如果你經(jīng)常看月亮，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論月亮的圓缺變化進(jìn)行到了什么階段，月面上的暗輪廓的相對(duì)位置總是不變的：
換句話說(shuō)：月球總是以同一面朝著地球。只要月球繞地球公轉(zhuǎn)周期等于月球自轉(zhuǎn)周期且兩者旋轉(zhuǎn)方向相同，月球就會(huì)永遠(yuǎn)以相同的一面朝著我們。
這種現(xiàn)象就叫“潮汐鎖定”。那么，潮汐鎖定的原理到底是啥？
在我們的腦海里，地球、月亮、火星……這些天體應(yīng)該都是“很硬”的球，形狀不會(huì)改變。但要理解潮汐作用，我們就要拋棄掉這種思想，把天體想象成富有彈性的、“柔軟”的球——就像我們平常玩的足球、籃球一樣。這意味著，天體可以在外力的作用下發(fā)生變形。對(duì)于大部分天體來(lái)說(shuō)，這個(gè)“外力”就是引力。
我們先來(lái)討論月球的情況，不考慮太陽(yáng)對(duì)月球的引力，只考慮地球?qū)υ虑虻囊ΑＤ敲?，地球引力?huì)對(duì)月球造成什么后果呢？
在高中我們利用萬(wàn)有引力定律解題時(shí)，都是把天體看成一個(gè)“質(zhì)點(diǎn)”——即忽略天體的大小，一律只看成一個(gè)點(diǎn)。但是，在分析潮汐作用時(shí)，天體的大小就不能忽略掉。
在圖中我們可以看到，月球上不同的部位與地球的距離是不一樣的，這意味著月球不同部位所受到的地球引力不同，面向地球的部分受到的引力稍大，而背向地球部分受到的引力稍小。面向地球的部分因?yàn)槭芰Υ蠖巴蛊稹?，這很容易理解。那么背向地球的一面為什么也會(huì)凸起來(lái)呢？原來(lái)，月球由于自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)都會(huì)分別產(chǎn)生離心力，在背向地球的一面離心力的方向是與引力方向相反的。這一面由于所受地球引力較小，離心力占了上風(fēng)，因此背面也會(huì)被“拉長(zhǎng)”。
這種把月球“拉扁”的合力就叫引潮力。地球?qū)υ虑虻囊绷?shí)際上是由地球引力、月球引力、月球自轉(zhuǎn)離心力、月球公轉(zhuǎn)離心力等因素綜合起來(lái)的結(jié)果。
在上圖所示的情況，就是月球自轉(zhuǎn)周期等于公轉(zhuǎn)時(shí)周期的情況。那么，假如在月球形成初期，月球的自轉(zhuǎn)角速度大于月球公轉(zhuǎn)角速度，這時(shí)又會(huì)發(fā)生什么情況呢？
若月球自轉(zhuǎn)速度較快，由于月球的形變會(huì)稍微滯后一些，這個(gè)橢球體的長(zhǎng)軸就會(huì)向著自轉(zhuǎn)方向偏移，此時(shí)月球的“最凸起”的位置不是正指向地球中心。自轉(zhuǎn)角速度相比公轉(zhuǎn)角速度越快，這個(gè)偏移量越大。因此，面向地球部分所受的引力將與背向地球的部分的引力不共線，兩個(gè)力綜合在一起就形成了一個(gè)扭矩，這個(gè)扭矩與月球自轉(zhuǎn)方向相反，會(huì)一直阻礙月球自轉(zhuǎn)，直到月球自轉(zhuǎn)角速度降低到與公轉(zhuǎn)角速度相等。
此外，由于月球不斷形變，月球內(nèi)部的巖石也在發(fā)生摩擦，從而消耗動(dòng)能。
實(shí)際上作用到月球的潮汐力是很小的，月球也不會(huì)像圖中一樣發(fā)生如此明顯的變形。但是經(jīng)過(guò)了數(shù)十億年的累積之后，如此微小的潮汐作用也足以產(chǎn)生明顯的效果，將月球自轉(zhuǎn)速度“鎖住”。
既然地球?qū)υ虑蛴谐毕?，那么月球?qū)Φ厍蛴袥](méi)有這種效應(yīng)呢？答案是肯定的。在月球?qū)Φ厍虻囊?、地球自身引力以及地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力之間的綜合作用下，地球每天都會(huì)發(fā)生漲潮與落潮現(xiàn)象，這就是“引潮力”的名稱的由來(lái)。月球?qū)Φ厍虻某毕饔脮?huì)減慢地球的自轉(zhuǎn)：
由于地球自轉(zhuǎn)角速度大于月球公轉(zhuǎn)角速度，月球會(huì)給地球一個(gè)阻礙地球自轉(zhuǎn)的扭矩。此外，由于海水摩擦、地球內(nèi)部巖層摩擦等現(xiàn)象，部分地球的動(dòng)能也會(huì)被消耗。科學(xué)家已經(jīng)有充足的證據(jù)顯示，在很久很久以前地球上的一天是短于24小時(shí)的。觀測(cè)和推算表明，現(xiàn)在大約每過(guò)一世紀(jì)，一晝夜平均就要加長(zhǎng)0.001秒。
根據(jù)作用力與反作用力互相存在的原理，月球給了地球減慢其自轉(zhuǎn)的作用力，地球也會(huì)給月球一個(gè)趨向于加快其公轉(zhuǎn)速度的力。速度加快產(chǎn)生的離心作用使得月球不斷遠(yuǎn)離地球。換句話說(shuō)就是：地球?qū)⒆赞D(zhuǎn)的動(dòng)能傳遞給了月球。（如果了解過(guò)角動(dòng)量守恒定理會(huì)更易理解：地球減小的角動(dòng)量必須由月球增大公轉(zhuǎn)半徑以增加角動(dòng)量來(lái)彌補(bǔ)）。根據(jù)測(cè)算，月球正在以平均每年約4厘米的速度遠(yuǎn)離地球。
由此可見(jiàn)，天體之間的受力情況是多么的復(fù)雜！我們分析的已經(jīng)是簡(jiǎn)化的情況。實(shí)際上由于太陽(yáng)引力、月球軌道復(fù)雜性等諸多因素的影響，月球向著地球的一面是會(huì)有輕微的擺動(dòng)的。讓我們來(lái)看看一個(gè)濃縮在幾秒里的朔望月周期：
可以看到，月球仿佛一個(gè)天平一樣發(fā)生了輕微的擺動(dòng)。這就是有名的“天平動(dòng)”現(xiàn)象。
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