月球每年退行3.8厘米,500亿年后,它让地球的一天变47天

月球每年退行3.8厘米,500亿年后,它让地球的一天变47天

作为地球的天然卫星,月球在一个偏心率很低的椭圆轨道上绕着地球公转。当月球运动到近地点时,地月距离为36.26万公里,远地点的地月距离为40.54万公里,平均距离为38.44万公里。

不过,月球不会一直在目前的轨道上运动,它与地球的距离正在逐渐变远。根据天文学家的估算,月球目前的退行速度约为3.8厘米/年。那么,为什么月球会远离地球呢?月球退行的驱动力是什么?

月球每年退行3.8厘米,500亿年后,它让地球的一天变47天

目前的理论认为,月球形成于一场大碰撞。大约45亿年前,原始地球刚形成之后不久,太阳系中的另一颗原始行星(名为忒伊亚,质量估计为目前地球的十分之一)撞上了原始地球。

这场大碰撞产生了大量的碎片,它们进入太空中,环绕地球旋转,成为地球的光环。由于轨道上的碎片非常多,它们之间不断互相碰撞,形成越来越大的团块。经过长时间的引力作用之后,碎片最终结合形成了月球。

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在月球刚形成时,地月距离只有大约2.25万公里。如果在那时的地球上看月球,满月的视直径可达8.8°,视面积将会是现在的290倍。那时,地球上很容易出现日食。当时的月球还没有达到同步自转,月球没有正面和背面之分。随着月球的自转,在地球上可以看到月球的不同面。

自月球形成那一天起,它就一直在退行,直至现在依然没有停止。最初月球的退行速度较快,每年远离21厘米,是目前速度的5.5倍。随着时间的推移,退行速度逐渐变慢。

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但中间有过三次较大的起伏,第一次是在32亿年前,当时月球的退行速度为6.9厘米/年。第二次是在9亿年前,受到小行星的撞击,月球的退行速度又加快到7厘米/秒。第三次是在5.2亿年前,当时的退行速度为6.5厘米/年。

月球之所以一直在退行,其根本原因在于潮汐作用。在月球引力的作用下,地球会在朝向和背离月球的两侧形成潮汐隆起。由于地球的自转角速度要比月球的公转角速度快,潮汐隆起下方的地球会转过去,隆起的海水本身会被月球引力拖住,从而导致地球自转减速。

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由于地月系统的整体角动量是守恒的,地球的自转角动量变小,它们会转移给月球,迫使月球迁移到更高轨道上,所以月球会慢慢远离地球而去。

在月球远离地球的同时,地球引力对月球产生的潮汐作用也会让月球的自转速度变慢。经过大约1600万年的时间,月球的自转角速度减慢到与公转角速度同步,月球被潮汐锁定。此后,月球的自转和公转角速度同步减慢,始终处于潮汐锁定的状态。

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那么,随着月球的逐渐远离,它最终会彻底脱离地球的引力束缚吗?

天文学家估计,大约500亿年后,地球的自转角速度会减慢到与月球的自转、公转角速度同步,地球和月球互相被潮汐锁定,那时地球自转一周所需的时间将会是47天。在那之后,地球上不会出现潮汐作用,地月系统达到平衡,月球也不再远离地球,更不会脱离地球。

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太阳将会在50亿年后演化到末期,膨胀为红巨星。老年太阳的最外层有可能扩张到地球轨道之外,导致地球和月球都被太阳吞噬掉,所以地月系统有可能等不到互相潮汐锁定的那一天。


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