专家详解：月球，为啥有个“背面”？

12月8日凌晨2点23分，嫦娥四号在长征3b号中飞往月球。她肩负重任:第一次实现在月球背面软着陆。

请注意这里的关键词——月球背面。

你有没有注意到，当我抬起头来看时，我发现是月光，我们只能看到月亮上有玉兔和月桂树的那一面？是的，几千年来，月亮总是一边对着地球，另一边对着地球。

问题是，谁把月亮变成了一个双面的伊拉克人？

同步旋转只是表面现象

用一句话来解释这一现象也很容易:月球绕地球公转一周的时间和月球自转一周的时间大约是28天。

想象一下，在一棵大树上画一个大圆，并在大圆上均匀地标记360个刻度。总是绕着大树走，完成360步。大圆圈上的每一步，身体都倾斜1度。在行走结束时，身体也完成360度的旋转，并返回到原来的位置。

换句话说，当你同时完成旋转和公转时，你将永远面对大树。月亮总是面对地球的现象也是如此。在天文学中，这被称为同步旋转。

然而，这只是一个表面的原因。

“在月球形成的早期，它的旋转速度比现在快得多。只有几个小时，而不是现在的28天左右。”南京大学天文与空间科学学院的教授周立勇告诉《每日科学》，月球曾经是地球的“多面伊拉克”。几亿年过去了，月球的旋转速度一直在减慢，如此之慢，以至于它的旋转几乎与公转周期相同，这使得它一直面对着地球。

所以，根本原因是，谁踩下了月球自转的刹车？

潮汐力是罪魁祸首。

要解释月球缓慢旋转，潮汐力是最容易想到的因素。

地球和月球围绕着彼此旋转，并有万有引力。每一方都会对另一方施加潮汐力。地球上的潮汐现象与月球在地球上的引力有关。

住在海边的人会发现海水每天涨落两次。一个是当月亮在地球背面时，另一个是当月亮在头顶时。

周立勇解释说，这是因为地球正对着月亮，更容易被月亮吸引。在背向月球的一侧，月球的引力较弱。重力的方向是朝向月球的。地球绕月球旋转时，任何一点的离心力都是一样的。离心力的方向与月球施加在地球上的重力方向相反。

因此，地球面向月球的一侧略小于离心力，而面向月球的一侧略大于离心力，最终双方都感觉到一个远离地球中心的力。所以地球两侧的海水上升。

"当月亮绕着地球转时，它也会受到地球的潮汐力."周立勇说，地球的潮汐力的作用是使面向地球的月球表面隆起并使月球变平。

尽管月球上没有海水，但月球的外壳、地幔和核心仍能感受到潮汐力，并在月球内部形成汹涌的固体潮。这种固体潮汐导致月球地幔之间的持续摩擦，并将其转化为月球外壳内部的热能。这可以在几十亿年内消耗掉月球的部分动能。

扭矩是直接制动机制。

然而，潮汐力带来的摩擦耗散可能是有限的。

中国科学院国家天文台研究员平劲松及其同事的研究发现，月球核心和地幔之间的流体属于超低粘性层，这意味着潮汐力导致的月球核心和地幔之间的摩擦非常小，不会消耗太多的月球动能。

“关键是潮汐作用引起的摩擦发生在月球内部。这个过程只能消耗地球和月球的总机械能，不能直接阻止月球的旋转。”周立勇说。

两位天文学家都认为最直接的制动机制是地球和月球之间的力矩作用。力矩是指使物体绕旋转轴或支点旋转的作用力的趋势。

周立勇解释说，在月球逐渐变平的过程中，它仍然围绕地球旋转。假设月球内部有一条长轴，与连接地球中心和月球中心的线方向相同。长轴在一瞬间指的是地球的中心，但是因为月亮会旋转，长轴会在下一瞬间偏转，不再指向地球的中心。

这时，来自地球的潮汐力将在月球长轴两端产生力矩。这个力矩与长轴移动的方向相反，也就是说，与月亮的旋转方向相反。这将直接改变月球旋转的角动量，导致月球的旋转速度逐渐减慢。

随着时间的推移，月球的自转周期已经变得几乎与公转周期相同，最终会有一个我们在地球上看不到的“背面”。