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月球正在远离地球 , 与此同时 , 太阳也正在远离地球 , 这并不是没有根据的胡乱猜测 , 而是科学家在综合了观测数据以及相关理论得出的一个结论 。 那么为什么月球和太阳都在远离地球呢?下面我们就来讲一讲 , 这背后的原因是什么 。
月球我们在地球上看月球 , 一直都只能看到它的“正面” , 而看不到它的“背面” , 这其实是因为月球每围绕着地球公转一圈 , 就刚好完成一次自转(如下图所示) 。
这种现象被称为潮汐锁定 , 由于月球并不是一个质点 , 它有的部位离地球近 , 有点部位离地球远 , 而引力与距离的平方成反比 , 因此月球不同部位所受到的地球引力就不一样 , 从而产生引力差 , 这种引力差被称为“潮汐力” , 它能够使月球“面对”地球的一面和“背对”地球的一面都微微隆起 。
在这种情况下 , 地球的引力就相当于给月球施加了一个扭矩 , 其产生的效应是使月球自转周期和公转周期不断接近 , 并最终相等 。 对此我们可以简单地理解为 , 在地球对月球的“潮汐力”的作用下 , 月球的自转一直在减速 , 直到其自转周期与公转周期相等 。
在这个过程中 , 月球的自转动能一直在转化成引力势能 , 换句话来讲就是地球和月球之间的距离越来越远 , 而当月球最终被地球潮汐锁定之后 , 月球就不会因为损失自己的自转动能而远离地球了 。
然而月球对地球同样也会产生“潮汐力” , 虽然月球的“潮汐力”相对很弱 , 但是由于地球上有大片的海洋 , 很容易受到的影响 , 因此月球对地球的“潮汐力”同样也会减慢地球的自转速度 , 而在这个过程中 , 地球的自转动能也会不断地转化成引力势能 。
这样的情况将持续到月球将地球潮汐锁定之后才会停止 , 很明显 , 现在的地球并没有被月球潮汐锁定 , 这就意味着 , 地球的自转速度直到现在还是在持续减慢 , 月球也因此而不断地在远离地球 。
利用阿波罗登月计划设置在月球上的反射镜 , 科学家就可以精确地测量出月球与地球之间的距离变化 , 测量数据显示 , 月球确实正在远离地球 , 不过远离的速度非常缓慢 , 大约只有3.8厘米/年 。
太阳太阳对地球同样也会产生“潮汐力” , 但因为太阳离地球要比月球远得多 , 所以太阳的“潮汐力”对地球的影响可以说是微乎其微 。 实际上 , 太阳之所以会远离地球 , 最主要的原因是:太阳一直在损失质量 。
太阳释放出的光和热其实是来自于其核心的核聚变反应 , 而核聚变反应所释放出的能量 , 则来主要来自于其核心的氢原子核聚变成氦原子核时所损失的质量 , 显而易见的是 , 既然太阳一直在释放能量 , 那么它就肯定是一直在损失质量 。
我们都知道 , 质量与引力是成正比的 , 太阳的质量在持续减小 , 它对地球的引力也会相应地持续减小 , 这就会造成地球与太阳之间的距离不断增加 。
那么太阳远离地球的速度是多少呢?其实这是可以计算的 , 由于太阳向各个方向释放出的能量都是均匀的 , 因此只需要测量出太阳光在地球轨道上单位面积的辐射功率 , 再计算出以太阳为中心 , 日地距离为半径的球体表面积 , 将两者相乘就可以得到太阳在单位时间里释放出的总能量 。
得到这个数据之后 , 再将其代入质能公式“E=mc^2” , 就可以得到太阳在单位时间里损失的质量 , 进而计算出太阳远离地球的速度 。 计算结果为:太阳每秒钟大约会损失426万吨质量 , 其远离地球的速度大约为1.5厘米/年 。
太阳、地球和月球在未来会怎么演化?地球的自转速度越慢 , 月球的“潮汐力”对地球自转的减速作用就越不明显 , 也就是说 , 月球远离地球的速度并不是恒定的 , 而是一直在减慢 , 科学家推测 , 至少需要上百亿年的时间 , 月球才能够将地球潮汐锁定 , 并从此不再远离 , 在这个时候 , 月球与地球的平均距离将达到为55万公里 , 由于这种距离仍然属于地球的“希尔球”范围以内 , 因此月球并不会离开地球 。
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