月球为什么总是一面朝着地球呢?月球会自转吗?

2019年1月3日, 中国的“嫦娥四号”卫星成功的在月球背面登陆,它携带的月球探测车“玉兔二号”也开始了正常的工作,这是人类历史上第一次在月球背面实现软着陆,揭开了人类探索月球的新的篇章。

月球在围绕地球公转时,也在自转。在恒星参考系下,月球公转时间是27.32天,自转周期同样也是27.32天,于是就造成了月球总是一面朝着地球。

也正因为如此,千百年来,月球的背面对人类十分神秘。直到近代,人类发射了许多的人造卫星,才终于揭开了月球背面神秘的面纱。

那么,为什么月球的自转周期和公转周期严格相等呢?为了解释这个问题,我们首先要从一个虚拟力:惯性离心力说起。

惯性离心力

力是物体之间的相互作用,需要有施力物体和受力物体,比如重力、摩擦力、弹力、电磁力等都是真实存在的力。但是,有时候为了数学处理的方便,我们会引入一些虚拟的力,它们不存在,但是引入之后会使问题的讨论变得十分方便,惯性离心力就是这样一种力。

我们都有过这样的经历:在公交车上,如果公交车向左转弯,我们的身子会不由自主的向右歪。在游乐场里有种类似旋转秋千的设施,一旦转动起来,人就会飞到空中,这些都可以看做惯性离心力的作用。

我们可以设计这样的一个模型来说明惯性离心力:有一个匀速旋转的圆盘,上方固定了一个小球。原本小球和圆盘一起旋转,但是某个时刻,小球和圆盘的连接突然断掉了。此后,圆盘会继续旋转,但是小球会凭借惯性做匀速直线运动。

此时如果我们站在圆盘上看,就会觉得小球离中心点越来越远,好像有一种力正在拉着小球向外运动,我们可以把这种力叫做惯性离心力。

经过物理学的推导,惯性离心力的公式为:

其中m表示物体的质量,r表示物体到旋转圆心的距离,而ω称为角速度,表示物体旋转的快慢,它的大小等于2π与旋转周期的比。从公式可以看出:物体的质量越大,距离中心越远,旋转的越快,那么惯性离心力就越大。

潮汐

利用惯性离心力,我们就可以方便的解释潮汐了。

我们知道:地球时刻受到太阳的万有引力作用,同时地球在围绕太阳做圆周运动,因此还受到了惯性离心力。

万有引力的大小为

其中G是万有引力常数,M和m分别是太阳和地球的质量,r是太阳和地球的距离。容易看出:万有引力是随着距离的增大而减小的。

另一方面,如前所述,离心力的大小为

离心力是随着距离的增大而增大的。

在地球中心O的位置,这两个力刚好等大反向,合力为零,因此地球的公转半径几乎不变,既不会靠近太阳,也不会远离太阳。

不过,在地球的表面上情况并不是这样。如果有一个物体在地面上靠近太阳的A点,由于距离太阳近,因此万有引力变大,离心力变小,万有引力和离心力的合力指向太阳。类似的,在地面上远离太阳的B点,物体所受的万有引力变小,离心力变大,合力背离太阳。这里A点和B点所受的合力称为引潮力,是背离地球的。

在地面上有一种非常容易流动的物体:水。由于刚才所述的原因,A点和B点的水都会受到最大的引潮力作用,这会使水面拱起,形成涨潮。同时,水会向A点和B点流动,而在地面上另外两个位置C和D,水面就会下降,形成落潮。这种因为太阳造成的涨潮和落潮称为太阳潮。

与太阳潮类似,月球对地球的吸引力和惯性离心力的合力就是月球的引潮力,而且由于月球距离地球更近,月球的引潮力比太阳更大。在地球朝向月亮的一侧和背离月亮的一侧,会形成月亮潮的涨潮,这种潮水称为太阴潮。

在农历初一(朔)和农历十五(望)的时候,太阳、地球、月球在一条直线上,此时太阳潮和太阴潮的涨潮相互叠加,就会形成大潮。但如果太阳-地球、地球-月球连线相互垂直,就会造成太阳潮和太阴潮相互抵消,形成小潮。

虽然从理论上讲大潮的日子都应该是农历初一和十五、十六,但是由于地球地形等因素的影响,各地大潮的时间稍有不同,例如钱塘江大潮就是在每个月的初三和十八最为壮观。

潮汐锁定

理解了离心力和潮汐的原理,我们终于可以解释为什么月球总是一面朝着地球了,我们称之为潮汐锁定。

不光月球对地球有引潮力,地球对月球同样有引潮力。但是月球表面上却没有水,所以也没办法形成潮汐。不过,在引潮力的作用下,经过漫长的岁月,月球上的岩石也会发生流动,月球朝向地球和背离地球的两侧会被拉长,月球变成了椭球体。

在月球围绕地球转动的过程中,月球的长轴一直朝向地球。这是因为:假如月球转动过程中自转周期与公转周期不严格相等,造成长轴方向偏离了月地连线,引潮力就会及时纠正月球的姿势:A点的引潮力指向地球,B点的引潮力背离地球,两个力不共线,造成月球转动,直到月球的长轴指向地球,两个引潮力共线抵消未至。

就是在引潮力的作用下,经过十分漫长的过程,月球被地球锁定了,所以它只能一面朝着地球。

也许有小朋友要问:既然月球被地球锁定了,地球为什么没有被月球锁定呢?这是因为地球的质量要比月球大很多,锁定地球需要经过更加漫长的时间。其实,由于引潮力的原因,地球的自转周期的确在变大,也就是一天的时间越来越长。再经过几十亿年,地球也会被月球锁定,到了那个时候,地球的一天和一个月就是同样的时间了。

宇宙中有许多质量较小的星球,现在已经完成了相互锁定。例如冥王星和它的卫星卡戎,它们就是彼此锁定的:两颗星球彼此面对面,围绕共同的中心旋转。宛如一对彼此相思,却不能在一起的恋人。

其实我们都知道月亮为什么总是以一面朝着地球,而且我们也能给出答案,那就是潮汐锁定。但是你再问一下,潮汐锁定的原理是什么,估计很多人就不了解了。

对于一个答案,我们不光要知道结果,还要知道这个结果是怎么来的,所以今天我们就聊一下潮汐锁定的原理。

潮汐变化

目前科学家认为月亮起源的主流说法是大碰撞说,大概在45亿年前,一个和火星大小差不多的行星忒亚,一头撞上了地球,其中一部分落在了地球上,还有一小部分碎渣被抛向了宇宙,但由于地球引力的存在,这些碎片并没有跑太远。

后来,这些碎片在自身引力的作用下逐渐汇聚成一个星球,也就是月亮。但因为月亮和地球的质量相差太远,所以月亮也没有逃脱地球的引力,并在地球的引力下围绕着地球自转。

其实不光地球对月亮有引力,月亮对地球同样存在着引力,而月亮对地球的引力,可以引发地球海洋的潮汐变化。

具体来说是这样,因为地球自转一圈只有24个小时,而月亮绕着地球转动一圈是一个月,大概30天左右。这样,月亮跑的就比地球慢多了。

结果呢,月亮的引力就对地球起到了减速作用,这是因为地球上的水是流动的,哪里引力比较大,就会聚集在哪个地方。所以,海水会在月亮引力的作用下,引发潮汐变化。

而每次海水相互碰撞,以及和地球摩擦时,部分能量都会以热量的方式散失掉,无形之中也在消耗地球自转的速度,所以地球转动的也更慢了。

有科学家研究,在恐龙时期每天只有20小时左右,而在10亿年前,地球自转一圈只需要10几个小时。由此可见,月亮是在给地球减速。

月亮潮汐变化

不光月亮对地球可以产生潮汐变化,地球对月亮同样有潮汐变化。具体是这样的,月亮上虽然没有海水能够引发潮汐变化,但早期月亮内部有熔浆,能够引发潮汐变化,并消耗月亮能量,达到给月亮自转速度减速效果。

其次还有,月亮上的岩石也会在地球引力的作用下,慢慢地慢慢地发生流动,久而久之,月亮朝向地球和背向的两侧会被拉长,呈椭圆球体。这时,月亮虽然也会自转,但每自转一圈时,月亮上的岩石都会在地球引力下,再次发生形变,呈椭圆球体。

而岩石在流动以及形变的过程,也会消耗自身的能量,让自己的自转速度缓慢下降,直到月亮自身自转速度=围绕地球公转速度, 这时地球的引力就不会再对月亮产生减速作用,而是两者同步,因此月亮也就被潮汐锁定了。

事实上,不光地球可以对月亮潮汐锁定,月亮也可以对地球潮汐锁定,但因为地球质量相比于月亮而言实在是太大了,因此地球先把月亮给潮汐锁定了。但如果太阳系寿命长到一定程度,或许有一天月亮也会把地球潮汐锁定。

卫星与行星彼此相互潮汐锁定的例子并不罕见,在太阳系内,冥王星不仅潮汐锁定了它的卫星卡戎,卡戎也把冥王星潮汐锁定了。

月球为什么总是一面朝着地球?月球会自转吗?

★首先回答第二个问题,月球会自转吗?答:月球会自转。月球的公转速度和自转速度保持一致,所以让地球人类总是看月球总是一面朝向地球。人类第一次拍到月球背面,是1959年前苏联发射的探测器拍到的。然而几千年前的玛雅人却绘制出了月球背面的模样,地球到月球的距离约为 38万千米。

★月球没有大气层。科学家通过月球采集回来的月壤研究发现月球几乎不存在任何磁场。这就表明月球内部没有内核,它是一个中空卫星。

★月球距离地球为38万千米。月球的质量是地球的1/81,体积是地球的1/49,表面积相当于4个中国的大小,月表的万有引力约为地球表面的1/6。由于它的质量太小,引力不够,原始大气层中的氢、氦、氮等分子,甚至是水蒸气都很容易达到逃逸速度,进而脱离月球引力的束缚。

它平均速度为 14455.1997KM/小时,依据为: 自转一周需655.71984小时 ,平均赤道半径: ae = 1738000 米, 平均半径: a = 1737400 米,赤道重力加速度: ge = 1.618 米/秒2,平均自转周期: T = 27.32166 天。

★月球的另一面为何总是“羞”于见人,不,它是因为受到地球的潮汐锁定的原因,让月球无路可走。那么是什么潮汐锁定呢?

潮汐锁定是指当空间中的一个物体A以相同的方式围绕另一个物体B旋转运行时,经过两者之间长期的潮汐力作用,驱动物体A自转和公转的时间,长度相同及粘合日在时间、长度相等。由此导致物体A的一面固定,不变的朝向物体B,故人们称之为物体A被物体B潮汐锁定。潮汐锁定对于双方都有作用力,并且与物体质量和两者距离有关系。

一般卫星会被所围绕的质量大的行星潮汐锁定。月球是地球的独一无二的卫星,所以它每时每刻都被地球自转和公转速度运行,出现潮汐锁定现象,也就毫不奇怪。

月球的一面暗面的潮汐锁定模式也适用于太阳系中的行星与恒星。太阳系中如果出现潮汐锁定某一个星球,那么太阳永远不会下山,只有朦胧地带可以生存。地球自转趋势:地月潮汐锁定1天就是1月,日地潮汐锁定1天即1年。

知足常乐2021.7.2日于上海

大家都知道,这叫“潮汐锁定”。

潮汐现象,是月亮和太阳(主要是月亮)的引潮力,使地球上的海水每天两次的发生涨落现象。事实上,不仅仅海水,地球本身以及包围地球的大气层都会发生潮汐现象,但都没有海水表现的明显(你懂的),所以,不易被察觉。

反过来,地球对月亮也有引潮力,月亮也会发生潮汐现象,结果与地球上的潮汐现象一样,将月亮拉成椭圆形,长轴对着地球。月亮的长轴一旦偏离地球方向,地球对月亮近地端的引潮力就大于远地端的引潮力,月亮就被拉回到长轴对着地球的位置,经过一次次的偏离、被拉回、再偏离、再被拉回,最终月亮放弃了努力,被控制在长轴对着地球的位置,这就是潮汐锁定。潮汐锁定后,月亮相对地球只能是公转一周同时自转一周,也就是只能是一面对着地球。

月球和地球就像两块磁铁一样,是有磁性的,有磁性就有两极:S和N.

磁铁的性质:同性相斥,异性相吸。

所以,无论地球怎么运转,月球的南极总是对着地球的北极;月球的北极总是对着地球的南极。

因此,月球的一面总是朝着地球的。

月球也自转,周期是阴历一个月。

这是本人的猜想。认为不对的人,请勿吐槽!




“月球为什么总是一面朝着地球呢?月球会自转吗?”,月球之所以一直以一面朝着地球,是因为潮汐锁定原理,几乎所有的天体环绕系统中都存在潮汐锁定趋势,月球在围绕地球公转时,也会进行自转,其自转周期与公转周期相等,所以才会一直以一面朝着地球。

潮汐锁定

潮汐锁定也被称为同步自转,在地月系统中,质量较小的月球在围绕地球运转时,其自转与公转在周期、方向上都相同,造成这种现象的原因就是月球长期受到了地球的潮汐引力的作用。

在古时候,人类就认识到了海洋潮汐与月相之间存在某种联系,而这种联系其实就是潮汐引力。当月球环绕地球公转时,地月之间的引力会使两个星球表面发生隆起现象,在地球上,来自月球的引力不仅会使海洋“隆起”从而产生涨潮,还会使地球的岩石圈每天产生近六十公分的起伏。同样,由引力产生的隆起效果也会发生在月球,我们把隆起的部位想象成一座山,由于这座山正对着地球,所以相对于月球其他平坦地区来说,这座山物质更密集,质量跟大,距离地球更近,和地球之间的引力更强,因此月球上隆起的部分与非隆起的部位会产生引力上的差值,而这种引力差会产生一种被称为“隆起拖拽”的现象,从而减慢月球的自转速度,直到“这座山”一直对着地球方向,此时月球就处于潮汐锁定状态。

地球也会被“锁定”

力是相互的,来自月球的潮汐力同样也会作用在地球上,从而是地球的自转速度越来越慢,这一点已经被科学家证明。科学家估计,地球诞生之初时,其自转周期只有约2.5小时,由于地月之间潮汐力的影响,地球自转周期慢慢减慢到今天的24小时。但是为什么月球的“降速”更快呢?天体的自转是一种惯性,我们知道惯性与物体的质量有关,相对于月球来说,地球的质量更大,想让地球慢下来,需要“更强”、“更持久”的力。科学家估计,在遥远的未来,地月之间由于潮汐引力的作用,地球也会被“锁定”,到那个时候,地球与月球就会处于“四目相对”的状态。

其实“潮汐锁定”现象广泛存在于天体运行系统中,地球不仅受到来自于月球的潮汐力,还会受到太阳的潮汐力,由于地月之间距离更近,所以二者之间的引潮力会更大一些。在太阳系中,冥王星与其卫星卡戎就处于典型的“四目相对”的潮汐锁定状态,除了它们,在火星和其卫星系统中,火卫一与火卫二也处于潮汐锁定状态,土星更是有多大十多颗卫星处于潮汐锁定状态。

结语

月球之所以一直以同一面朝着地球,是因为月球的公转与自转在周期、方向上是相同的,造成这种现象的深层次原因就是天体之间的“潮汐锁定”原理。当然,这也表明,月球是会自转的。

月球对于地球上的人来说整日低头不见抬头见,白天不见晚上见的,是最熟悉不过的星球了。但是月球对于人类来讲又是很神秘的。比如千百万年以来,月球总是一张面孔的对着我们。月球为什么总是一面朝着地球呢?

图示:被地球潮汐锁定的月球

原来月球被地球潮汐锁定了。那么什么是潮汐锁定呢?潮汐锁定又称做同步自转,就是一个天体都永远以同一面对着另一个天体。月球球也是有自转的,但是它自转一周的时间和围绕地球公转一周的时间相同,这样我们就在地球上始终只看到月球的一面。

这么说可能大家可能还是一头雾水的。我们看一张图就明白了。被地球潮汐锁定的月球运动方式是这样的。从下面的动图中,我们就不难看出,月球在围绕着地球公转的时候也是在自转的。月球围绕着地球公转一周的时间是27.32天,而它自转的时间也恰好是27.32天。月球的自转和公转时间正好相同。

图示:月球被地球潮汐锁定,一面永远朝着地球

从这里我们可以看出,月球就好像被地球用一根无形的绳子拴着甩起来了一样。再打个比方,这就好比田径运动比赛中的链球运动一样,运动员把链球甩起来,运动员就是地球,链球就是月球,而运动员手中的链子就是引力。这时我们会发现,链球就是始终一面朝着运动员。这种现象就和潮汐锁定是一样的。

图示:被潮汐锁定的月球和地球的关系就如同链球运动

现在大家明白了月球为什么会总是一个面朝着地球了吧!因为它被地球潮汐锁定了。在宇宙中,潮汐锁定是很常见的事情。比如水星就被太阳潮汐锁定了。木星和土星的很多卫星也被潮汐锁定了。它们也是像月球这样始终一面朝着它围绕着公转的天体的。

谢邀~。

月球会自转,也确实总是一面朝着地球。

其实导致这种现象的原因很简单,就是因为月球的公转周期=自转周期,都是27.23天。也正是因为月球的公转和自转周期相等,所以我们才总能且只能看见月球的一面。

你想啊,如果月球只公转,不自转,那么我们是其实是能看见月球的每一面的。但如果月球绕地球一圈的时间里,刚好自己也转了一圈,那么产生的结果就是——永远只有一面对着地球。

如果想不明白的话可以自己在空地找一个中心点,把中心点当做地球,自己当做月球,绕着这个中心点走一圈,并且在走的时候保证永远是正面对着这个中心点的,就很容易理解了~

关于月球公转和自转周期相等,也涉及到一个天文学名词——潮汐锁定。

潮汐锁定的出现,和地月之间的引潮力有关系,月球对地球的引潮力在地球上形成了潮汐,而地球对月球的引潮力长期作用下使月球出现了形变,成为了一个椭球体。

这时候呢,月球在自转和公转的过程中就会被地球“锁定”,表现出来的结果就是,只能是月球的长轴正对地球。而一旦自转和公转周期有偏差,月球长轴就不在正对地球,长轴上受到的引潮力指向不同方向,在两个力的作用下月球会发生转动,又会转回到原来对着地球的角度。

以上,希望我的回答能帮助到你,觉得有用的话就点个赞吧~

月亮在绕地球公转时,自身也在自转,如果月亮绕地球转了三百六十度,也正好自身了一圈,这样月球的同步自转使它永远一面朝着地球,另一百背对着地球。

【原创】对于月球为什么总是一面朝着地球呢?月球会自转吗之话题,我个人的观点认为,说月球总是一面朝着地球,这种说法是一种原错,是一种假象;月球当然会有自转现象。为什么会这样说呢?因为:

月球是属于地卫系的卫星,是我们地球唯一的一个卫星,月球与其他大行星的卫星一样,都具有公转和自转运动现象,这是一种自然规律,没有任何一个卫星天体也以例外。月球围绕着地球公转和自转运动过程,是不会总是一面朝向地球的情况,说月球总是一面朝着地球之说法是不正确的,这也许就是月球表面环境和反光度都是同一样表现的错觉,正因为月球表面是同一样的环境和反光度,不管月球如何自转和公转,都会是同一样的视觉反应,不会有什么不同的变化。因而,从地球上看去,像是总是一面朝向地球的假象,其实,这种说法是一种原错。

月球围绕着地球进行圆周循环运动的公转运行过程,一方面,是垂直于地球与太阳的黄道面并呈约为23度角进行公转运动的情况;二方面,月球与其他行星天体一样当然会产生角动力自然现象,卫星也属于行星天体的一类,也会有角动力现象的产生,角动力是行星天体自转运动的动力源,因此,太空中的任何行星和卫星天体都会有自转运动现象的发生,月球也不能独立地例外。况且,月球的自转运动方向是与地球的自转运动成反方向的情况,自转过程同样约为23度的交角现象,也就是说,地球和月球的自转运动是反向现象,基本上都在太阳的黄道面上,双方都按照自身的自转速度而进行着移动和变化。因而,不管月球自转和公转周期的速度如何,月球绝不可能会总有一面朝着地球的现象发生。

由此可见,说月球总是一面朝着地球之说法,是一种假象,是一种原错,是一种不正确的说法;月球当然会有自转运动现象。

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