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图片来源:popularmechanics
这个问题和潮汐力有关。月球逐渐远离地球是因为地月潮汐使月球加速获得能量,进入了更高的轨道。火卫一接近火星则是两者潮汐使火卫一减速的结果。
潮涨潮落,看似是大海自己的变化,其实和天体的引力有关。地球受月球引力(下图中米色箭头)作用,远离月球一侧的引力比靠近月球一侧的引力弱。由于地球围绕地球和月球的共同质心(地月系质心)的旋转运动,地球受的离心力(惯性力,绿色)与月球的引力方向相反。月球引力和离心力合起来的这种把海水“拉起来”的力量就被称作“潮汐力”(红色箭头)。由于潮汐力,地球和海水变形为椭球形。膨胀部分是涨潮,其余部分是退潮。
在潮汐力的作用下,海水被“拉”向地球最靠近月亮的位置,或者被推向离月球最远的位置,形成了两个大“鼓包”。这两个鼓包跟着月球,月球转到哪个方向,它们就跟着去哪个方向。
由于地球的自转比月球绕地球转动更快,陆地会在一天之内分别撞到2个鼓包(实际情况复杂得多)。站在陆地上的人,就会觉得海水每天上涨又下降了2次。这就是“潮汐”。
比月球转得更快的地球陆地会与鼓包碰撞、摩擦,推着“鼓包”向前,因此潮汐最高点并不在月球正下方,而是更靠前一些。稍微靠前的海水拉着月球也向前跑,这样的加速作用就是潮汐加速。但月亮并不会越转越快,而是进入越来越高的轨道,离地球越来越远。
除了海洋,固体地球和大气层也有潮汐,只不过固体地球隆起极其有限,只有十几厘米,空气又太过稀薄,所以对于月球来说,潮汐加速的主要力量还是来自海洋。
潮汐加速有两个隐含条件:卫星绕行星公转的运动方向和它围绕的行星的自转方向一致;行星自转角速度要比卫星公转角速度更快。否则,卫星就相当于被向后拉,结果便是轨道越来越低,离星球越来越近,最终坠落。这样的情况在太阳系中也有,比如火星2颗卫星中的火卫一。
对于火星的另一颗卫星火卫二来说,其卫星公转角速度慢于行星自转角速度,因此和月球远离地球一样,火卫二也在逐渐远离火星。
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