天體力學與重力
潮汐鎖定
月球總是以同一面朝向我們——不派出飛船,我們在地球上從未見過它的背面。這並非巧合:月球的自轉與公轉完美同步,所以它每繞地球一圈,恰好繞自轉軸轉一圈。這種被鎖住的自轉就叫潮汐鎖定。
其成因是潮汐力在衛星上掀起微小的隆起,若衛星自轉快於公轉,這隆起就被拖到指向行星連線的前方。行星重力回拉這超前的隆起,施加一個輕柔的制動力矩使自轉減慢——直到自轉與公轉相等、隆起穩穩停在朝向行星的連線上、不再被扭轉。正是這種類似摩擦的過程,使太陽系中大多數大衛星被潮汐鎖定於它們的行星,也使行星自身的一天在緩慢變長。
潮汐鎖定塑造著世界。一顆圍繞小型紅矮星、被潮汐鎖定的行星會有永久的晝面與夜面,這對它的氣候以及任何生命的可能性都有深遠影響。在最極端的情形下,兩個天體相互鎖定,各自永遠以同一面朝向對方——正如冥王星與冥衛一——把一對世界變成一支看似剛性的舞蹈。
水星並未完全鎖定於太陽,而是落入 3:2 的自轉-公轉共振:它每繞太陽兩圈,恰好繞自轉軸轉三圈,這是被其偏心軌道逼出的、潮汐鎖定的一種更微妙的親戚。
鎖定不一定是 1:1——偏心軌道可以困住其他整數比的自轉-公轉關係。
被潮汐鎖定的天體並非靜止不動:它仍在自轉,只是每公轉一圈轉一圈,所以「月球不自轉」是常見的錯誤。而被鎖定行星的遠側之所以黑暗,是因為它被鎖定於其恆星,並非另有什麼規則使它永不受光。
又稱
另見