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月亮为什么一面总是向着地球?
[楼主] 作者:李子丰  发表时间:2014/11/18 11:50
点击:621次

按照此文的说法,所有星球最终都一面向中心恒星。 

月亮为什么一面总是向着地球 精选>

已有 7072 次阅读 2014-11-17 13:42 |个人分类:科普>|系统分类:科普集锦>|关键词:潮汐 引潮力 月球

随着潮汐研究的深入,人们发现不仅海水有涨落潮汐。作为地球主要构成的岩石固体也会由于引潮力发生变形而起伏。1876年英国学者开尔文(Kelvin,1824-1909)从地球形变的迹象中提出地球是弹性体而不是完全刚体的观点,提出可能由于月球的运行而变形。直到1883年英国的达尔文(G.H.Darwin,1845-1912)对海潮观测中长周期分量的数据进行比较,发现它只有理论值的2/3,他认为所损失的1/3是由于地球的固体表面发生与海水类似的周期性涨落所致,从而在理论上验证了固体潮的存在,后来由于许多学者进一步的从理论和实测多方面的探索,发现固体潮的确存在,而且最大位移可以有1000px之多。在科学进步,大地测量的精度日益提高的要求下,固体潮会成为影响测量精度的很重要的一种因素。

同样,包围着地球的大气也会由于月亮和太阳的引潮力产生全球性的震荡。这就是大气潮。大气潮对于人类在太空的活动会有影响。

目前,从开天辟地就有的潮汐,对地球的影响,至少有三点值得注意的。

其一是地球自转变慢。地球自转速度变慢是一个已经经过各方面证实了的事实。科学家经过测算,地球日长每百年间增加0.0012至0.002秒。一些考古学家也断定地球4亿年前泥盆纪时代的珊瑚虫化石上“年轮”中有400条“日轮”,地球在13亿年前1年大约500天。现今人们认为,地球自转变慢的主要原因就是潮汐。它的来回受阻尼的耗散运动,其中固体潮,也由于在固体振动中有内耗,消耗了地球自转的动能,从而使地球自旋减慢。

具体地说,如图地球上的高潮总要滞后一点,也就是在月球过了头顶上的子午线后一些时间高潮才会到来,这是由于潮汐质点运动的惯性,它们在受到月球的引潮力之后产生加速度,过一定的时间位移才会到达最大值。由于这种滞后,可以看出,月亮对于离月球比较近的A点的引力会比较大,而对离月球比较远的C点的引力比较小,这种引力差,会形成一个与地球自转方向相反的力矩,而这个力矩会通过流体之间运动的摩擦力传递到地球的固体地壳,由于这个力矩的长期作用,所以即使很小,也会积累使地球旋转速度减慢。进一步地球上的固体潮和大气潮也会加强这种刹车作用。这就是引潮力能够使地球旋转刹车的原因。

 

地球潮汐高潮的滞后

 

由于潮汐可以使星球的自转减慢,那么减慢到一定程度,就会不再相对地球转动,这就是天体演化中的“潮汐锁定”。具体说,月球总是一面朝向地球,另一面总是背向地球。由于月球比地球小很多,所以先前的月球即使是自己旋转着的,也会被地球对它的引潮力作用逐渐减慢直至“锁定”。

其二是,固体潮引发地震。由于地壳是由岩石固体材料组成的,而固体潮使它承受昼夜两次交变的应力。我们知道任何材料在交变应力作用下,会有疲劳破坏的问题。同样在地壳薄弱的地方,也会由于引潮力交变作用发生断裂,这,也许就是引发地震的一种原因。

    其三是,引潮力会撕裂巨大天体的伴星。我们在地球上可能觉得引潮力是很小的,其实,当伴星与主星距离减小到一定程度主星的引潮力就会把伴星撕裂。因为向着主星的一面引潮力是拉力,背着主星的一面引潮力是推力,两个力大到一定程度,就会把他撕裂或撕得粉碎。有一个数,称为洛希极限,它是法国天文学家爱德华·洛希(Édouard Albert Roche1820—1883)于1848年提出的,它是一个距离。它等于行星赤道半径的2.44倍。如果一个天体的物质仅仅是由万有引力聚集在一起的,当天体和第二个天体的距离为洛希极限时,天体自身的重力和第二个天体造成的潮汐力相等[]。如果它们的距离小于洛希极限,这时由于引潮力大于聚集的引力,天体就会倾向碎散,继而成为第二个天体的环。洛希就是用这个理论去解释土星光环是怎样形成的。




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 [2楼]  作者:541218  发表时间: 2014/11/18 20:56 

李子峰,这个小儿科的力学问题,就没有必要兴师动众了……
但是 你曾经 说 狭义相对论就是为着解释光速不变现象而作出的一种尝试…… 这中说法很中听
 [3楼]  作者:周江华飞碟研究  发表时间: 2014/11/19 06:05 


补充:地球北极永远面对银河系的银核,地球南极永远背对银河系的银核。也就是说太阳系轮盘在银河系银道上滚动时九大行星这个平面各星球与地球同相北极始终面对银河系的银核,与地球同相九大星球的南极永远背对银河系的银核。见《21世纪物理学研究新视野》专著,因此才出现在地球南北两极两磁极点一年四季呈现小圆周运动,这是太阳系轮盘在银河系银道上滚动时九大行星这个平面各星球与来自银河系银核的电磁能量入射角度相关。
 [4楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2014/11/19 09:04 

地球的自转速度变慢主要是由于地球引力将地球轨道附近的太空物质引入地球导致的。在地球自转动量一定的条件下,随着地球质量的增加,自转速度自然就慢下来了。记得小时候玩陀螺,当把沙土往陀螺上洒的时候,快速旋转的陀螺转速会很快慢下来并倒掉。
 [5楼]  作者:周江华飞碟研究  发表时间: 2014/11/19 09:35 

补充:地球北极永远面对银河系的银核,地球南极永远背对银河系的银核。也就是说太阳系轮盘在银河系银道上滚动时九大行星这个平面各星球与地球同方向北极始终面对银河系的银核,与地球同方向九大星球的南极永远背对银河系的银核。见《21世纪物理学研究新视野》专著,因此才出现在地球南北两极两磁极点一年四季呈现小圆周运动,这是太阳系轮盘在银河系银道上滚动时九大行星这个平面各星球与来自银河系银核的电磁辐射能量入射角度所决定。
 [6楼]  作者:丁明良  发表时间: 2014/11/19 09:36 

某种意义上说,这种情况在星系形成时有一定的随机性。
 [7楼]  作者:541218  发表时间: 2014/11/19 14:26 


关于 月球 为何 总是以固定的一面朝向地球 这个问题 仅仅是一个小儿科的力学问题
我曾经 与赵凯华 在电话中 讨论过 除了 不是质量密度呈球对称分布的固体 在不均匀引力场中做自由下落过程总是自动趋向于一个固定的取向,使得其势能最低(势能最低原则)。在做闭合椭圆轨道运动中的天体与自由下落的天体一样 都必将趋于一个规定的取向,使得其势能最低,否则将产生引潮力矩。
如此浅显的小儿辩日的问题 也值得兴师动众 可见 我猪大侠的智商如此鹤立鸡群
 [8楼]  作者:魏恩庆  发表时间: 2014/11/20 06:53 

这个问题,看似简单,得到本质的解释也很难。天体也是微观物质组成,估计是两面材质不一样。
 [9楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2014/11/21 10:27 

月球总是一面朝向地球是由于月球的重心不在它的几何中心,它的自转动能被地球引力消耗掉,重心也被地球引力锁定,月球再也不能自转了。
 [10楼]  作者:丁明良  发表时间: 2014/11/21 14:27 

对【9楼】说:
不是的
 [11楼]  作者:wehj54321  发表时间: 2014/11/22 18:29 

关于月球的一面总是朝着地球的原因,楼主的主贴说得很清楚了:
第一,月球不是绝对的刚体,在地球引潮力的作用下月球岩层会发生变形,其情形与地球上海水受到月球引潮力的作用相类似,月球的岩层会在地月之间的连线方向上发生两边凸起;
第二,因为惯性,月球的凸起会发生滞后现象,使凸起两头最高点的连线与地月之间的连线形成一个夹角,如楼主主帖中的图示所示;
第三,因为滞后的凸起使地球引力作用在月球上每个质量点对于月球中心的力矩的总合是非零的,而非零的力矩总是与月球自转的方向相反;
第四,因为这个与月球自转方向相反的力矩,月球自转所具有的动能会被逐渐“消减”掉,最终减慢为只有一面朝向地球;
第五,由于地球引力在“消减”月球自转动能的过程中总是在做负功,所“消减”掉的月球自转动能实际转变成了地球引力势能,这使得月球在减慢自转的过程中不断地远离地球。
这是比较完美的解释了。
 [12楼]  作者:wehj54321  发表时间: 2014/11/22 19:14 

7楼我们猪大侠的伟大观点面临的困难是:月球先前如果有很高的自转速度,那么它的自转动能将是无法被“消减”的,月球也就无法减慢为只有一面朝向地球了。
 [13楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2014/11/22 20:42 

星球是怎么转动起来的我们都一无所知,而单纯去推测星球是怎么停止转动的,这有多大的说服力呢?
 [14楼]  作者:魏恩庆  发表时间: 2014/11/22 21:21 

楼上,地球引力怎么形成的,回答了这个问题,才能知道楼主说的对不对。
 [15楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/11/22 23:20 
 [16楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/11/22 23:21 
 [17楼]  作者:tyger01  发表时间: 2014/11/22 23:22 

以为月亮绕地球转是头脑太简单了。
事实上月亮与地球是一个共同的质群,都在绕着共同的质心转。只不过因为地球比较大,月亮比较小,所以质心离地球中心很近。看上去好像月亮在绕地球转。假如月亮与地球的质量相近,就会看出来月亮与地球像是在一个环形跑道上互相追逐着转圈了。

其实根据地球与月亮的质量大小之比就能精确的计算出共同质心的位置了。
潮汐是因为远离月亮的一面受离心力作用向背离月亮的方向流动,近月面则受月球引力向月亮方向流动形成的双方向的拉伸运动。不光海水有这样的流动,地壳本身也不断受着这样的力的拉伸变化。这是地球自转变慢的原因。
 [18楼]  作者:541218  发表时间: 2014/11/23 09:51 

对【9楼】说:
我理解,应该是这样,因为地球引力场并不是均匀引力场,所以引力中心与惯性中心并不重合于同一点,必然引起引潮力矩,当且仅当 引力中心与惯性离心力的中心之间的连线与引力以及惯性离心力都处于同一直线时才会稳定,所以被谁定方向。就这么简单。这是得到赵凯华频频点头的理解方案。我不知道 同样的一句话 到这里就理解不了咯?难道 真的都是低能儿。
 [19楼]  作者:魏恩庆  发表时间: 2014/11/23 12:59 

只有抛开引力潮才能真正的解释月亮为什么一面总是向着地球,只要带牛顿万有引力的解释,就是错误的。
 [20楼]  作者:否定相对论  发表时间: 2014/11/25 20:44 

地球的自转能影响月球的公转吗?答案是否定的。反过来,月球的公转也不能影响地球的自转。总结,潮汐不会影响地球的自转!
 [21楼]  作者:wehj54321  发表时间: 2014/12/14 10:22 

接11楼
事实上不仅地球会“消减”月球的自转动能,同样的道理,由于地球潮汐的滞后,月球也在“消减”地球的自转动能,这使得地球在减慢自转的过程中也在不断地远离月球,因此地球和月球在不断地彼此远离,据美国最近几十年的观测,地月之间的平均距离正以每年3.8厘米的速度增加,这是非常有力的证据。
另外,考古学上证实,地球的自转在不停地减慢,在5.7亿年前地球自转一天只有20.47小时,在5亿年前地球自转一天只有21.4小时,在3.7亿年前地球自转一天只有22小时,而现在的一天有24小时。同时,考古上也证实,地月的距离在不断地增加,在4亿年前月球公转一周(即每月)只有9天(由公转周期与公转半径的关系,可推知当时地月距离是现在的0.47倍),1.5亿年前公转周期为17天(地月距离为现在的0.73倍),7000万年前为22天(地月距离为现在的0.86倍),3000万年前为25天(地月距离为现在的0.94倍)。地球自转的减慢主要来自于月球的作用,由此计算地球 “消减”掉的自转动能与月球远离增加的势能是吻合的。
 [22楼]  作者:wehj54321  发表时间: 2014/12/14 10:22 
 [23楼]  作者:wehj54321  发表时间: 2014/12/14 17:33 

对楼主
由于引潮力与天体距离的三次方成反比而与天体的质量成正比,当天体之间的距离增加时其引潮力会急速地减小,由引潮力引起的潮汐变形也随之急速减小,因此卫星如果太靠近其主星就会很容易被锁定为只有一面朝向其主星,相反地如果离主星较远时则不容易被锁定(或者说要被锁定需要更加漫长的时间)。不仅月球只有一面朝向地球,太阳系中的其他行星的卫星都普遍存在这种情况:火星的两颗火卫,木星的多颗卫星(木卫1至木卫5),土星的多颗卫星(土卫1至土卫6),天王星的多颗卫星(天卫1至天卫5),海王星的海卫1、海卫八,以及冥王星的冥卫一,它们都是青一色地只有一面朝向其主星。所以楼主所说的“所有星球最终都一面向中心恒星”是正确的(在公转轨道接近正圆时才正确),只是所需时间的快慢不同而已(有的需要几千万年,有的需要NNNNN亿亿亿亿亿……年)。

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