月球每年退行3.8釐米,500億年後,它讓地球的一天變47天

月球每年退行3.8釐米,500億年後,它讓地球的一天變47天

作為地球的天然衛星,月球在一個偏心率很低的橢圓軌道上繞著地球公轉。當月球運動到近地點時,地月距離為36。26萬公里,遠地點的地月距離為40。54萬公里,平均距離為38。44萬公里。

不過,月球不會一直在目前的軌道上運動,它與地球的距離正在逐漸變遠。根據天文學家的估算,月球目前的退行速度約為3。8釐米/年。那麼,為什麼月球會遠離地球呢?月球退行的驅動力是什麼?

月球每年退行3.8釐米,500億年後,它讓地球的一天變47天

目前的理論認為,月球形成於一場大碰撞。大約45億年前,原始地球剛形成之後不久,太陽系中的另一顆原始行星(名為忒伊亞,質量估計為目前地球的十分之一)撞上了原始地球。

這場大碰撞產生了大量的碎片,它們進入太空中,環繞地球旋轉,成為地球的光環。由於軌道上的碎片非常多,它們之間不斷互相碰撞,形成越來越大的團塊。經過長時間的引力作用之後,碎片最終結合形成了月球。

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在月球剛形成時,地月距離只有大約2。25萬公里。如果在那時的地球上看月球,滿月的視直徑可達8。8°,視面積將會是現在的290倍。那時,地球上很容易出現日食。當時的月球還沒有達到同步自轉,月球沒有正面和背面之分。隨著月球的自轉,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,直至現在依然沒有停止。最初月球的退行速度較快,每年遠離21釐米,是目前速度的5。5倍。隨著時間的推移,退行速度逐漸變慢。

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但中間有過三次較大的起伏,第一次是在32億年前,當時月球的退行速度為6。9釐米/年。第二次是在9億年前,受到小行星的撞擊,月球的退行速度又加快到7釐米/秒。第三次是在5。2億年前,當時的退行速度為6。5釐米/年。

月球之所以一直在退行,其根本原因在於潮汐作用。在月球引力的作用下,地球會在朝向和背離月球的兩側形成潮汐隆起。由於地球的自轉角速度要比月球的公轉角速度快,潮汐隆起下方的地球會轉過去,隆起的海水本身會被月球引力拖住,從而導致地球自轉減速。

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由於地月系統的整體角動量是守恆的,地球的自轉角動量變小,它們會轉移給月球,迫使月球遷移到更高軌道上,所以月球會慢慢遠離地球而去。

在月球遠離地球的同時,地球引力對月球產生的潮汐作用也會讓月球的自轉速度變慢。經過大約1600萬年的時間,月球的自轉角速度減慢到與公轉角速度同步,月球被潮汐鎖定。此後,月球的自轉和公轉角速度同步減慢,始終處於潮汐鎖定的狀態。

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那麼,隨著月球的逐漸遠離,它最終會徹底脫離地球的引力束縛嗎?

天文學家估計,大約500億年後,地球的自轉角速度會減慢到與月球的自轉、公轉角速度同步,地球和月球互相被潮汐鎖定,那時地球自轉一週所需的時間將會是47天。在那之後,地球上不會出現潮汐作用,地月系統達到平衡,月球也不再遠離地球,更不會脫離地球。

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太陽將會在50億年後演化到末期,膨脹為紅巨星。老年太陽的最外層有可能擴張到地球軌道之外,導致地球和月球都被太陽吞噬掉,所以地月系統有可能等不到互相潮汐鎖定的那一天。