月球正在遠離地球?

“阿波羅”號登月時 , 宇航員在月球表面安放了一面鏡子(測距儀) 。 此后 , 科學家從地球上向這面鏡子發射激光 , 并通過激光往返時間測算地月距離 。 結果顯示 , 月球每年遠離地球約3.8厘米 。

月球遠離 , “真兇”是誰?
【月球正在遠離地球?】1695年 , 埃德蒙·哈雷開始埋首于彗星軌道的研究 。 這是一件極端需要勤奮與耐心的工作 , 不光是因為驚人的計算量 , 還有從卷帙浩繁的故紙堆里一點點搜尋相關記載的水磨工夫 。 直到十年后哈雷才發表了關于那顆后來以他名字命名的彗星的計算 , 但在那之前 , 他先發現了一件看上去匪夷所思的事:
從歷史記錄中的日月食時間來看 , 月球的運行速度似乎發生了變化 。
要是再退回去兩百年 , 恐怕根本不會有人相信月亮居然會有什么改變 。 幸好在哈雷那個時代 , 科學剛剛取得了一個偉大的勝利:《自然哲學的數學原理》出版 , 牛頓的萬有引力理論為人類提供了分析和認識宇宙的武器 。 如果沒有證據表明歷史記錄出了錯 , 那么記錄下來的事不管有多難以置信 , 都應該先認為它發生了 。 于是天文學家們摩拳擦掌地向這個謎團撲了上去:首先是計算出了月球運動的變化量 , 每一百年多移動了10角秒 。 10角秒是多大的距離?它僅僅是1度的1/360 。 這樣的變化真是太微乎其微了 , 難怪直到17世紀末才被察覺 。 天文學家由此計算了月球的軌道 , 這個發現意味著它正在遠離我們 。 沒人對此感到恐慌 , 牛頓已經告訴了大家 , 引力揮舞著控制整個太陽系乃至整個宇宙的指揮棒 , 一定有什么東西的引力影響著月球 , 只需要找出它是誰 。 太陽是第一個“嫌犯”:它的質量最大 , 引力作用想必也最大 。 其次是金星 , 它是離地球最近的行星 。 不過接下來的計算就讓天文學家們有些挫敗:太陽的影響——專門術語叫“攝動”——頂多只能解釋月球運動變化量的一半 , 而金星的攝動完全可以忽略不計 。 至于火星 , 比金星更小又更遠 , 那就更不能指望了 。

解釋這個現象的最終可能落在了地球身上 。 在哈雷發現月球變化的一個半世紀之后 , 人們確定了導致月球遠離地球的“真兇”:那就是地球自己 。
地月相吸 , 為何越來越遠?
假如地球和月球都像高中物理習題集的描述那樣只是一個質點 , 那地球的引力是絕不可能反而把月球推走的 。 但它們在真實世界中不但是個巨大的球 , 而且是個會變形的巨大的球 。 要是你曾經在皓月當空的夜晚在海邊漫步 , 就會對這種變形有著深刻的感受 。 同一個地點的海面每天會經歷兩次高潮——月球吸引著包裹在地球表面的海水 , 形成一個橢球形的“水球” , 水球的長軸方向從地球指向月球 。 長軸方向的海面在一天中達到最高 , 這是“潮”;短軸方向的海面在一天中最低 , 這是“汐” 。
潮和汐的產生 , 是因為地球表面不同的地方受到不同大小的月球引力 , 所以物理學上用“潮汐力”來稱呼由于引力差異而產生的力 。 地球在月球的影響下產生潮汐 , 月球雖然表面沒有海洋 , 也照樣會在地球的影響下產生非常微小的拉伸變形 , 不妨把這看作是固體的“潮汐” 。
現在你退到海岸的高處 , 海面不斷升高 , 浸濕了沙灘 。 別忘了 , 與此同時地球在自轉 , 而月球在繞著地球公轉 。 地球自轉比月球公轉快得多 , 所以海面的最高點根本來不及恢復原狀 , 馬上就會被地球的自轉帶到月球的前方:瞧 , 月亮不是漸漸偏西了嗎?這一大團凸出的海水可以近似地和月球單獨“結算”引力 , 前方的海水和落在它身后的月球互相拉扯 。 先進帶動后進的結果是月球在軌道上獲得了加速度 , 來自地球的引力不能讓它安分待在原來的軌道上 , 于是月球竄到了能量更高、離地球更遠的軌道 , 這就是“潮汐加速” 。 而地球呢?原本好好的自轉著 , 卻被一團向后的海水拖了后腿 , 自轉的速度不得不稍微放慢一點 。 這樣的情況每時每刻都在地球的海面上發生 , 日積月累 , 后果終于變得不可忽略 。

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