为什么月球和太阳都在远离地球?背后的原因是什么?

发布日期:2021-09-07 14:42    点击次数:87

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。

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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)。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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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然而这种情况很可能并不会发生,因为在大约50亿年后,太阳就会因为核心的“燃料”耗尽而演化成一颗体积庞大的红巨星,届时太阳的表面很可能会超过地球的公转轨道,从而将地球和月球吞噬。

就算太阳也在远离地球,这样的结局依然不会改变,因为太阳远离地球的速度极为缓慢,以1.5厘米/年的速度,即使在50亿年以后,太阳与地球之间的距离也只会增加7.5万公里,与1.5亿公里的日地平均距离相比,这点距离完全可以忽略不计。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。