每隔24小时，地球表面就会沐浴在黑暗和阳光之中，因为地球度过了一整天。当地球在其轴线上稳定地旋转时，日出和日落就像钟表一样发生。但是，地球的卫星——月球呢——也会旋转吗？
*从地球上看到的月亮的不同阶段。(图片来源：Yaorusheng via Getty Images)
答案是肯定的，月球在自转，但它的速度比地球慢得多。根据美国国家航空航天局称，一个“月球日”大约是29.53个地球日。换句话说，地球每24小时完成一次自转，而月球大约每709小时经历一次日出。
与许多天体一样，月球的自转运动可能是其形成时期遗留下来的。根据美国国家航空航天局（NASA）的说法，一种被称为巨型撞击假说的理论提出，大约在45亿年前，一个与火星差不多大的物体撞上了仍在发展中的地球。这个理论上的天体被称为Theia，Theia撞击产生的热量可能通过融化地壳创造了岩浆海洋，并导致地球向太空喷射出旋转的汽化颗粒。
根据巨型撞击假说，这些尘埃和气体云在最初的撞击力作用下旋转着。最终，这些旋转的粒子聚集在一起，因为质量越来越大，它开始加速旋转。想象一下有一个花样滑冰运动员，当他们在冰上旋转时，他们的手臂会收起来。滑冰者的质量在靠近他们中间的地方更加紧凑，所以滑冰者的速度加快了。这是因为他们的角动量是守恒的——旋转物体所需的旋转力，或惯性力矩，与角速度的乘积。换句话说，旋转一个离重心较远的物体需要更大的力。因此，如果花样滑冰运动员的手臂伸出来，他们就会旋转得更慢，而当他们收起手臂时，就会旋转得更快。
自从数十亿年前的原始碰撞以来，月球一直保持着它的角动量。“两个旋转的物体相互撞击，物理学定律告诉我们，由此产生的巨大尘埃云将保持旋转。最终，这个旋转的尘埃云凝结成了旋转的月亮。”美国宇航局戈达德太空飞行中心和马里兰大学的月球地质学家丹尼尔-莫里亚蒂说。
与地球不同，月球没有大气层，所以没有空气阻力来减缓运动的物体；因此，一旦物体开始旋转，它们往往会一直旋转。当然，对于地球拥有月球，还有其他理论。一种是捕获理论，即月球是一个游荡的天体，就像一颗小行星，被地球的引力所捕获。根据美国宇航局的说法，在这种理论中，月球是在太阳系的其他地方产生的，然后在经过地球时开始绕地球运行，所以当它被拉入地球的引力场时已经有了自己的旋转。
*通过望远镜拍摄到的不同月相。(图片来源: Yaorusheng via Getty Images)
另一种理论是共同形成理论，即月球与地球同时产生。在这一假设中，两个五倍于火星大小的巨大天体相互碰撞。美国宇航局报告说，地球和月球随后从碰撞产生的物质云中凝结出来。
然而，是地球设定了月球的自转速度。月球在大约27天内完成一圈自转——几乎与月球绕地球运行的时间相同：27.32天。因此，地球上的人们只能看到月亮的一面。如果一个月球日再长一点或再短一点，我们就能看到月球绕地球运行时的所有月球表面。
事实上，轨道和自转并不完全匹配，因为地球实际上是在一个类似椭圆形的轨道上运行。据媒体报道，当月球处于其轨道上最接近地球的轨道点时，其自转速度比其轨道慢，这使我们经常会看到额外的8度月球表面。
从我们的角度看，月球不旋转的错觉是由潮汐锁定造成的，或者说是一种同步旋转，在这种情况下，一个被锁定的天体围绕其伙伴的轨道所需的时间和它由于其伙伴的引力而在其轴上旋转一次所需的时间一样。(其他行星的卫星也有同样的效应。）此外，月球不是一个完美的圆，它是不平衡的。“月球不是对称的，”莫里亚蒂说。“月球朝向和远离地球的半球之间存在着质量和密度的差异。这种差异是如此之大，以至于有一面由于重力的作用而一直‘卡’着面向地球。”
“因此，当月球围绕地球运行时，它会旋转以保持同一面朝向我们，”莫里亚蒂说。“一次旋转所需的时间与一个轨道的时间相同，换句话说，大约一个月。”换句话说，地球和月球互相施加引力，而施加的引力总是在两个天体直接面对对方的地方最强，导致地球和月球在被拉向对方的方向时都会稍微相互拉伸对方。因此，月球被拉伸成一个椭圆的形状，其最长的轴被拉向我们。这也是导致地球上的潮汐每天涨落的原因。
潮汐锁定还影响到行星和卫星的运动方式。在这些天体最初形成时，地球和月球上的日子要短得多，因为那时候地球和月球的自转速度都比现在快得多。哈佛大学和SETI研究所的研究人员的一个模型甚至估计，早期地球在与Theia相撞时，当时的一天短至2.5小时。然而，由于引力不断牵引着月球的最长轴线朝向地球，地球和月球的白天随着时间的推移而延长了。
（独家编译：科幻世界）
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