地球与月球,一对亲密伙伴,已经相互陪伴数十亿年。
然而,一个惊人的事实正在发生:月球正在以每年约 3.8 厘米的速度远离地球。
要理解月球为何会远离地球,需从地月系统的复杂相互作用说起。
月球绕地球公转,其公转轨道并非标准正圆,而是一个偏心率极低(仅 0.05)的椭圆,平均距离约为 38 万公里,最近时约 35 万公里,最远可达 40 万公里,这也是 “超级月亮” 现象的由来。
月球远离地球,主要源于地球潮汐力的作用。
在地球引力影响下,月球围绕地球运转,同时,月球对地球也施加引力,致使地球上出现海洋潮汐和板块固体潮。
地球自转速度远快于月球公转速度,这使得地球上的潮汐隆起块总是比月球前进得更快一些,仿佛地球在 “拖着” 月球向前转。在此过程中,地球的部分能量转移给月球,月球获得额外能量,从而逐渐远离地球。
具体而言,地球表面大部分被海水覆盖,海水受月球引力作用形成潮汐。
由于海水与地球间存在阻力,潮汐位置总是滞后于月球与地球的垂直引力点。这就导致海水被月球引力持续拉拽向前,而海水对月球的引力与月球前进方向呈钝角。
这种引力作用如同巨大阻尼器,不断拖月球 “后腿”,使其运动速度逐渐下降。
根据牛顿力学定律,月球公转速度降低,公转轨道便会向外扩张,从而远离地球。
科学家通过高精度激光测距技术,精确测量出月球远离地球的速度。
该技术利用激光从地球发射到月球,再从月球反射回地球的时间,计算地月之间的精确距离。经过多年多次测量及复杂数据分析,确定了月球每年远离地球 3.8 厘米这一事实。
此外,对古代化石和前寒武纪时期岩石的研究,也为月球远离地球提供了有力证据。例如,8000 万年前软体动物贝壳化石表明,当时地球自转速度更快,一天时间更短,说明月球在历史上确实在逐渐远离地球。
前寒武纪时期,地月平均距离约为 33.2 万公里,比现在近了约 5.1 万公里。
月球远离地球这一缓慢过程,经过漫长岁月积累,将对地球产生诸多显著影响。
地球自转速度会逐渐放慢。如今地球上一天约 24 小时,数亿年前一天不到 20 小时,在遥远未来,地球上一天甚至可能长达 30 小时。
月球引力对地球潮汐现象至关重要,若月球继续远离,潮汐力减弱,将对海洋生态系统和沿海地区产生重大影响。潮汐在海洋生物繁殖、营养物质循环等方面发挥着关键作用,潮汐力变化可能改变海洋生物栖息地,影响海洋食物链。
此外,月球对维持地球稳定倾斜角度起到重要保护作用,若月球最终离开,地球倾斜角度可能改变,引发气候和季节剧烈波动,给地球上的生命带来巨大挑战。