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《科学24小时》

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你不了解的地球伙伴

2013-07-12 19:44:17

随着“嫦娥3 号”任务的展开和达成,月球这个忠实的伴侣再次吸引了我们的眼球。可是,这个我们习以为常的月球又有多少不被我们所知的秘密呢?

你不了解的地球伙伴

                     ——探索月球的N个发现

范士忠

著名的英国摇滚乐队Pink Floyd(平克·弗洛伊德)曾以专辑《The Dark Side of the Moon》(《月之暗面》)轰动全球。不久前,美国天文学家公开了月球背面的照片,同样震惊世界。毕竟,由于月球的自转周期和公转周期严格相等,使得人类永远无法从地球上看到月球的背面。这些照片的公布,让我们对这位地球的伙伴有了更深入的了解,一些固有的常识似乎也逐渐被推翻。

发现1:月球是否围绕地球旋转

有多少人认为月球是围绕地球旋转的呢?实际上,事实并非如此。地球和月球是一个双星系统,虽然月球是地球的卫星,但它并没有绕着地球旋转,它只是伴随着地球对转,沿着共同的轨道——地月轨道围绕太阳运转。

发现2:月球一昼夜有多长

在月球上,黑夜和白昼的交替非常突然,根本看不到所谓的“晨昏蒙影”,这是因为月球的大气非常稀薄,无法散射阳光的缘故。在月球上,太阳从东边升出“月平线”之后,要经过164 小时才能升至中天,从中天移至西边“月平线”落下,又需164 小时;再经过328 小时的黑夜,太阳才会从东边再次升起。也就是说,月球上的一次昼夜变换需要大约656 小时,相当于地球上4 个星期,确切地说是27.32天。

发现3:为何人类永远无法看见月球背面

亘古以来,月球始终对人类隐藏着自己的背面,直到宇宙飞行器环绕它飞行之后,人们才能一睹庐山真面目。科学家认为,在地球上之所以只能看到月球的半面,是因为月球的自转周期和公转周期严格相等。月球在地球引力的长期作用下,质心已经不在它的几何中心了,而是在靠近地球的一边,如此一来,月球相对于地球的引力势能就非常小。因此,月球在公转的过程中,质心永远朝向地球的一边,就好像地球用一根绳子将月球栓住了一样,这就使得月球永远只能以相同的一面朝向我们。

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月球正面图

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月球背面图

发现4:月球如何“偷走”地球的能量

地球上的潮汐运动多是由月球引起的。由于月球随着地球对转,地球上的海洋就会受到它的引力牵引而规律性地出现高潮,这是因为月球对地球本身的引力牵引作用大于对其水体的作用,从而使另一面的海水向外“鼓”而造成的。在满月和新月时,太阳、月球和地球都处在一条直线上,此时形成的潮水就会非常大,我们称之为朔望大潮。这些牵引作用还产生了另外一个有趣的现象:地球的自转能量被月球一点点地“偷走”了,因此每100年地球的自转周期就会减慢1.5 毫秒。

发现5: 为什么月球会逐渐远离地球

科学家根据多年的考察和分析后发现,月球正以每年3.8 厘米的速度“逃离”地球。最初,月地距离仅有22.5万千米,而如今已扩大到了38.4 万千米。400 万年前的月地距离只有如今的43%,而在7000万年前,月球“逃离”地球的速度更是达到了惊人的每年94.5 厘米。虽然月球永远无法摆脱地球的影响,但随着时间的推移,月球会离地球越来越远。这是为什么呢?美法科学家经联合研究后认为,在月球引力的作用下,地球上会产生潮汐运动,而潮汐运动中的一部分能量就分散到地球的海洋里,正是由于这部分失去的能量,使得地月系统的运动受到影响,这就是月球逐渐远离地球的原因。

发现6:难道月球催生了地球生命吗

如果没有月球,也许地球上就不会产生生命,这是英国科学家提出的生命起源新理论。当月球引发地球上的潮汐运动时,海岸线附近的盐度会急剧地发生周期性变化,这在早期DNA 分子的进化过程中发挥了至关重要的作用。40 亿年前,月球距离地球非常近,地球的自转速度也很快,那时的潮汐运动格外频繁,每4 小时就会发生一次。由于涨潮时的海水盐度很低,且单链上磷酸基所带的电荷相互排斥,类似DNA 的双链聚合体就会分解成单链,并吸收小分子形成更多单链。退潮时,海水盐度变高,而高盐分能中和单链上磷酸基所带的电荷,这就会促进单链聚合成双链。随着潮汐变化,这一过程周而复始,促进了双链聚合体的“繁殖”,从而催生了生命。

发现7:环形山为何不会受到侵蚀

38 亿年前的漫长岁月中,月球受到了宇宙中岩石的强烈冲击,形成了坑坑洼洼的月球表面,至今尚存,即我们所谓的“环形山”。那时,岩石冲击月球的频率远高于职业拳击运动员击打沙袋的频率。如今,这些环形山依旧矗立在那儿,并没有受到多大的侵蚀,其原因有二:一是月球的地质活动不太频繁,不会像地球那样因地震、火山爆发和造山运动而形成千变万化的地形地貌;二是由于月球几乎没有大气层,也就没有各类大气运动,因此环形山表面很少受到侵蚀。

发现8:月球从何而来

月球是怎么来的?是自生的还是地球“抢”来的?是地球的同胞姐妹还是异母兄弟?

绝大多数科学家认为,月球是地球与其他行星碰撞产生的。这个过程大约发生在50 亿年前,当时一颗体积约为地球15%的行星在穿越地球轨道时,与地球碰撞并发生爆炸,行星外壳与地壳碎片一起被抛入太空,这些碎片一边随地球对转,一边在万有引力作用下凝聚成团,从而形成了今天的月球。

也有一部分学者认为,月球是由地球分裂出来的。在地球形成之初,大地呈高温熔融状态,受到离心力和太阳引力的作用,在自转线速度最快的赤道附近,地球会不断地向太空甩出一些熔化物质,这些物质形成一个围绕地球转动的环带,最后收缩成月球。

当然,还有一种学说认为,在太阳系形成之初,地球轨道附近有一团尘埃和气体围绕太阳旋转,由于尘埃和气体互相吸引,最终凝聚为两团云状物质,继而收缩为地球和月球。

捕获学说则认为,月球原本是一颗在太阳系中自由运动的行星,它在作绕日运动时被地球引力捕获,从而成为地球的卫星。数十亿年来,地球已捕获过4 颗卫星,只不过前三颗卫星在绕地运动中,因与地球靠得太近,最后都坠落到了地球上,剧烈的撞击形成了如今地球四大洋中的三大洋。

月球的成因自古众说纷纭,虽然这些学说都难以尽善尽美地解答有关月球起源的问题,但随着科学的发展,人们必定会找到更完美的答案。

相关链接

质心:指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点。与重心不同的是,质心不一定要在有重力场的系统中。

引力势能:物体(特别指天体)在引力场中具有的能。物理学中经常把无穷远处定为引力势能的零势能点。

 



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