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嫦娥四號奔月進(jìn)行時(shí)，專(zhuān)家詳解——
月球，為啥有個(gè)“背面”？

　　12月8日2時(shí)23分，嫦娥四號探測器搭乘長(cháng)征三號乙運載火箭，開(kāi)始了奔月之旅。她肩負著(zhù)沉甸甸的使命：首次實(shí)現人類(lèi)探測器月球背面軟著(zhù)陸。
    　　
　　請注意這里的關(guān)鍵詞——月球背面。
   
　　曾經(jīng)無(wú)數次舉頭望明月的你，是否留意過(guò)，我們始終只能看到月亮有玉兔和月桂樹(shù)的那一面？沒(méi)錯，千百年來(lái)月球始終只有一面對著(zhù)地球，另一面始終背對地球。
   
　　問(wèn)題來(lái)了，是誰(shuí)把月球變成了雙面伊人？
   
　　同步自轉只是表面原因
   
　　用一句話(huà)解釋這個(gè)現象，也很容易：月球繞地球公轉一圈和月球自轉一圈的時(shí)間，都是28天左右。
   
　　想象一下，繞大樹(shù)畫(huà)個(gè)大圓圈，在大圓圈上均勻標出360個(gè)刻度。始終面對這棵大樹(shù)走一圈，用360步走完。在大圓圈上每走1步，身體就傾斜1度。走完時(shí)身體也同時(shí)完成360度旋轉，回到原位。
   
　　也就是說(shuō)，當你用同樣的時(shí)間完成自轉和公轉時(shí)，你始終會(huì )一面對著(zhù)大樹(shù)。月球始終一面對著(zhù)地球的現象也是如此。在天文學(xué)中，這叫同步自轉。
   
　　然而，這只是表面原因。
   
　　“月球形成早期，自轉速度比現在快多了。只有幾個(gè)小時(shí)，而不是現在的28天左右。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇告訴科技日報記者，對地球而言，月球也曾是“多面伊人”。是數億年來(lái)，月球自轉速度不斷變慢，慢到自轉和公轉周期幾乎一樣，才導致它始終一面對著(zhù)地球。
   
　　所以，根本原因在于，是誰(shuí)給月球自轉踩了剎車(chē)？
   
　　潮汐力難辭其咎
   
　　要解釋月球自轉變慢，潮汐力是最容易想到的因素。
   
　　地球和月球相互繞轉，且相互具有萬(wàn)有引力，彼此都會(huì )給對方施加潮汐力。地球上的潮汐現象，就與月球對地球的引力有關(guān)。
   
　　住在海邊的人，會(huì )發(fā)現海水一天有兩次漲潮和落潮。一次是月亮在地球背面時(shí)，另一次是月亮在頭頂時(shí)。
   
　　周禮勇解釋說(shuō)，這是因為地球正對月亮的那面，受到的月球引力更強；背對月亮的那面，受到的月球引力較弱。引力的方向都朝著(zhù)月球。而地球在繞月球轉時(shí)，無(wú)論哪個(gè)點(diǎn)的離心力都一樣。離心力的方向與月球施加于地球的引力方向相反。
   
　　如此一來(lái)，地球背對月球的那面，受到的月球引力稍小于離心力，面對月球的那面月球引力稍大于離心力，最終兩面都感受到一個(gè)離開(kāi)地心方向的力。所以地球兩側的海水就漲起來(lái)了。
   
　　“月球在繞地球轉時(shí)，同樣會(huì )受到地球帶來(lái)的潮汐力。”周禮勇說(shuō)，地球潮汐力的作用，是讓月球正對和背對地球的面都鼓起來(lái)，讓月球變扁了。
   
　　盡管月球上沒(méi)有海水，月殼、月幔和月核卻依然可以感受到潮汐力，并在月球內部形成不斷涌動(dòng)的固體潮。這種固體潮導致月球幔層之間不斷摩擦，轉變?yōu)樵職炔康臒崮堋＿@在幾十億年時(shí)間內，可以耗散月球部分動(dòng)能。
   
　　力矩才是直接剎車(chē)機制
   
　　不過(guò)，潮汐力帶來(lái)的摩擦耗散可能是有限的。
   
　　中科院國家天文臺研究員平勁松和同事們研究發(fā)現，月核與月幔之間的流體屬于超低粘性層，這意味著(zhù)潮汐力所引發(fā)的月核與月幔之間的摩擦力很小，不至于耗散月球太多動(dòng)能。
   
　　“關(guān)鍵在于潮汐作用引起的摩擦作用發(fā)生在月球內部，這種過(guò)程只能耗散掉地球、月球這個(gè)系統的總機械能，而不能直接給月球自轉踩剎車(chē)。”周禮勇說(shuō)。
    　　
　　兩位天文學(xué)者都認為，最直接的剎車(chē)機制是地球與月球之間的力矩作用。力矩是指作用力使物體繞著(zhù)轉動(dòng)軸或支點(diǎn)轉動(dòng)的趨向。
   
　　周禮勇解釋說(shuō)，月球在逐漸變扁的過(guò)程中，依然要在繞著(zhù)地球公轉的同時(shí)自轉。想象在月球內部，有一條與地心和月心連線(xiàn)方向一致的長(cháng)軸。長(cháng)軸在瞬間是指著(zhù)地心的，但由于月球要自轉，下一瞬間這條長(cháng)軸就會(huì )偏過(guò)去，不再指著(zhù)地心。
   
　　這時(shí)，來(lái)自地球的潮汐力對月球這個(gè)長(cháng)軸的兩端都會(huì )產(chǎn)生力矩。這個(gè)力矩與長(cháng)軸偏移過(guò)去的方向相反，也就是跟月球自轉方向正好相反。這會(huì )直接改變月球自轉的角動(dòng)量，導致月球自轉速度逐漸減慢。
　　
　　天長(cháng)月久，月球自轉周期和公轉周期變得相差無(wú)幾，最終有了我們在地球上看不到的“背面”。