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蜗牛壳

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月球是否真的自转?  

2010-08-20 00:49:54|  分类: 火星车 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  要把小子的意思说明白,必须从三个词语的定义说起,这就是“旋转”、“自转”与“公转”。
  比较容易说清楚的是“旋转”,这个概念在如今的二年级数学课本中就有,简单来说就是:当一个物体整体围绕一个中心点做圆周运动时我们称之为“旋转”,这是与“平移”相对的一个概念。过旋转中心点垂直于圆周运动面做一条直线,就是“旋转轴”。当这条旋转轴穿过物体本体时,我们称这个物体在“自转”,相应的旋转轴也就称之为“自转轴”;如果旋转轴没有穿过物体本体(二者没有交点),此时的圆周运动只能称之为“旋转”,对宇宙天体而言就是“公转”。
  让我们来看一个例子:一个转动中的陀螺毫无疑问是在自转,自转轴就是它的陀螺杆;现在,我们把一条绳子的一端钉在陀螺的侧边上,另一端握在手中,挥动绳子使陀螺在空中做圆周运动,其旋转中心就是我们的手,旋转轴大约是小臂,那么此时陀螺的运动还能称之为“自转”吗?这个问题看似容易,实则很难回答,月亮与地球的关系也恰好与此类似。在这里,地球是那只手臂,地球的引力及潮汐作用是一条无形的绳子,绳子的另一端就钉在月球的某个固定区域(近日点)上,拉着月球绕地球在空间中做圆周运动,而且总是一面朝向地球(当然是拴绳子的那一面)。如果你认为上述陀螺绕手臂的旋转不是自转,为什么同样原理的月球绕地球旋转就有自转了呢?
  接下来我们看,不管是月球还是陀螺,由于在运动过程中其自身坐标系的空间指向发生了变化(始终指向中心),也就产生了旋转而不是平移,如果不是自转,那么这个转动量又是从何而来呢?要回答这个问题,我们需要引入另一个概念“地月系“。在天体力学上常把地球和月球看作一个整体系统,称为地月系,该系统的质心在地球本体内,距离地球质心4700公里(地球半径6378公里)。我们平常所说的月球绕地球”公转“,实质上是月球和地球同时绕地月系的质心旋转,周期为27日7时43分11.545秒,这就是一个恒星月的时间。转动模型如下图所示:
月球是否真的自转? - 秋天的麦兜 - 蜗牛壳
  在这个模型中,如果暂不考虑地球的自转作用,让地球也始终以一面正对着月球,地月之间就会形成一个无形的刚性连接,等价于有一个固体连接杆把地月连成整体,这样我们就可以把地月系视为一个刚性系统,上述的”地球与月球同时绕地月系质心旋转“也就可看作是地月系本身的”自转“,月球的转动量实际上是地月系自转在边缘地带所产生的效果。现在我们再把地球自转作用加进来,就可以清楚地看到,相对于地月系,地球确实有自转,而月球是静止不动的。这就相当于在一块大的圆形平板上,靠近边缘地带固定着月球,其轴线另一端接近平板中心的位置固定着一根竖轴,竖轴穿过了地球中心,在平板绕其中心自转的同时,地球也在绕板上的竖轴自转,但月亮相对于平板却始终不动。如果把这个平板放大到太阳系之中,仍然是平板在自转,固定在平板上的月球才随之发生了转动,使月球总是以同一面朝向地球。如此看来:
  我们有什么理由把一个整体自转的物体其中的任何一个局部运动也称之为”自转“呢?
  难道一个原地转圈的人他的每一根手指、脚趾都在自转吗?
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