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为什么月球远离地球

作者:麻缘鸲 来源:本站原创 时间:2019-07-22

自从人类第一次登上月球近50年后,人类再一次向前推进着试图登陆地球的卫星。 仅在今年,中国已经 ,而印度即将登陆月球车,尽管最近的冒险事故已经崩溃,但以色列继续在地面上降落。 美国宇航局同时宣布,它希望到2024年将宇航员送到月球的南极。

但是,虽然这些任务旨在进一步增强我们对月球的认识,但我们仍在努力回答一个关于它的基本问题:它最终是如何结束的?

1969年7月21日,阿波罗11号机组人员安装了第一组镜子,以反射从地球射向月球的激光。 随后使用这些阵列进行的实验帮助科学家们研究了过去50年来地球与月球之间的距离。 我们现在知道月球的轨道每年变大3.8厘米 - 它正在远离地球。

这个距离,以及使用月球岩石来形成45.1亿年前的月球形成,是巨大撞击假设的基础(月球在地球历史早期碰撞后由碎片形成的理论)。 但如果我们假设月球衰退一直是3.8厘米/年,我们必须回到130亿年才能找到地球和月球靠近的时间(月球形成)。 这是很久以前 - 但不匹配并不令人惊讶,它可能是由世界古代大陆和潮汐所解释的。

潮汐和经济衰退

到月球的距离可以与地球大陆构造的历史联系起来。 潮汐能量的损失(由于移动的海洋和海床之间的摩擦)减缓了行星的旋转,迫使月球离开它 - 月球后退。 潮汐主要受地球海洋盆地的形状和大小控制。 当地球的构造板块四处移动时,海洋几何形状会发生变化,潮汐也会发生变化。 这会影响月球的撤退,所以它在天空中显得更小。

这意味着如果我们知道地球的构造板块如何改变位置,我们就可以在给定的时间点找出月亮与地球相关的位置。

我们知道潮汐的强度(以及衰退率)也取决于地球和月球之间的距离。 因此,我们可以假设当月亮年轻并且更接近地球时,潮汐更强。 随着月球在其历史早期迅速退去,潮汐将变得更弱,经济衰退将更加缓慢。

描述这种演化的详细数学最初是由伟大的查尔斯·达尔文的儿子乔治·达尔文于1880年发展起来的。但是当我们输入现代人物时,他的公式产生了相反的问题。 它预测地球和月球在15亿年前才会紧密相连。 达尔文的公式只能与月球的年龄和距离的现代估计相协调,如果它的典型近期衰退率降低到每年约1厘米。

这意味着今天的潮汐必须异常大,导致3.8厘米的衰退率。 这些大潮的原因是,今天的北大西洋正好与潮汐共振的宽度和深度正确,因此振荡的自然周期接近潮汐的自然周期,使它们变得非常大。 这就像一个在秋千上的孩子,如果按正确的时间推动,他会走得更高。

但回到过去 - 几百万年就足够了 - 北大西洋的形状差异很大,这种共振消失了,所以月球的经济衰退速度会慢一些。 随着板块构造将大陆移动到周围,随着地球自转速度的减慢改变了天的长度和潮汐的时间,地球将会进入和退出类似的强潮状态。 但是我们不知道长时间潮汐的细节,因此,我们无法说明月球在遥远的过去。

沉积物解决方案

解决这个问题的一个有希望的方法是尝试从古代沉积物的物理和化学变化中检测米兰科维奇循环。 这些周期是由于地球轨道的形状和方向的变化以及地球轴线方向的变化而产生的。 这些产生了气候循环,例如过去几百万年的冰期。

大多数米兰科维奇周期都没有改变它们在地球历史上的周期,但有些周期受到地球自转速度和月球距离的影响。 如果我们能够检测并量化这些特定时期,我们可以使用它们来估算沉积物沉积时的日长和地月距离。 到目前为止,这只是在遥远的过去只尝试了一个点。 来自中国的沉积物表明,14亿年前,地月距离为341,000公里(目前距离为384,000公里)。

现在我们的目标是在不同时间段的数百个地点重复这些沉积物的计算。 这将为过去几十亿年的月球衰退提供强劲而近乎连续的记录,让我们更好地了解过去的潮汐变化。 这些相互关联的研究将共同​​描绘地月系统如何随时间演变。

Mattias Green是班戈大学物理海洋学的读者,David Waltham是Royal Holloway的地球物理学教授。

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