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月球潮汐力



发布时间:2016-06-06 16:24:00


       潮汐力耗散地球的自转能量,导致月球正在以每年3.8厘米的速度远离地球。一项新的研究表明,由于地球和月球之间潮汐作用,月球正在比过去五千万年间更快地远离地球!这个结论有助于解开长期困扰天文学家的月球年龄问题。月球的引力在地球上产生了周期的潮汐现象,潮汐力耗散地球的自转能量,降低地球的旋转速度,同时也导致月球正在以每年3.8厘米的速度远离地球。如果以月球远离地球的这种恒定速度推算的话,那么月球的年龄只有 15亿年!而根据月球岩石计算出的年龄为45亿年。美国印第安纳州普渡大学西拉法叶分校(Purdue University in West Lafayette)的科学家马修·胡贝尔(Matthew Huber)领导的科学家小组从深海和大陆边缘收集了过去五千万年的地质数据,然后输入他们新的计算机模型当中来模拟远古的潮汐作用。模拟计算表明,在远古时期,地球自转耗散的能量仅仅是现在的一半,因此那时月球远离地球的速度比当今小得多。胡贝尔表示,导致这种现象的原因在于:当今的北大西洋变得足够开阔,能够使以12小时为周期的潮汐发生共振,能够激起更大的波浪,推动月球更快速远离地球。月球正在逐渐远离我们,那么它以前一定离地球很近,要是反推回去足够久远的时间—影响彼此的演化。这正是目前天文学家仍对地月系统间的潮汐加速兴趣不减的原因,因为这也许能帮助我们揭开月球的起源之谜。这种从现有的少量数据出发,向数值范围外的大胆推演是天文学家相当依赖的一种思考方式——谁让他们研究的对象时间跨度那么大,而他们能够观测到的证据相对而言又那么少呢? 你要是知道他们怎么测量宇宙,怎么熟练地像下跳棋一样从几十光年跳到几十亿光年的尺度,那才真的瞠目结舌呢。整个宇宙都被他们回溯成了一个奇点,比较起来,给地月系统回溯出一个肩并肩的过去那真不算什么。
       月球现在远离我们的速度可以非常精确地量出来:阿波罗计划在月面上安装了测距仪,测出地月距离每年增加大约 38 毫 米,恰好是目前地月平均距离的一百亿分之一;由此可以计算出地球现在的自转周期变化,目前的速度是每过一百年,一天的长度增加2.3毫秒。要是这个速度一直不曾改变的话,我们就能直接算出恐龙时代的一天有多长了:从6500万年前它们灭绝那会儿到现在,地球的自转周期大约增加了25分钟。不幸的是,地球自转的放缓不可能是均匀的,不能用现在的数据来计算以前的情况。那我们怎么能知道远古以前地球是怎样自转的呢?天文学家寻找到了额外的助力:他们得到了地质学家和古生物学家的帮助。按理来说,从地球上出现海洋的那一刻起,潮汐作用就稳定地施加在了地球身上,也在地球表面的岩石上留下了痕迹。 不过我们找不到那么遥远的证据,因为地球的板块运动让地壳 的岩石始终不断地循环,大部分的古老岩石都湮没在岩浆中。 从原核生物沉积形成的叠层石记录看来,至少在 25 亿年前, 地球就显著地受到潮汐作用影响。地质学家们研究了远古时期的受潮汐影响的沉积岩层——他们管这种岩层叫“潮汐韵律 层”——得出结论说9亿年前地球上的一天大约只有18个小时, 一年大概有481天;另一片6.2亿年前的潮汐韵律层说明,当 时的一天有21.9个小时,一年大约有400天,合13个月。地月间潮汐作用的大小受到地球陆地和海洋分布的影响, 而在整个地球46亿年的演化过程中,地表发生过无数次沧海桑田的变化。光是冰期和间冰期之间的变动就会让潮汐的大小产生明显的不同,而由远古时期的超大陆、超大洋变为如今的七大洲、四大洋,其间的差异更是翻天覆地。目前地球自转的变慢幅度是长期以来最快的,以前的变化要更小一些。除了沉积岩层之外,古代的生物也提供了关于昼夜节律的线索。珊瑚和贝类是已经在地球上存在了至少4亿年的物种, 这两种生物在环境合适的条件下,昼夜的生长速度有着明显的 不同,并且也会体现出明显的四季变化。于是,从它们的生长痕迹中就能辨别出一年的天数。现代的珊瑚每年会长出大约 360根体现昼夜变化的生长纹,而在泥盆纪的珊瑚化石中,发现的 生长纹大约是400根。更有意思的是,把从4亿年前到6500万年前的贝类化石按照年代排序,会发现年代越早的化石,体现出的生长纹越多。月球轨道的演变,在地球远古的生物身上留下了痕迹。而月球本身,也为地球生命的出现做出了贡献。由于月球巨大的质量,地月之间的潮汐作用很快让地球的轨道稳定下来,使地球表面的环境相对平稳,从而有利于原始生命的诞生。如今的月球虽然与地球渐行渐远,但始终还将陪伴在我们身边。天文学家计算过,大约20亿年后,膨胀的太阳将把地球表面的海水蒸干,那时月球的远行步伐会进一步放慢。地月之间这段海枯石烂的缘分,要直到45亿年后太阳吞没地球,地老天荒的时候才会终结。



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