月球为啥有个“背面”？是谁把月球变成了双面伊人？

核心提示：曾经无数次举头望明月的你，是否留意过，我们始终只能看到月亮有玉兔和月桂树的那一面？没错，千百年来月球始终只有一面对着地球，另一面始终背对地球。

资料图：12月8日2时23分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程。新华社记者 江宏景 摄

12月8日2时23分，嫦娥四号探测器搭乘长征三号乙运载火箭，开始了奔月之旅。她肩负着沉甸甸的使命：首次实现人类探测器月球背面软着陆。

请注意这里的关键词——月球背面。

曾经无数次举头望明月的你，是否留意过，我们始终只能看到月亮有玉兔和月桂树的那一面？没错，千百年来月球始终只有一面对着地球，另一面始终背对地球。

问题来了，是谁把月球变成了双面伊人？

同步自转只是表面原因

用一句话解释这个现象，也很容易：月球绕地球公转一圈和月球自转一圈的时间，都是28天左右。

想象一下，绕大树画个大圆圈，在大圆圈上均匀标出360个刻度。始终面对这棵大树走一圈，用360步走完。在大圆圈上每走1步，身体就倾斜1度。走完时身体也同时完成360度旋转，回到原位。

也就是说，当你用同样的时间完成自转和公转时，你始终会一面对着大树。月球始终一面对着地球的现象也是如此。在天文学中，这叫同步自转。

然而，这只是表面原因。

“月球形成早期，自转速度比现在快多了。只有几个小时，而不是现在的28天左右。”南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇告诉科技日报记者，对地球而言，月球也曾是“多面伊人”。是数亿年来，月球自转速度不断变慢，慢到自转和公转周期几乎一样，才导致它始终一面对着地球。

所以，根本原因在于，是谁给月球自转踩了刹车？

潮汐力难辞其咎

要解释月球自转变慢，潮汐力是最容易想到的因素。

地球和月球相互绕转，且相互具有万有引力，彼此都会给对方施加潮汐力。地球上的潮汐现象，就与月球对地球的引力有关。

住在海边的人，会发现海水一天有两次涨潮和落潮。一次是月亮在地球背面时，另一次是月亮在头顶时。

周礼勇解释说，这是因为地球正对月亮的那面，受到的月球引力更强；背对月亮的那面，受到的月球引力较弱。引力的方向都朝着月球。而地球在绕月球转时，无论哪个点的离心力都一样。离心力的方向与月球施加于地球的引力方向相反。

如此一来，地球背对月球的那面，受到的月球引力稍小于离心力，面对月球的那面月球引力稍大于离心力，最终两面都感受到一个离开地心方向的力。所以地球两侧的海水就涨起来了。

“月球在绕地球转时，同样会受到地球带来的潮汐力。”周礼勇说，地球潮汐力的作用，是让月球正对和背对地球的面都鼓起来，让月球变扁了。

尽管月球上没有海水，月壳、月幔和月核却依然可以感受到潮汐力，并在月球内部形成不断涌动的固体潮。这种固体潮导致月球幔层之间不断摩擦，转变为月壳内部的热能。这在几十亿年时间内，可以耗散月球部分动能。

力矩才是直接刹车机制

不过，潮汐力带来的摩擦耗散可能是有限的。

中科院国家天文台研究员平劲松和同事们研究发现，月核与月幔之间的流体属于超低粘性层，这意味着潮汐力所引发的月核与月幔之间的摩擦力很小，不至于耗散月球太多动能。

“关键在于潮汐作用引起的摩擦作用发生在月球内部，这种过程只能耗散掉地球、月球这个系统的总机械能，而不能直接给月球自转踩刹车。”周礼勇说。

两位天文学者都认为，最直接的刹车机制是地球与月球之间的力矩作用。力矩是指作用力使物体绕着转动轴或支点转动的趋向。

周礼勇解释说，月球在逐渐变扁的过程中，依然要在绕着地球公转的同时自转。想象在月球内部，有一条与地心和月心连线方向一致的长轴。长轴在瞬间是指着地心的，但由于月球要自转，下一瞬间这条长轴就会偏过去，不再指着地心。

这时，来自地球的潮汐力对月球这个长轴的两端都会产生力矩。这个力矩与长轴偏移过去的方向相反，也就是跟月球自转方向正好相反。这会直接改变月球自转的角动量，导致月球自转速度逐渐减慢。

天长月久，月球自转周期和公转周期变得相差无几，最终有了我们在地球上看不到的“背面”。