天体力学与引力

潮汐锁定

月球总是以同一面朝向我们——不派出飞船,我们在地球上从未见过它的背面。这并非巧合:月球的自转与公转完美同步,所以它每绕地球一圈,恰好绕自转轴转一圈。这种被锁住的自转就叫潮汐锁定。

其成因是潮汐力在卫星上掀起微小的隆起,若卫星自转快于公转,这隆起就被拖到指向行星连线的前方。行星引力回拉这超前的隆起,施加一个轻柔的制动力矩使自转减慢——直到自转与公转相等、隆起稳稳停在朝向行星的连线上、不再被扭转。正是这种类似摩擦的过程,使太阳系中大多数大卫星被潮汐锁定于它们的行星,也使行星自身的一天在缓慢变长。

潮汐锁定塑造着世界。一颗围绕小型红矮星、被潮汐锁定的行星会有永久的昼面与夜面,这对它的气候以及任何生命的可能性都有深远影响。在最极端的情形下,两个天体相互锁定,各自永远以同一面朝向对方——正如冥王星与冥卫一——把一对世界变成一支看似刚性的舞蹈。

水星并未完全锁定于太阳,而是落入 3:2 的自转-公转共振:它每绕太阳两圈,恰好绕自转轴转三圈,这是被其偏心轨道逼出的、潮汐锁定的一种更微妙的亲戚。

锁定不一定是 1:1——偏心轨道可以困住其他整数比的自转-公转关系。

被潮汐锁定的天体并非静止不动:它仍在自转,只是每公转一圈转一圈,所以「月球不自转」是常见的错误。而被锁定行星的远侧之所以黑暗,是因为它被锁定于其恒星,并非另有什么规则使它永不受光。

又称
synchronous rotationgravitational locking同步自转潮汐鎖定