2008年12月31日 星期三

為何月亮不會被太陽吸走或繞著太陽轉?

月亮起源的理論,目今還流行的可以歸納做三個。一是逃離說,一是捕獲說,還有一個是孿生說。逃離說認為地月原是一體,因為某種原因,月亮逃了出去,但又為地球重力所拘,未能真個逍遙而去,遂成為懸諸天際的明鏡。捕獲說認為月亮原是太陽系裡獨立一份子(可能是行星,也可能是大的小遊星),誤入地球重力的陷阱,遂被強留不去。孿生說認為月亮和地球本是兄弟,從浮散的原始雲氣中同時凝聚而成。

逃離說創自小達爾文(George Darwin, 物種原始作者Charles Darwin之子)。達爾文計算月球的軌道,發現從前月亮離地球要比今日近得多,幾億年前地月很可能根本就是相連的。但是月亮繞地球轉得好好的,為什麼會改變他的軌道呢?其緣因在於潮汐。這層道理對月亮起源的問題,有很密切的關係,在下節裡我們把它扼要解釋一下。

地球之所以能把月亮拘住,靠的是萬有引力,假若地球是一個很堅固的圓球,那末萬有引力除了把月亮拘住之外,不會改變它的“角動量”,換句話說,月亮會在一定的軌道上運行,既不增快也不減慢。但是地球不是一個簡單的固體圓球,它的表面有海洋,海水雖然受地心吸力之拘,不至飛去天外,但也並不是粘在地殼上。每逢明月當頭,因為月亮的吸引,海水會被提起來一些,此即潮汐之成因。如此說來,每日一次月當頭,(當然月當頭的時候,可能是白天,那就是看不見月亮的朔日,)海潮也應每日一次,為什麼還朝有潮,而夕有汐呢?這個道理大致可以解釋如下,假若沒有月亮和太陽,地球懸空的掛在太空裡,那麼動者恒動,靜者恒靜,也不會有潮汐。現在受月亮的吸引,(當然也受太陽的吸引,其影響相似。)照說應該向月亮的表面落下去,(或者說月亮落到地球表面上來),但是因為地月互相繞轉的緣故,平均的離心力和重力正好抵消,所以暫時維持現狀,所謂「暮雲收盡溢清寒,銀漢無聲“轉”玉盤。」此一“轉”字非常之重要,無此一轉,玉盤早就從天上掉下來了。

但是在地球表面,也只有「中間」的一環,月亮對地球的吸力,正好為離心力抵消。靠月亮近的一頭,月球的吸力超過離心力,所以海水微微被吸離地球而向月亮升起。反之,在地球的那一頭,離月亮最遠,繞轉的離心力超過月球的吸力,海水也微微的被離心力帶離地球,所以在任何時刻,地球上都有兩處在漲潮(參看上圖),地球既在自轉,朝月球的面也隨時移轉,此所以每日有潮汐兩次也。(太陽和月亮一樣,對地球也有潮汐之作用,現在太陽對地球的影響只有月亮的五分之一,但是將來會超過月亮的作用。)

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