīng)不在它的球心。而是在靠近地球的一邊。這樣在月球繞地球公轉(zhuǎn)的過程中。月球質(zhì)心永遠(yuǎn)朝向地球的一邊。就好像地球用一根繩子將月球綁住了一樣。太陽系的其他衛(wèi)星也存在這樣的情況，所以衛(wèi)星的自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期相等不是什么巧合。而是有著內(nèi)在的原因。 眾所周知，地球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期是不等的，前者為23時(shí)56分4秒（恒星日），后者為365日6時(shí)9分9.5秒，（恒星年），這意味著地球公轉(zhuǎn)一圈的同時(shí)還繞地軸旋轉(zhuǎn)了365圈多。與此不同的是，月球自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期則是完全相同的，即都是27.32166日（27日7時(shí)43分11秒），這個(gè)周期叫恒星月。兩個(gè)周期相同，說明月球公轉(zhuǎn)一圈的同時(shí)只自轉(zhuǎn)了一圈，這樣的結(jié)果是使月球總是以正面對(duì)著地球。 月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期為什么相同？天文學(xué)家認(rèn)為：這是地球?qū)υ虑虻奈λ鸬脑虑虮砻娉毕Σ磷饔玫谋厝唤Y(jié)果，而且這種情況早在幾十億年前當(dāng)月球還處在熔融狀態(tài)時(shí)就已經(jīng)發(fā)生了周期相等也就意味著角速度相等，那么它在相同時(shí)間自己轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的角度是相等的，如果這兩個(gè)的方向恰好一致，那么月球的正面和你所在的地球表面就是相對(duì)靜止的，當(dāng)然不能看到背面