samgao 发表于 2023-8-8 12:37:29

月球固定一面永远朝向地球是否太过巧合了?

它的自转和公转速度恰好就能使月球的固定一面永远朝向地球;
另外它的本身大小以及到太阳和到地球之间距离的比例,又恰好能使得日全食发生,还可以完美观测到日珥。

alexacn 发表于 2023-8-8 12:38:14

地球上看月球其实是这样的,有左右移动。


江湖怪侠 发表于 2023-8-8 12:38:50

EN菌前两天的手绘漫画,大家可以关注微信或者微博“EasyNight”,每天一幅天文科普图
借用回答以下这个问题,就不用枯燥的文字叙述了

断水凌云 发表于 2023-8-8 12:39:10

事实上在地球上可以看到59%的月面,这个现象叫月球天平动,正好证明了这是一种自然演化的结果,而不是什么巧合

碎雨寒辰 发表于 2023-8-8 12:39:43

反对
@九时用茶 的答案以及所有仅仅回复“潮汐锁定/重力锁定”的答案。
后面一种,我很理解你们,因为我乍一看到这个问题也下意识的想回四个字“潮汐锁定”,但,稍微多想一秒钟就应该知道:其实你根本没有解释好么!虽然中文的维基词条“潮汐锁定”和“同步自转”是分开的(其实同步自转的词条下面也有“建议归入潮汐锁定”的提示),英文维基的词条tidal locking和synchronous rotation就是一个词条,搜索synchronous rotation就能自动跳转到tidal locking,也就是说,现在基本是公认这两个词是同一个意思,是同一个现象的两个不同叫法而已,所以你们就说个潮汐锁定是几个意思?你得解释下为什么形成潮汐锁定好么……
潮汐锁定的原理部分
@山醒 的回答基本说清楚了,我觉得我根本没办法说的那么通俗科普啊你们都好厉害o(╯□╰)o。所以我就吐槽下
@九时用茶 的答案,顺便做一点补充好了~直接上原文~
事實上,月球的存在對於現代天文學上的確是一個無法解釋的奇跡。
比如樓主所說,它自傳和公轉的速度剛好使它永遠只有一面朝向地球;它的直徑是太陽直徑的400份之一,而它距地球的距離,剛好又是太陽距地球距離的400份之一,這種巧合使得日全食的現象得以發生;還有,它圍繞地球的公轉軌道幾乎是一個完美的圓形,這和絕大多數天體橢圓形的運行軌道并不相符;它與地球的距離不會近得被地球的引力撕裂,又不會遠得脫離地球引力,適中得可怕(雖然每年都以幾釐米的幅度向外偏離)。
答主来来来我们好好理一遍:
1.自傳和公轉的速度剛好使它永遠只有一面朝向地球答主你知道有多少星体存在这种同步自转么?维基列了个list,对的,除了月球和地球,太阳系里还有这么多星体是始终固定的一面面向其公转星体的:
http://www.wikiwand.com/en/Tidal_locking

太阳系内已知的有:
与地球锁定的:
月球

与木星锁定的:
Metis
Adrastea
Amalthea
Thebe
Io
Europa
Ganymede
Callisto

与土星锁定的
Pan
Atlas
Prometheus
Pandora
Epimetheus
Janus
Mimas
Enceladus
Telesto
Tethys
Calypso
Dione
Rhea
Titan
Iapetus

与天王星锁定的
Miranda
Ariel
Umbriel
Titania
Oberon

与海王星锁定的
Proteus
Triton

与冥王星锁定的
Charon (这个有点特殊,冥王星本身也被Charon锁定,所以其实是双星系统)同时,同步自转这个状态也不是永恒的,很多星体都可以被证实过去并不是同步自转,只是现在在同步自转的状态,这个举例我能力有限,仅就自己的研究方向略有了解的,通过撞击坑统计可以推测月球和Ganymede曾经就不是同步自转,甚至还可以估计出同步自转大约发生在多少年前。
2. 它的直徑是太陽直徑的400份之一,而它距地球的距離,剛好又是太陽距地球距離的400份之一,這種巧合使得日全食的現象得以發生
这点我不是这个方向的说不好,但地月距离最初认为是比现在小的,现在在这个特殊的比例上,但同时月球又在缓慢的远离地球,将来肯定也不在这个比例上了。所以说这个恰巧“的距离或许不过是宇宙进程中的某必然的阶段而已,我个人还是挺赞同Balbus (Dynamical, biological, and anthropic consequences of equal lunar and solar angular radii,2014)的那个”人择理论“的脑洞的(
为什么太阳和月球看起来几乎一样大,是巧合吗? - 王力乐的回答),是刚好在这个比例的时候,地球上碰巧产生了生命而已,也就是说,说不定”太阳和月球看起来几乎一样大“不是巧合,高等智慧生物的出现且有视觉且能根据看到的现象产生思考才是巧合o(╯□╰)o
3. 它圍繞地球的公轉軌道幾乎是一個完美的圓形,這和絕大多數天體橢圓形的運行軌道并不相符”公转轨道是一个完美的圆形“,专业的说法叫做轨道离心率(Orbital eccentricity),反映的是轨道长半轴和短半轴的差距,完美的圆轨道离心率为0,椭圆的轨道离心率在0到1之间,也就是说在这个范围内,离心率越大,轨道就椭圆的越厉害(长短半轴差距越大)。下面还是直接用维基的数据(
http://www.wikiwand.com/en/Orbital_eccentricity,
http://www.wikiwand.com/en/List_of_gravitationally_rounded_objects_of_the_Solar_System ):
月球绕地球公转的轨道离心率是0.0549,确实比较小,这就”完美的圆形“啦,那么其他星体呢?
地球绕太阳的轨道现在可推的历史上最小离心率低达0.0034(Eccentricity Graph),现在也有0.0167
金星 0.0068
火星 0.0934
木星 0.0484
土星 0.0542
谷神星 0.080
Varuna 0.051什么你说它们不是卫星?分分钟秒杀你!看看谁不比你圆?!
火星的卫星:
Phobos 0.0151
Deimos 0.00033木星的卫星:
Io 0.0041
Europa 0.009
Ganymede 0.0013
Callisto 0.0074土星的卫星:
Mimas 0.0202
Enceladus 0.0047
Tethys 0.02
Dione 0.002
Rhea 0.001
Titan 0.0288
Iapetus 0.0286天王星的卫星:
Miranda 0.0013
Ariel 0.0012
Umbriel 0.005
Titania 0.0011
Oberon 0.0014海王星的卫星:
Triton 0.00002冥王星的卫星:
Charon 0.0022当然,这里的大和小是相对而言的,实际上即使是0.00X的量级的离心率,对星体受到的潮汐力变化影响也是不容小视的。
4. 它與地球的距離不會近得被地球的引力撕裂,又不會遠得脫離地球引力,適中得可怕(雖然每年都以幾釐米的幅度向外偏離)请先定义一下什么叫”适中“好么!还”适中得可怕“!”與地球的距離不會近得被地球的引力撕裂,又不會遠得脫離地球引力“就叫适中?你告诉我八大行星的卫星们(如果有)哪个不符合这个要求?!就像上面说的,行星和卫星间的距离不是持久不变的(当然对人的寿命尺度来说可以认为不变),很多卫星过去并不在行星的轨道上,后来因为靠近或者远离行星的运动”暂时“稳定在了这个轨道上(或者说”被某颗行星的轨道捕获“),将来或许又会离开这个轨道。比如火星的两颗卫星Phobos和Deimos,目前的观测和研究基本倾向于认为:Phobos在靠近火星移动,Deimos在远离火星移动(当然很慢不要用人类的寿命来衡量!在你有生之年它们都会在现在的轨道上好好的!),最终结果是Phobos进入火星的洛希极限(Roche limit)然后碎掉,Deimos最终会脱离火星轨道。

————————————————— 结论 —————————————————
综上,你告诉我月球特殊在哪里了?我承认,”奇迹“这个词有很强的主观色彩,比如”我生下来早产才4斤(原来说的4公斤,但其实我心里想的是4斤orz谢谢指正!)也活下来了真是奇迹“,有些人对”奇迹“的定义点比其他人低我觉得无可厚非,但你说”无法解释“就说不过去了吧,不是”现代天文学无法解释“,仅仅是你无法解释而已好么……这个锅天文学不背!
再回到原题,我个人认为:月球这些观测结果现在基本都可以得到解释(虽然这些解释将来可能被新的观测结果和理论所推翻),月球一点都不特殊也不巧合,那么多木星土星的卫星都和月球一样,既是同步自转,又是近圆轨道(比月球圆多了好么!),只不过土星和木星的卫星上没有高等生命来观察而已啊,我开个脑洞,现在太阳系内星体的星历都已经挺完善的了,好好算算说不定就能发现别的行星在某个过去或者将来的阶段,行星太阳距离,行星直径,卫星行星距离,卫星直径就有相似的比例关系呢。我们的意识里觉得月球特殊,不过仅仅因为月球离地球最近,最容易被各种手段观测到于是有最多的观测数据而已,换言之,我们觉得月球特殊,不过是因为我们对其他星体了解的太少罢了,才会觉得茫茫宇宙里看到的沧海一粟有多么与众不同。

wybt 发表于 2023-8-8 12:40:36

首先,实名反对
@九时用茶   的答案。( ̄ε(# ̄)☆╰╮o( ̄皿 ̄///)
其次,再简要解释一下
@Sah Lee 和
@艾力 的答案之中自转公转一致(这里的 “一致”,说的是周期一样)的问题。
月球自转和公转的一致,用万有引力定律就可以解释。在本次回答中,我保证一个公式都不用。
1. 万有引力的强度随着距离的增加而衰减,它与距离的平方成反比。
2. 因此,对于月球,其腹背受到的引力是不一样的(腹大背小)。
3. 如果月球自转与公转不一致,那么从月球上看,其受力分布是随着时间而改变的,而这个受力分布,就会使月球的岩石层摩擦,从而以热的形式将其自转的能量消耗掉。最后导致了受力分布的不变。
如果不理解第 3 点,可看这个例子类比:
      拿一个气球(代表月球),使气球自身旋转,同时我们绕着另一个人(代表地球)公转。由于气球对着另一个人那边受力大,而背对的那边受力小,我们可以将受力大的那边用手指捏得较瘪来表示。当气球绕着自身的自转和其绕着另一人的公转不一致时,气球被我们捏到的位置也不一样(第 3 点中,受力分布随着时间变化)。只有当自转与公转一致时,我们捏的地方才会保持不变(第 3 点中,自转公转一致)。
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为大家可能的问题提出解答:
1. 那 太阳-地球系 跟 地球-月亮系 相似,为什么地球有白天黑夜?
答:因为地球距离太阳太远,其受力分布差异很小,所以到目前还是有白天黑夜的。
2. 那 地球 在未来,会不会没有白天黑夜的划分?
答:是的,由于上述的原因,地球的自转一致在减速。要是注意看新闻报导的话,我们可以看到有时会有 “ xx年xx月xx日xx时,将秒针拨后一秒。这一秒你打算怎么度过?” 之类的,而这个时钟减慢,一部分原因就是地球自转减速。
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