在太阳潮汐力和月亮潮汐力的共同作用下，地球上形成了潮涨潮落的现象。
对地球而言，月球曾是一位“多面伊人”。但数亿年来，月球自转速度不断变慢，慢到自转周期和公转周期几乎一样，导致它始终是同一面对着地球。那么——
本报记者 刘园园
1月份，月球将在天幕献上“专场演出”。1月初的超级月亮之后，1月31日月全食又将上演。虽然可以更加清晰地欣赏月亮，但一个令人遗憾的事实是，你始终只能看到它有玉兔和月桂树的那一面。
不管你是否注意过，千百年来月球只有一面对着地球。另一面，始终背对地球。
难道月亮的另一面太丑，不愿示人吗？
同步自转只是表面原因
这个现象，用天文学知识解释起来也简单：因为月球绕地球公转一圈的时间和月球自转一圈的时间大致相同，都是28天左右。
想象一下，绕一棵大树画一个大圆圈，并在这个大圆圈上均匀标出360个刻度。假设你要始终面对这棵大树走一圈，一共用360步走完。而在大圆圈上每走1步，你的身体也会倾斜1度。那么在走完这个大圆圈时，你的身体也同时完成了360度旋转，并回到原位。
也就是说，当用同样的时间完成自转和公转时，你始终是同一面对着大树的。月球也是如此。“在天文学中，这叫做同步自转。”南京大学天文与空间明升体育app学院教授周礼勇接受科技日报记者采访时说。
然而，这只是表面原因。
“在月球形成早期，它的自转速度比现在快多了。自转周期只有几个小时，而不是现在的28天左右。”周礼勇介绍，对地球而言，月球也曾是一位“多面伊人”。只是数亿年来，月球自转速度不断变慢，才导致它始终一面对着地球。
那么，到底是谁给月球自转踩了刹车？
最老生常谈的是潮汐力
要解释月球自转变慢，潮汐力是最容易想到的一个因素。
说起潮汐力，很多人会想到地球表面的潮汐现象。没错，潮汐现象的幕后推手就是潮汐力。
地球和月球之间是相互绕转的，且相互施加万有引力。它们彼此都会给对方施加潮汐力。地球上的潮汐现象，就与月球对地球的引力有关。
住在海边的人，会发现海水一天有两次涨潮和落潮。一次是月亮在地球背面的时候，另一次是月亮在头顶的时候。
周礼勇解释说，这是因为地球正对着月亮的那面，感受到的月球引力较强；背对着月亮的那面，感受到的月球引力较弱。引力的方向都朝着月球。而地球在绕月球转时，无论哪个点的离心力都是一样的。离心力的方向与月球施加于地球的引力方向相反。
如此一来，地球上背对月球的那一面，受到的月球引力稍小于离心力，而面对月球的那一面月球引力稍大于离心力，最终的等效结果就是这两面都感受到一个离开地心方向的力。所以地球两侧的海水就涨起来了。
“月球在绕地球转时，同样也会感受到地球带来的潮汐力。”周礼勇说，地球潮汐力的作用，是让月球正对和背对地球的面都鼓起来，也就是让月球变扁了。
尽管月球上没有海水，月壳、月幔和月核却依然可以感受到潮汐力，并在月球内部形成一种不断涌动的固体潮。这种固体潮导致月球幔层之间不断摩擦，转变为月壳内部的热能。这在几十亿年的时间内，可以耗散月球的部分动能。
力矩才是直接刹车机制
不过，中科院国家天文台研究员平劲松的研究发现，潮汐力带来的摩擦耗散可能是有限的。
几年前，平劲松曾和同事发表一项关于月球的研究。他们发现，月核与月幔之间的流体属于超低黏性层，这意味着潮汐力所引发的月核与月幔之间的摩擦力很小，不至于耗散月球太多动能。
“关键在于潮汐作用引起的摩擦作用发生在月球内部，这种过程只能间接导致月球自转变慢，而不能直接给月球自转踩刹车。”周礼勇说。
两位接受科技日报记者采访的天文学者都认为，最直接的刹车机制其实是地球与月球之间的力矩作用。
在潮汐作用之下变扁了的月球，依然要在绕着地球公转的同时自转。周礼勇解释说，可以想象月球鼓起来的两侧，就像两只突起来的“耳朵”，两只“耳朵”的连线本应该指着地心方向。但是由于月球要自转，这两只“耳朵”的连线实际上会有一点点偏移，不再指着地心。
这个时候，来自地球的潮汐力会对月球上突起来的两只“耳朵”都产生一个力矩，把两只“耳朵”往回拽，跟月球自转的方向正好相反。拽着拽着，月球的自转速度也就逐渐减慢了。
平劲松用一个简单的小实验解释地球与月球之间的力矩作用。
在一个转盘中心固定一块磁铁，代表地球。在转盘的边缘固定一个指南针，代表月球。弹动指南针，让指针快速旋转，代表月球自转。然后迅速转动转盘。你会发现，在转盘转动的过程中，原本快速旋转的指针会慢慢停下来，最终指向转盘中心的磁铁。
让指针停下来的，正是力矩的作用。月球自转减慢的原理与此类似。
月球是个“两面派”
由于以上机制，月球自转逐渐变慢，直到和公转速度一样。最终出现始终一面对着地球的结果，也就是被地球“潮汐锁定”了。
而且更为神奇的是，月球面对和背对地球的一面，有很大不同。这就是所谓的月球“二分性”。
平劲松告诉科技日报记者，月球面对地球的这面陨石坑更大、更密集，玄武岩的分布更多。而背对地球的那一面则有更多高山。
“我们的研究还发现，月球的重心跟它的形状中心之间，相差两公里。也就是月球重心更接近地球，而形状中心更远离地球。”平劲松说。
这可以理解为，月球对着地球的半球更小，却更重。月球背着地球的半球体积更大，但是却更轻。在平劲松看来，月球形状和质量分布的不均，会进一步增强力矩的作用，让月球自转减速更明显。
至于月球的两面为何会出现如此大的差异，天文学界也莫衷一是。
比如，为何月球面对着地球的这一面有更多陨石坑？有人认为，月球面对地球的这面被地球挡住了，按说受到其他天体的撞击更少才对。有人却认为，这是因为地球的引力起到的聚焦作用，反而使月球对着地球的那面承受了更多撞击。
有趣的是，在宇宙中，不仅仅月球只将一面对着自己所绕转的行星。
“受潮汐力和力矩的影响，所有的行星—卫星系统，甚至恒星—行星系统都在趋向于这种结果。”周礼勇介绍，也就是说，不只是行星可以锁定它的卫星，恒星也可以锁定它的行星。只不过，这个过程非常慢，可能在实现潮汐锁定之前，天体系统就消亡了。
平劲松介绍，在太阳系内，火星、木星、土星都存在锁定自己卫星的情况，冥王星与冥卫一互相用同一面对着彼此。水星的自转周期则是公转周期的2/3，被太阳部分锁定。
或许有一天，地球也可能只有一面对着太阳。只是，你我在有生之年肯定看不到了。
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