【原】只有月球與地球之間才會(huì)有潮汐鎖定嗎？

天文在線 2023-04-08 發(fā)布于云南

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什么是潮汐鎖定？

在讀這篇文章之前，你可能從未聽說過潮汐鎖定，或許會(huì)好奇它到底是什么？它是怎樣一種現(xiàn)象，以及它究竟意味著什么？

潮汐鎖定是指當(dāng)空間中的某個(gè)物體繞著另一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)，該物體的年和日在時(shí)間長度上相等。這意味著這個(gè)物體自轉(zhuǎn)一周的同時(shí)繞著另一個(gè)空間中的特定物體旋轉(zhuǎn)一周。由于有著相等的年和日，另一個(gè)特定物體總是看到該物體的同一面，或者說這個(gè)物體被旋轉(zhuǎn)環(huán)繞。

想想地球和月球。我們總是看到月球的同一面，從未從地球上瞥見它的另一面。這是因?yàn)樵虑虮坏厍虺毕i定。月球每28天繞地球旋轉(zhuǎn)一周，而月球每28天自轉(zhuǎn)一周。

潮汐鎖定對于雙方都有作用，在之前的例子中可知月球和地球?qū)Ρ舜水a(chǎn)生作用力，這種作用力總在彼此相對的那側(cè)更強(qiáng)，也就是說這種作用力在月球和地球相對的那側(cè)更強(qiáng)。這種作用力導(dǎo)致物體之間產(chǎn)生拉伸和扭曲，地球上的潮汐現(xiàn)象也正是這樣產(chǎn)生的。

月球在作用力的拉伸下速度減慢，這種減速最終導(dǎo)致月球的軌道和它的旋轉(zhuǎn)相匹配。其他星球也有自己的潮汐鎖定衛(wèi)星，比如：冥王星的衛(wèi)星——卡戎（冥衛(wèi)一），被它的主星（冥王星）潮汐鎖定。然而，冥王星和卡戎是一個(gè)特別的例子，因?yàn)樗鼈儽槐舜顺毕i定。這意味著冥王星永遠(yuǎn)對卡戎展現(xiàn)同一側(cè)，卡戎永遠(yuǎn)對冥王星展現(xiàn)同一側(cè)。就等同地球總是向月球展現(xiàn)同一側(cè)，月球總是向地球上的我們展現(xiàn)同一側(cè)。

潮汐鎖定確實(shí)會(huì)影響我們行星的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槌毕i定減慢了我們行星的旋轉(zhuǎn)速度。這意味著數(shù)百萬年后地球和月亮可能就像冥王星和卡戎那樣，我們只能看見月球的一側(cè)，月球只能看見地球的固定一側(cè)。

潮汐鎖定并不僅僅只存在于衛(wèi)星和行星之間，它也可以發(fā)生在太空中的其他天體之間！天文學(xué)家常說的雙星，或是中心有兩顆恒星的恒星系統(tǒng)，大多數(shù)都可能對彼此潮汐鎖定。加拿大的一架望遠(yuǎn)鏡可能也證實(shí)了一顆恒星和附近的行星潮汐鎖定。因此，不僅是行星和它們的衛(wèi)星之間可以潮汐鎖定。

現(xiàn)在，每當(dāng)有人問你潮汐鎖定是什么，你就該知道怎么告訴他們了：當(dāng)一個(gè)物體在太空中以相同的方式圍繞另一個(gè)物體運(yùn)行時(shí)，它的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的時(shí)間長度相同。

潮汐鎖定（也被稱為重力鎖定或者捕捉旋轉(zhuǎn)）發(fā)生，當(dāng)一對共同旋轉(zhuǎn)的宇宙星體長期互相作用驅(qū)動(dòng)它們中至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)率進(jìn)入這樣一種狀態(tài)，這個(gè)物體（例如：一個(gè)行星）不再有角動(dòng)量的純轉(zhuǎn)化，并且它繞著另一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)（例如：一個(gè)恒星），而這種沒有純轉(zhuǎn)化的狀態(tài)一定會(huì)在一個(gè)物體繞另一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)的進(jìn)程中被滿足。這不意味著這種旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)率在某個(gè)軌道上一直是恰好同步的，因?yàn)樵谲壍赖倪M(jìn)程中可能會(huì)有一些滯后和超前轉(zhuǎn)化。這種作用是由共同旋轉(zhuǎn)物體之間的重力梯度（潮汐力）引起的，在相當(dāng)長的時(shí)間里一直作用著。

因?yàn)樵虑蚴?:1的潮汐鎖定，所以從地球只能看見月球正面的一側(cè)。

在軌道偏心率和傾斜因數(shù)接近零的特殊情況下，潮汐鎖定導(dǎo)致一個(gè)相關(guān)物體的半球一直面對它的同伴，這種作用被稱為同步旋轉(zhuǎn)。例如，月球的同一面一直面對地球，雖然由于月球的軌道并不是正圓而存在一些偏差。一個(gè)處于同步旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的潮汐鎖定物體自轉(zhuǎn)時(shí)間和公轉(zhuǎn)時(shí)間相同。

通常，只有衛(wèi)星被更大型的物體潮汐鎖定。但是，如果兩個(gè)物體的質(zhì)量差和距離差都相對較小，它們可能潮汐鎖定彼此，這就是冥王星和卡戎的情況。