月球是转动的,为什么有背面

作者：文/虞子期

不同于夜空中距离太远的恒星，虽然当我们在肉眼观察时，总会觉得它们都是静止不动的。但只要借助专业的探测工具，便能观测到它们的移动情况；而月球的背面，则是地球上的我们即便用天文望远镜也无法看到的神秘面，因为我们可以观测到的那一面总是它的正面。

没错，正是因为月球总以同一面面向地球上的人类，所以月球才有了正面和背面之分。人类在1959年才第一次看到月球背对地球那一面的照片，它是通过前苏联的月球3号太空船所拍摄。而人类首次通过眼睛看到月球的背面，则是在1968年阿波罗8号任务环绕月球飞行的时候。那么，一直在转动的月球为何总以同一面示人呢？

月球的不同面-一面是大量起伏不平的撞击坑，一面是平坦的月海

关于月球近侧正面的基本事实

月球的近侧，也就是我们常常看到的正面，分布着一滴水都没有的月海，巨大的撞机坑被暗色火山喷出的玄武岩熔岩流所填充。而那些古老而明亮的斜长岩高地，以及引人瞩目的撞击坑就零星的分布在月海的内部和外围之间。

虽然，站在我们人类的角度，月亮就是天空中唯一亮度低于太阳的星体，然而它的真实表明却十分昏暗。倘若要对它的亮度进行一个比较具象的描述，那么，我们可以将其与生活中较为常见的沥青进行对比。简单来说，月球正面的真实反射率，其实仅比沥青高出那么一点点。

月球的近侧（左侧）覆盖着深色斑点，月球的远端（右侧）有许多陨石坑和高耸的地形

月球的远端背面是什么样子

月球始终背对着我们的那一面，也就是它的远端背面，存在着一个太阳系中已知最大的撞击坑，名字叫做南极-艾特肯盆地。不同于正面月海的大面积分布（大约31.2%的覆盖面积），月球背面很少有比较平坦的月海存在（2.5%左右的面积占比），同时还可以遮蔽来自地球的电波干扰。

或许正是这种地形分布上的明显不同，才导致了月球的热量主要是集中在其正面的半球上生成。比如，月球勘探者的γ射线光谱地质化学图已被证实。南极-艾托肯盆地代表着月球上最低的高度，以及最薄的地壳。为什么它不像正面的风暴洋那样，存在着剧烈的火山活动，便与其隆起的表面和地壳的厚度会影响内部玄武岩的爆发有关。

月球侦察轨道飞行器拍摄的月球远端区域照片，大量mineral矿物表明其过去可能是稀有硅酸盐火山沉积

月球如何旋转-接近的旋转周期值，给人造成月球近似静止的错觉

月球的同步旋转是怎么回事？

相信很多观察月亮的人都会发现，当它经过轨道时会与地球基本保持在同一侧，这也是为什么很多人会疑惑，月亮到底有没有在旋转。答案当然是肯定的，虽然它看上去似乎与我们的眼睛所观察到的截然相反。事实上，月球围绕地球运行一周大约需要27.322天，而它围绕自己的旋转轴一周也刚好是在27天左右。

为什么月球给很多人的感觉是静止不动的？正是因为这两个旋转周期值近似相等所造成，这样的现象被称为同步旋转。很多时候，大家都将月球的远端背面称为阴暗面，但这样的说法却并不准确。因为，当月相处于新月阶段、月球刚好位于太阳和地球之间的时候，此刻沐浴在阳光之下的就是月球背面。

当然了，月球的轨道和自转并没有达到完全匹配的程度，它会沿着略微伸展的椭圆轨道绕着地球运转。当地月之间的距离达到最近的时候，月球的自转速度会小与其旋转速度，这也是为什么我们可以在东边看到另外8度角。而当地月之间的距离达到最远的时候，其更快的自转速度，则会让我们在西边看到另外8度的角。

月球的运转轨道是如何发生变化的？

正如月球会受到地球的引力影响，地球上的海洋潮汐也会受到月球的影响一样。它的自转周期，也并不是一直都刚好等于它围绕地球运行的轨道。缺少海洋的月球，会在地球的引力作用下形成潮汐凸起，并在拉动它们的时候产生潮汐摩擦，并最终导致了月球自转速度的减慢。随着时间的递进，当月球的自转速度变得足够慢的时候，它的轨道和自转变得匹配。

月球被地球反射光照亮的“夜侧”就像满月

然后，月球的正面被潮汐锁定永远面向我们的地球。简而言之，引力效应在月球上形成的凸起，导致了月球的旋转速度变慢，而同步旋转的形成，使得更长的月球轴指向了地球。也就是说，月球面向地球的一侧完全取决于其自身的旋转速度。

月球逐渐地失去了原有的运行速度，而地球也不会完全不受束缚。月球会对地球的自转施加摩擦，地球也会在月球自旋的时候施加摩擦，而一天的长度就这样每个世纪增加几毫秒。比如，在恐龙时代的时候，地球的自转大约只需要23个小时就能完成；但是，当时间来到1820年的时候，同样的轮换则花费了大约24个小时。

月球被潮汐锁定-该现象在太阳系中普遍存在，且形成原理一致

潮汐锁定并不是只存在于月球和地球之间

月球总是以同一面朝着地球，其实就是潮汐锁定在我们现实生活中的最直观体现。这样的现象通常都发生在，重力梯度使天体总以同一面面向另一个天体。所有被潮汐锁定的天体都有一个共有的特征，那就是其自旋需要花费的时间，总是几乎等于它围绕同伴进行公转需要耗费的时间。正是这样的同步自转行为，才导致了被潮汐锁定的星球，总是以固定不变的一面朝向另一个天体。

在巨大的陨石坑和广阔的月球平原上，LRO和其他航天器最终在月球北极和其他地方发现了数吨水冰的证据。

客观而言，潮汐锁定现象在宇宙中并不罕见，即便是我们所在的太阳系也较为普遍的存在着。比如，水星和太阳之间，卫星和它的行星之间，乃至太阳系外的其他行星和恒星之间，其实都存在着地球和月球之间的这种潮汐锁定现象。其中最为特殊的，应该就是冥王星和卡戎，由于两个天体的质量和物理性质都比较接近，所以它们被彼此潮汐锁定。

关于潮汐锁定机制原理的描述，我们可以将被锁定的较小天体命名为天体B，然后将较大的天体命名为天体B。从自转率的改变这个角度来说，当天体A的引力在天体B的隆起的诱导下造成扭矩，那么，天体B会就会被天体A潮汐锁定。所有具有该类现象的天体，都会经历从潮汐隆起、隆起拖拽、结果的扭矩到轨道变化、乃至大天体的锁定后自转轨道共振。比如，水星的自转，就被锁定到与公转太阳周期为3:2的共振。

月球不仅自转且与地球的距离变得越来越远

不要感到意外，月亮不仅不像很多人错觉里的那样没有旋转，而且还与地球之间的距离变得原来越远。就连地球的自转速度也在减缓，而这两个现象之间又存在着密切的联系。地球的两端，都受到月球引发的潮汐影响，并且地球又在旋转。所以，月球在其轨道上的位置将落后于潮汐，月球因为引力的拖拽被送入到更高的运行轨道。

图像中的颜色说明了月球表面坡度和粗糙度等信息

由于受到了这样的增强影响，地球被迫需要损失一部分能量，所以也出现了旋转速度减缓的现象。但是从数据上来看，地球和月球之间的潮汐锁定并没有发挥很大的作用。比如，月球和地球之间的距离虽然在变得越来越远，但每年的增加距离仅为3.8厘米。当然了，随着时间过去很多年，我们头顶这片天空中的月亮将会在视觉上变得越来越小，同时还会使得日全食变得更加罕见。

总结一下：

月球的确是一直处于运转的状态之中，之所以它总以同一面面向地球、会存在背面和正面之说，是因为它和地球之间由于同步旋转导致了潮汐锁定的现象。

潮汐锁定现象并不是只存在于地球和月球之间，不管是太阳系之内的行星和卫星之间、还是太阳系之外的恒星和行星之间，都普遍的存在着潮汐锁定现象。

所有存在潮汐锁定现象的天体都具有一致的形成原理，较小的天体总是会被另一个较大的天体潮汐锁定，而当两个天体具有相似的物体特性和质量的时候，则会彼此都被潮汐锁定。