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与月亮有关的三个谜题

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这是阿什卡微信公众号的第459篇原创文章

首发于2017年12月14日

每个星球都有很多谜团。而月亮身上的谜团,则更加诱人沉思:

她和太阳的直径之比是1:395,地月距离、地日距离之比也是1:395。于是从地球往天上一看,日月总是一样大。所以日全食时,月亮刚好遮住整个太阳。

她公转,也自转,却始终保持一面朝向地球。这需要比时钟齿轮配合更精密。

这是神巧合还是神设计?

有了月球,地球变得温柔很多:气候很适宜、阳光更和煦、换季有节律。

这背后,究竟有啥道理?

我们先从最后这个问题说起。

土豪太阳不止抛洒万丈光芒,还抛洒带电粒子流,主要是电子、氢核、氦核之类。粒子虽小,速度却高,是手枪子弹速度(大概450米/秒)的1000倍。这叫太阳风

我们地球上的风,也是空气粒子的流动。2016年横扫北美的著名飓风马修,最高速度69米/秒,可以说相当快了,但只有手枪子弹速度的15%。那么换算一下:太阳风速是马修风速的6600倍。

这是什么概念呢?同比放慢60倍:马修风速是人类步行的速度,太阳风速是地球卫星运载火箭的最高速度。

太阳风虽然不如地球风那么浓重,但以子弹千倍的速度,撕碎生物分子是很容易的,慢慢撞飞大气层也是不难的。

所以,地球本该是一个环境恶劣,不适合生命成长的狂暴星球——就像隔壁老王火星、金星那样。

然而,一只神奇的防护罩改变了这一切。那就是地球磁场

太阳风是带电粒子,个个自带小磁场。所以,遇到地球大磁场,就会发生相互作用。宏观上看,就是太阳风要把地球磁场刮飞,而地球磁场足够强,没让它进来。于是太阳风被圆润地分流出去。

3-1地球磁场和太阳风

这跟月球有啥关系?

皇上还记得当年的忒亚撞地球么:忒亚把自己的铁心留给了地球,而顺走了地球比较轻的一部分,合成了月球。

这样一来,地球就成了一粒铁镍含量奇高的土豪星球。

地核直径有6940公里,质量占地球总质量的1/3。体量够大,它才有能力保持个性,自转和地幔、地壳不同步。而不同步,引发了一系列神奇的事情:

1.摩擦生热,为保持内部流体状态做出应有贡献。

2.影响地幔、地壳运动。地球因此是一个“活着的”星球。这方面以后再说。

3.金属地核、地幔运动,就像天然发电机,产生电场、磁场,生生不息。

地球磁场分流了太阳风,却不会影响阳光射入。而它护住的大气层,尤其是脆弱的臭氧层,又过滤了阳光中的紫外线。所以,太阳系最和煦的阳光在地球。

地月关系当然远远不止这些。

由于月亮姐姐够大,所以,她与地球互撩的潮汐力,对双方运动影响也不小。

我们知道,所谓潮汐力,简单讲就是近大远小的引力差。这个引力差,让两个相互吸引的星球,朝向对方的那面总是凸起一点点。

当这个凸起转离对方时,又会被引力“回拽”而下落,而转向对面的地方开始凸起。大海潮起潮落,就是这样来的。这个回拽的力,和星球转动方向相反。

这个相反的力,对于星球总体运动来讲,是微不足道的。但是,多强的汉子都经不住时间的消磨。

温柔的潮汐力,让双方活泼的自转渐渐放缓,也让狂野的自转轴慢慢稳定。

地球哪里热、哪里冷,基本是阳光照射的角度决定的。如果自转轴乱动,那么:今年南极消融,洪水滔天;明年冰封大陆,万类萧条…总之天地不宁,万物虐成狗,任何生物都甭想稳定发展。 

3-2 地球倾角与季节

地轴稳定在大约66度的夹角,让我们既享受季节、大气、水循环这些VIP服务,又不至于经受乐视股票般刺激的人生,一切变得温和、稳定有节律。

45亿年前,地球自转大概6小时一圈,也就是一天只有6小时;到25亿年前,一天12小时;4亿年前,才降到一天22小时。

地大月小。地月用潮汐力互撩,吃亏的当然是月亮。

撩来撩去,地球是转速只是放缓,而月亮却被锁定,只能一颗红心向大哥,质量大一点点的那一面永远朝向地球。这叫潮汐锁定。也就是说,相对地球来讲,月球被搞得无力自转了。

不过,从整个地月系统看上去,就是“好巧啊,月亮绕地球公转一圈,她刚好分毫不差地自转一圈”。相当于粑粑举着小公举转圈,不管怎么转,小公举的脸总是神奇地对着粑粑。

所以,这不是什么设计,也不是什么巧合,而是两星绕转的必然结局:自转减慢,质量小的一方先被锁定。

在太阳系,被行星潮汐力锁定的卫星有几十个。比如木卫一二三四五,以及十四、十五、十六都被木星锁定,永远一面朝木星。神奇不神奇?

其实最神奇的是冥王星,这只被愚蠢的人类残忍地开除行星籍的矮行星,直径只有卫星卡戎的3倍,结果互相锁定,永远面对面互相绕转,看上去像初春草地上表演琼瑶剧的油腻男女。

可你知道,一切都是有代价的。角动量也要守恒呀。所以,地月自转变慢,代价是月亮姐姐公转变快。于是,月亮姐姐与地球渐行渐远。

月亮刚嫁过来时,从地球看上去,比太阳大很多。到5亿年前,地月平均距离是36万公里,日月大小视差不那么大了。现在,是38.4万千米,视觉大小基本一样。

这就是说,地月距离是不断变大的。所以,那个神巧合,其实不是日月大小、距离的精密设计,而是人类的出现,恰好赶上日月视觉大小相等的时间段。

如今,月球以每年3.8CM的速度远离地球。几亿年后,日全食就不存在了。且看且珍惜吧。

不管怎么说,在173颗已知的卫星、5颗已经辨认出来的矮行星,以及数以亿计的太阳系小天体中,月亮姐姐,绝对是一个神奇的存在。

月球之谜还有很多,我们以后再说。本文主要是聊地球。

地月互动的质心在地球内部。月亮的引力撩拨,地球内外都有微妙感受。

当你开扒地球内部运动、地壳变迁、地形地貌的隐私,可曾想到过月亮姐姐?

地球故事目录:

  1. 啪啪啪

  2. 忒亚哥出轨,是为月亮姐惹的祸?

相关科普:

  1. 地球极简史(3分钟看完45亿年)

  2. 宇宙极简史(3分钟看完148亿年)

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