月球“出走”的謎因：它正以每年3.8厘米的速度離開地球

從日全食說(shuō)起

公元前585年5月28日，呂底亞和瑪代兩個(gè)城邦的士兵為爭(zhēng)奪土地而激戰(zhàn)正酣。他們的戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)打了六年，仍未決出勝負(fù)。在初夏黃昏的一片沙土飛揚(yáng)中，兩隊(duì)士兵突然驚恐地發(fā)現(xiàn)，天上的太陽(yáng)被黑影吞噬了！在長(zhǎng)達(dá)6分鐘的黑暗過(guò)后，驚慌失措的士兵們紛紛放下武器，因?yàn)樗麄円暼帐碁榻K戰(zhàn)的預(yù)兆，所以不再刀劍相向。一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)因壯觀的“神跡”戛然而止。我們現(xiàn)在知道，日全食并不是神跡，只是由于月球從太陽(yáng)前面經(jīng)過(guò)時(shí)恰好完全擋住了太陽(yáng)而形成的。而這樣的天文奇觀能夠出現(xiàn)的前提，是月球與地球之間的距離剛剛好能讓我們眼中的月亮和太陽(yáng)一樣大，完美得像是一場(chǎng)被巧妙設(shè)計(jì)的陰謀。如此的巧合不禁讓有些人猜想，是不是月球是更高級(jí)的文明放置在地球附近的監(jiān)視飛船？還是造物主有意而為之？

月球與地球的距離

當(dāng)年阿波羅計(jì)劃登月時(shí)，宇航員在月面安裝了鏡子，用以反射地球的激光，從而通過(guò)光速和時(shí)間差測(cè)得地月距離約為38.4萬(wàn)公里。但按照計(jì)算機(jī)的推演，月球在45億年前誕生時(shí)，離地球只有2.5萬(wàn)公里遠(yuǎn)。那時(shí)的月球看上去非常巨大，引力能在地球上掀起幾千米高的巨浪。隨著時(shí)間的推移，月球逐漸遠(yuǎn)離地球。到了三疊紀(jì)恐龍出現(xiàn)時(shí)，月球離地球已經(jīng)有37萬(wàn)多公里那么遠(yuǎn)了，看上去比現(xiàn)在大5%。

出走的謎因

月球?yàn)槭裁措x地球越來(lái)越遠(yuǎn)了呢？

簡(jiǎn)單地說(shuō)，一種被稱為“潮汐效應(yīng)”的力量讓月球逐 漸遠(yuǎn)離地球。月球的引力在地球朝向和背離月球的兩頭造成海面隆起，也就是潮汐。由于地球只需要一天就能自轉(zhuǎn) 一周，而月球要一個(gè)月才能繞地球轉(zhuǎn)一圈，比自轉(zhuǎn)慢得多，因此潮汐看上去是向著與地球自轉(zhuǎn)相反的方向前進(jìn)，海水與海底產(chǎn)生的巨大摩擦力會(huì)讓地球的自轉(zhuǎn)逐漸變慢，就像月亮用看不見的繩子拖拽住地球一樣。與此同時(shí)，由于力的作用是相互的，月球也像是被地球拉著加速。這就好比一個(gè)原地快速轉(zhuǎn)圈的滑冰運(yùn)動(dòng)員去拉身邊的一個(gè)慢悠悠走過(guò)的同伴，運(yùn)動(dòng)員的旋轉(zhuǎn)會(huì)因此變慢，而同伴會(huì)被他拽得比原來(lái)更快。

當(dāng)月球繞地球旋轉(zhuǎn)的速度越快，它越容易擺脫地球引力的束縛，因此月球會(huì)離地球越來(lái)越遠(yuǎn)。

月球會(huì)離開地球嗎

科學(xué)家經(jīng)過(guò)大量觀測(cè)和計(jì)算得出，每過(guò)百年潮汐效應(yīng)會(huì)讓地球自轉(zhuǎn)速度減慢約2毫秒，與此同時(shí)，月球每年也會(huì)遠(yuǎn)離地球約 3.8 厘米。相比浩瀚的宇宙空間，3.8 厘米似乎微不足道， 但宇宙的歲月如此漫長(zhǎng)，億萬(wàn)年過(guò)去，月球會(huì)離地球越來(lái)越遠(yuǎn)。那月球最終會(huì)離開地球么？簡(jiǎn)單的回答是：并不會(huì)。一方面，隨著月球與地球的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，月球的萬(wàn)有引力對(duì)地球產(chǎn)生的潮汐效應(yīng)也越來(lái)越弱；另一方面，地球的自轉(zhuǎn)因潮汐效應(yīng)變慢后， 拖拽效應(yīng)也會(huì)越來(lái)越不明顯。如果只考慮地球和月球的這一對(duì)組合，只要時(shí)間足夠久，比如數(shù)百億年后，地球與月球就會(huì)變得像冥王星與它的衛(wèi)星卡戎一樣，始終只有一面朝向?qū)Ψ?，也就是互相“潮汐鎖定”。如果時(shí)間接近無(wú)限久的話，考慮到引力波輻射等原因，月球終將墜落地球。

地月的未來(lái)

然而，在月球墜落之前，地球可能已經(jīng)不存在了。太陽(yáng)的預(yù)期壽命是有限的，太陽(yáng)的氫核聚變還能再持續(xù)大約50億年，之后太陽(yáng)將變成紅巨星并猛烈膨脹，吞沒(méi)地球和月球。甚至不用等 50 億年，地球在約 10 億年后就已經(jīng)不適宜人類文明生存了，因?yàn)槟菚r(shí)太陽(yáng)的輻射功率將會(huì)增加10%，其產(chǎn)生的熱量會(huì)把地球上的海洋全部蒸發(fā)殆盡。失去海洋潮汐效應(yīng)，月球遠(yuǎn)離地球的腳步會(huì)陡然變慢，之后便與地球一起，靜靜地等待著被太陽(yáng)吞噬的宿命。因此，至少在人類文明存續(xù)的歲月里，月球永遠(yuǎn)是地球的衛(wèi)星。

摘自：課堂內(nèi)外初中版·科學(xué)少年 2023年7月第3周刊（總第 1149 期）文 / 太空僧 編輯 / 山雨