月球与地球的相互作用——月球和嫦娥探月系列之二

  太阳系中的行星共有150多个卫星，月球拥有独一无二的特点。卫星与自己的行星的体积比或质量比，月球是最大的，因此地月系统较为稳定、彼此影响相对来说比较大。地球上发生的潮汐现象就是月球引力起的及其重要的作用。地球和月球相互作用导致各自的自转速度逐步减慢，以至于月球的自转速度等于它绕地球的公转速度。地球的气候四季分明，假如没有月球的加入，地球的气候将变得极其紊乱。

  潮汐现象是海水的一种周期性的涨落现象，在我国古代就已经受到关注，而且已经发现潮汐与月球的关系，所谓“涛之起也，随月盛衰。”潮汐现象是月球对地球影响最为直观、最显著的证据。

  我们常说月球绕地球运行，其真实的情况是地球和月球都围绕它们的质量中心转动。这个质量中心在距离地球中心0.73倍半径的地方。地球绕质量中心运行，自然产生了离心力，这个离心力与月球对地球质量中心的引力是大小相等、方向相反的，因此保持了地月系统的稳定。如果把地球分成许多局部区域，各个局部受到月球的引力情况是不相同的，方向不同，大小也不相等。它们所受到的是月球引力和自己所具有的离心力的合力，称为起潮力。

  在地球上除了地球中心没有起潮力外，另外的地方都有方向不同、大小不等的起潮力。如图上的A、B、C、D4点，B点的起潮力最大，因为月球对B点的引力与该点的离心力方向一致，起潮力直指月球方向，导致海水隆起。D点月球引力小于离心力，起潮力的方向是背离月球方向的，也使海水隆起。A和C点的起潮力是指向地球中心方向的，将使海水下降，因此起潮力使地球的海水圈变为一个椭球。

  起潮力对地球的海水有影响，对地球大气圈和岩石圈都有作用，分别产生的周期性的气体潮和固体潮，只是不十分明显而已。

  其实，太阳对地球也有类似的影响，只是其作用只有月球的一半左右。月球和太阳引起的潮汐分别称为太阴潮和太阳潮。每逢初一、十五，太阳、月球和地球三个天体差不多成一条直线。月球的起潮力和太阳的起潮力几乎在同一个方向，两者相加，起潮力最大，民间早就发现“初一、十五涨大潮”。上、下弦时，月球的起潮力和太阳的起潮力方向形成直角，太阳潮最大限度地减弱太阴潮，因此在民间有“初八、二十三，到处见海滩”的说法，这时的潮汐现象最不明显，称为小潮。

  实际的潮汐现象很复杂，则是因为地球并没有被海水全部覆盖，海岸线错综复杂，海底高低不平，海水又有粘滞性。种种因素阻碍潮汐的传播，很难准确预报。海潮的高度和气势也因地而异。我国钱江大潮宏伟壮观、闻名天下，这是杭州湾呈喇叭形，口大里小所致。

  潮汐蕴藏着巨大的能量，已经被用来发电。我国在1958年以来陆续在广东、山东、上海相继建立了潮汐能发电站。

  如果你曾经长期观察月球的表面，你会发现一个十分有意思的现象，那就是你所看到的月亮表面的景象是永远都不可能变的。这在某种程度上预示着我们看到的永远是月亮的同一面。它绕地球一周的时间内自己转了一周。自转周期与公转周期完全相同。为什么会这样呢？

  正如月球的起潮力给地球带来海水的潮起潮落，地球也会对月球带来相同的起潮力，造成月球上熔岩流等的涨落。由于自转和公转角速度的不一致，带来了不可忽视的摩擦力，使得自转速度渐渐变慢，逐步地趋向公转速度。到现在，月球自转和公转周期分别是27天7时43分11.50秒和27天7时43分11.47秒，几乎完全相同。

  实际上，我们能够看到大约59%的月亮表面。这是因为月球绕地球公转的轨道是一个椭圆，公转速度有时快些，有时慢些。我们正真看到的月球相对于平均位置稍微有些摆动。再加上月亮的自转轴同它的公转轨道平面并不垂直，以及其他一些更复杂的原因，我们在一个月之内累积起来，总共能够正常的看到59%的月亮表面。

  月球对地球的起潮力也会使地球自转速度变慢。每一百年，地球自转周期就会增加0.00164秒。也许再过几十亿或者百亿年，地球自转的速度也将等于月地公转的速度。潮汐摩擦力也会使月球的轨道慢慢慢慢的变大，导致月球距离地球越来越远。“阿波罗”号登月时，宇航员在月球表面安放了一面镜子。此后，科学家从地球上向这面镜子发射激光，并通过激光往返时间测算月地距离。结果显示，月球每年远离地球约3.8厘米。随着月球的逐渐远去，月球的视角会慢慢的小，日全食现象将会消失。

  地球自转轴（地轴）的倾斜导致我们气候的季节性变化，其倾斜方向的微小变化都会影响冰河时代的进退。地球旋转轴与其轨道平面的垂线度，足以带来夏季和冬季。地球倾角的变化大小在±1.3度，如果倾角变化太大，就会导致极冷或者极热现象的发生。

  地球本身绕轴自转，有一定的角动量，由旋转速度和质量决定。一个物体的角动量越大，就越难改变它的旋转的速度或旋转轴的方向。月球绕地球旋转的地月系统的角动量大约是地球单独时的两倍。表明要改变地球的旋转特性要比地球单独存在时困难得多。假如没有月球，其倾斜度就会有大幅的变动，低的时候只有15度，而高的有75.8度，没有了月球，现在规律的四季会发生变化无常。

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