12月8日2時23分,，嫦娥四號探測器搭乘長征三號乙運載火箭，開始了奔月之旅,。她肩負著沉甸甸的使命：首次實現(xiàn)人類探測器月球背面軟著陸,。

請注意這里的關(guān)鍵詞——月球背面。

曾經(jīng)無數(shù)次舉頭望明月的你,，是否留意過,，我們始終只能看到月亮有玉兔和月桂樹的那一面？沒錯,，千百年來月球始終只有一面對著地球,，另一面始終背對地球。

問題來了,，是誰把月球變成了雙面伊人,？

同步自轉(zhuǎn)只是表面原因

用一句話解釋這個現(xiàn)象，也很容易：月球繞地球公轉(zhuǎn)一圈和月球自轉(zhuǎn)一圈的時間,，都是28天左右,。

想象一下，繞大樹畫個大圓圈,，在大圓圈上均勻標出360個刻度,。始終面對這棵大樹走一圈，用360步走完,。在大圓圈上每走1步,，身體就傾斜1度。走完時身體也同時完成360度旋轉(zhuǎn),，回到原位,。

也就是說，當你用同樣的時間完成自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)時,，你始終會一面對著大樹,。月球始終一面對著地球的現(xiàn)象也是如此。在天文學(xué)中,，這叫同步自轉(zhuǎn),。

然而，這只是表面原因,。

“月球形成早期,，自轉(zhuǎn)速度比現(xiàn)在快多了,。只有幾個小時，而不是現(xiàn)在的28天左右,?！蹦暇┐髮W(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇告訴科技日報記者，對地球而言,，月球也曾是“多面伊人”,。是數(shù)億年來，月球自轉(zhuǎn)速度不斷變慢,，慢到自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期幾乎一樣,，才導(dǎo)致它始終一面對著地球。

所以,，根本原因在于,，是誰給月球自轉(zhuǎn)踩了剎車？

潮汐力難辭其咎

要解釋月球自轉(zhuǎn)變慢,，潮汐力是最容易想到的因素,。

地球和月球相互繞轉(zhuǎn)，且相互具有萬有引力,，彼此都會給對方施加潮汐力,。地球上的潮汐現(xiàn)象，就與月球?qū)Φ厍虻囊τ嘘P(guān),。

住在海邊的人,，會發(fā)現(xiàn)海水一天有兩次漲潮和落潮。一次是月亮在地球背面時,，另一次是月亮在頭頂時,。

周禮勇解釋說，這是因為地球正對月亮的那面,，受到的月球引力更強,；背對月亮的那面，受到的月球引力較弱,。引力的方向都朝著月球,。而地球在繞月球轉(zhuǎn)時，無論哪個點的離心力都一樣,。離心力的方向與月球施加于地球的引力方向相反,。

如此一來，地球背對月球的那面,，受到的月球引力稍小于離心力,，面對月球的那面月球引力稍大于離心力，最終兩面都感受到一個離開地心方向的力,。所以地球兩側(cè)的海水就漲起來了,。

“月球在繞地球轉(zhuǎn)時,，同樣會受到地球帶來的潮汐力?！敝芏Y勇說,，地球潮汐力的作用，是讓月球正對和背對地球的面都鼓起來,，讓月球變扁了,。

盡管月球上沒有海水，月殼,、月幔和月核卻依然可以感受到潮汐力,，并在月球內(nèi)部形成不斷涌動的固體潮。這種固體潮導(dǎo)致月球幔層之間不斷摩擦,，轉(zhuǎn)變?yōu)樵職?nèi)部的熱能。這在幾十億年時間內(nèi),，可以耗散月球部分動能,。

力矩才是直接剎車機制

不過，潮汐力帶來的摩擦耗散可能是有限的,。

中科院國家天文臺研究員平勁松和同事們研究發(fā)現(xiàn),，月核與月幔之間的流體屬于超低粘性層，這意味著潮汐力所引發(fā)的月核與月幔之間的摩擦力很小,，不至于耗散月球太多動能,。

“關(guān)鍵在于潮汐作用引起的摩擦作用發(fā)生在月球內(nèi)部，這種過程只能耗散掉地球,、月球這個系統(tǒng)的總機械能,，而不能直接給月球自轉(zhuǎn)踩剎車?！敝芏Y勇說,。

兩位天文學(xué)者都認為，最直接的剎車機制是地球與月球之間的力矩作用,。力矩是指作用力使物體繞著轉(zhuǎn)動軸或支點轉(zhuǎn)動的趨向,。

周禮勇解釋說，月球在逐漸變扁的過程中,，依然要在繞著地球公轉(zhuǎn)的同時自轉(zhuǎn),。想象在月球內(nèi)部，有一條與地心和月心連線方向一致的長軸,。長軸在瞬間是指著地心的,，但由于月球要自轉(zhuǎn)，下一瞬間這條長軸就會偏過去,，不再指著地心,。

這時,，來自地球的潮汐力對月球這個長軸的兩端都會產(chǎn)生力矩。這個力矩與長軸偏移過去的方向相反,，也就是跟月球自轉(zhuǎn)方向正好相反,。這會直接改變月球自轉(zhuǎn)的角動量，導(dǎo)致月球自轉(zhuǎn)速度逐漸減慢,。

天長月久,，月球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期變得相差無幾，最終有了我們在地球上看不到的“背面”,。

本報記者劉園園