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月球潮汐力



發布時間:2016-06-06 16:24:00


       潮汐力耗散地球的自轉能量,導致月球正在以每年3.8厘米的速度遠離地球。一項新的研究表明,由于地球和月球之間潮汐作用,月球正在比過去五千萬年間更快地遠離地球!這個結論有助于解開長期困擾天文學家的月球年齡問題。月球的引力在地球上產生了周期的潮汐現象,潮汐力耗散地球的自轉能量,降低地球的旋轉速度,同時也導致月球正在以每年3.8厘米的速度遠離地球。如果以月球遠離地球的這種恒定速度推算的話,那么月球的年齡只有 15億年!而根據月球巖石計算出的年齡為45億年。美國印第安納州普渡大學西拉法葉分校(Purdue University in West Lafayette)的科學家馬修·胡貝爾(Matthew Huber)領導的科學家小組從深海和大陸邊緣收集了過去五千萬年的地質數據,然后輸入他們新的計算機模型當中來模擬遠古的潮汐作用。模擬計算表明,在遠古時期,地球自轉耗散的能量僅僅是現在的一半,因此那時月球遠離地球的速度比當今小得多。胡貝爾表示,導致這種現象的原因在于:當今的北大西洋變得足夠開闊,能夠使以12小時為周期的潮汐發生共振,能夠激起更大的波浪,推動月球更快速遠離地球。月球正在逐漸遠離我們,那么它以前一定離地球很近,要是反推回去足夠久遠的時間—影響彼此的演化。這正是目前天文學家仍對地月系統間的潮汐加速興趣不減的原因,因為這也許能幫助我們揭開月球的起源之謎。這種從現有的少量數據出發,向數值范圍外的大膽推演是天文學家相當依賴的一種思考方式——誰讓他們研究的對象時間跨度那么大,而他們能夠觀測到的證據相對而言又那么少呢? 你要是知道他們怎么測量宇宙,怎么熟練地像下跳棋一樣從幾十光年跳到幾十億光年的尺度,那才真的瞠目結舌呢。整個宇宙都被他們回溯成了一個奇點,比較起來,給地月系統回溯出一個肩并肩的過去那真不算什么。
       月球現在遠離我們的速度可以非常精確地量出來:阿波羅計劃在月面上安裝了測距儀,測出地月距離每年增加大約 38 毫 米,恰好是目前地月平均距離的一百億分之一;由此可以計算出地球現在的自轉周期變化,目前的速度是每過一百年,一天的長度增加2.3毫秒。要是這個速度一直不曾改變的話,我們就能直接算出恐龍時代的一天有多長了:從6500萬年前它們滅絕那會兒到現在,地球的自轉周期大約增加了25分鐘。不幸的是,地球自轉的放緩不可能是均勻的,不能用現在的數據來計算以前的情況。那我們怎么能知道遠古以前地球是怎樣自轉的呢?天文學家尋找到了額外的助力:他們得到了地質學家和古生物學家的幫助。按理來說,從地球上出現海洋的那一刻起,潮汐作用就穩定地施加在了地球身上,也在地球表面的巖石上留下了痕跡。 不過我們找不到那么遙遠的證據,因為地球的板塊運動讓地殼 的巖石始終不斷地循環,大部分的古老巖石都湮沒在巖漿中。 從原核生物沉積形成的疊層石記錄看來,至少在 25 億年前, 地球就顯著地受到潮汐作用影響。地質學家們研究了遠古時期的受潮汐影響的沉積巖層——他們管這種巖層叫“潮汐韻律 層”——得出結論說9億年前地球上的一天大約只有18個小時, 一年大概有481天;另一片6.2億年前的潮汐韻律層說明,當 時的一天有21.9個小時,一年大約有400天,合13個月。地月間潮汐作用的大小受到地球陸地和海洋分布的影響, 而在整個地球46億年的演化過程中,地表發生過無數次滄海桑田的變化。光是冰期和間冰期之間的變動就會讓潮汐的大小產生明顯的不同,而由遠古時期的超大陸、超大洋變為如今的七大洲、四大洋,其間的差異更是翻天覆地。目前地球自轉的變慢幅度是長期以來最快的,以前的變化要更小一些。除了沉積巖層之外,古代的生物也提供了關于晝夜節律的線索。珊瑚和貝類是已經在地球上存在了至少4億年的物種, 這兩種生物在環境合適的條件下,晝夜的生長速度有著明顯的 不同,并且也會體現出明顯的四季變化。于是,從它們的生長痕跡中就能辨別出一年的天數。現代的珊瑚每年會長出大約 360根體現晝夜變化的生長紋,而在泥盆紀的珊瑚化石中,發現的 生長紋大約是400根。更有意思的是,把從4億年前到6500萬年前的貝類化石按照年代排序,會發現年代越早的化石,體現出的生長紋越多。月球軌道的演變,在地球遠古的生物身上留下了痕跡。而月球本身,也為地球生命的出現做出了貢獻。由于月球巨大的質量,地月之間的潮汐作用很快讓地球的軌道穩定下來,使地球表面的環境相對平穩,從而有利于原始生命的誕生。如今的月球雖然與地球漸行漸遠,但始終還將陪伴在我們身邊。天文學家計算過,大約20億年后,膨脹的太陽將把地球表面的海水蒸干,那時月球的遠行步伐會進一步放慢。地月之間這段海枯石爛的緣分,要直到45億年后太陽吞沒地球,地老天荒的時候才會終結。

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