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月球潮汐力


發(fā)布時間:2016-06-07 16:20:16

 
 

       潮汐力耗散地球的自轉(zhuǎn)能量,導(dǎo)致月球正在以每年3.8厘米的速度遠(yuǎn)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(yuǎn)離地球!這個結(jié)論有助于解開長期困擾天文學(xué)家的月球年齡問題。月球的引力在地球上產(chǎn)生了周期的潮汐現(xiàn)象,潮汐力耗散地球的自轉(zhuǎn)能量,降低地球的旋轉(zhuǎn)速度,同時也導(dǎo)致月球正在以每年3.8厘米的速度遠(yuǎn)離地球。如果以月球遠(yuǎn)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(jù)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(xué)西拉法葉分校(Purdue University in West Lafayette)的科學(xué)家馬修·胡貝爾(Matthew Huber)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家小組從深海和大陸邊緣收集了過去五千萬年的地質(zhì)數(shù)據(jù),然后輸入他們新的計算機(jī)模型當(dāng)中來模擬遠(yuǎn)古的潮汐作用。模擬計算表明,在遠(yuǎn)古時期,地球自轉(zhuǎn)耗散的能量僅僅是現(xiàn)在的一半,因此那時月球遠(yuǎn)離地球的速度比當(dāng)今小得多。胡貝爾表示,導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因在于:當(dāng)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(fā)生共振,能夠激起更大的波浪,推動月球更快速遠(yuǎn)離地球。月球正在逐漸遠(yuǎn)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(yuǎn)的時間—影響彼此的演化。這正是目前天文學(xué)家仍對地月系統(tǒng)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(xiàn)有的少量數(shù)據(jù)出發(fā),向數(shù)值范圍外的大膽推演是天文學(xué)家相當(dāng)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(jù)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(jié)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(tǒng)回溯出一個肩并肩的過去那真不算什么。
       月球現(xiàn)在遠(yuǎn)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(xiàn)在的自轉(zhuǎn)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(xiàn)在,地球的自轉(zhuǎn)周期大約增加了25分鐘。不幸的是,地球自轉(zhuǎn)的放緩不可能是均勻的,不能用現(xiàn)在的數(shù)據(jù)來計算以前的情況。那我們怎么能知道遠(yuǎn)古以前地球是怎樣自轉(zhuǎn)的呢?天文學(xué)家尋找到了額外的助力:他們得到了地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家的幫助。按理來說,從地球上出現(xiàn)海洋的那一刻起,潮汐作用就穩(wěn)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(yuǎn)的證據(jù),因為地球的板塊運動讓地殼 的巖石始終不斷地循環(huán),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(zhì)學(xué)家們研究了遠(yuǎn)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(jié)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(dāng) 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(fā)生過無數(shù)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(chǎn)生明顯的不同,而由遠(yuǎn)古時期的超大陸、超大洋變?yōu)槿缃竦钠叽笾蕖⑺拇笱螅溟g的差異更是翻天覆地。目前地球自轉(zhuǎn)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(guān)于晝夜節(jié)律的線索。珊瑚和貝類是已經(jīng)在地球上存在了至少4億年的物種, 這兩種生物在環(huán)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(xiàn)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(shù)。現(xiàn)代的珊瑚每年會長出大約 360根體現(xiàn)晝夜變化的生長紋,而在泥盆紀(jì)的珊瑚化石中,發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)年代越早的化石,體現(xiàn)出的生長紋越多。月球軌道的演變,在地球遠(yuǎn)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(xiàn)做出了貢獻(xiàn)。由于月球巨大的質(zhì)量,地月之間的潮汐作用很快讓地球的軌道穩(wěn)定下來,使地球表面的環(huán)境相對平穩(wěn),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(yuǎn),但始終還將陪伴在我們身邊。天文學(xué)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(yuǎn)行步伐會進(jìn)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(jié)。


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