月球最终会离开地球母亲的怀抱吗?



月全食,图:作者 ALFREDO GARCIA, JR,

如果月球一步一步地远离我们,它最终是否会永远地离开我们,到时候会发生什么?呈现于果壳网(国内无法访问,是Quora而非国内的guokr)——一个获取和分享知识的网站,让大家能从别人那里学习并更好地认识世界。

罗伯特·弗罗斯特,航天工程师:

月球正在一步步地离开地球,但这个趋势不会一直持续下去。我们必须想想为什么月球会以每年3.825厘米)的速度远离地球——那么一定有一个力来推动月球。



近点月和远点月的大小比较。

月球对地球有一个潮汐力,会使地球发生轻微的形变,出现部分膨胀区域。但是,由于地球的自转,膨胀区域不会直接夹在地球和月球之间。它会些许朝前。月球会受这个膨胀区域的引力推动,从而使月球略微前移并获得微小的加速度。



月球加速带来的影响就是其轨道高度会逐步上升。月球轨道每年会爬升大约3.825厘米。但是,众所周知,随着轨道高度的增加,引力也会随之减小。

这就意味着月球远离地球的加速度会随着时间推移而减小。但是事情远不止于此。力的作用是相互的。当月球远离地球时,其作用于地球上的力会降低地球自转的速度。以后,一天的时间就会变长。



渐渐地,一天的长度会与月球的公转周期一致。这就意味着二者均被潮汐锁定——意思就是地球的一面永远对着月球的一面。如果这种情况真的发生的话,就再也不会有前倾的膨胀形变,从而就不会再让月球远离地球了。


只有月球公转周期到达大约47天时,这种情况才会发生。最终月球的轨道高度会维持在大约55万千米的位置,只增加了不到今天的一半远。换句话说,不是很远。

但是,这要花上很长时间。到那时,太阳会膨胀成一颗红巨星,其外表面会膨胀至火星轨道,意味着地球、月球和所有的In-N-Out(美国汉堡连锁店)都会被太阳吞没并变成松散的原子。

原问题呈现于果壳网——一个获取和分享知识的网站,让大家能从别人那里学习并更好地认识世界。

延伸知识

由于地球的自转,潮汐的突起会略为超前地月系统的轴线一些,这是海水在海底的移动和在海湾的出海口进出造成摩擦和能量散逸的直接结果。每个凸出部分都会对月球施加少量的引力,因为地球带动这凸出物向前运动,与月球最接近的凸起部分会沿着月球轨道轻微的拉扯月球向前;背向月球那一侧的凸起物则产生相反的效应。



但是较靠近月球的凸起物因为距离较近,对月球的影响也较大,因此结果是地球的转动惯量逐渐的转移到月球轨道的转动惯量。这使得月球的轨道慢慢的逐渐远离地球,每年移动的量大约是3.825厘米。为了维持角动量守恒,地球的转速正逐渐减慢,使得地球的一天每年延长约17微秒(这个数字会使地球日每60000年增加一秒钟,每400万年增加一分钟,十亿年增加4小时。往回推算,当6500万年前恐龙在地球上出没时,一天的长度是23小时。)。参考潮汐加速有更详细的说明和参考资料。



所以月球正逐渐远离地球,并进入较高的轨道中,而依据计算(根据NASA和喷射推进实验室 (JPL))认为这个过程将再持续大约20亿年。届时,地球和月球的轨道将成为"自转–轨道共振",月球大约每47天绕地球公转一圈(目前是27.32天),并且地球和月球的自转也是相同的这个周期,即两者始终以相同的一面互相环绕者。除此之外,很难说地月系统还会发生什么样的改变

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