深山兰细语

世事沧桑,深山幽静。细语人生,聊发自叹。惊鸿留痕,同享诸君。
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没有了月亮,会怎么样?

(2008-11-11 10:36:56) 下一个



地球上的任何人都一定知道天上有个月亮,即使生来就全盲的人也一定听别人说过,只是他没有直观的感觉罢了。

那么,月亮对地球有何影响呢?有人说这还不简单,它造成地球上的潮汐现象。满月的晚上使夜不太暗。不过,影响远不止于此。月亮绕地球公转的周期对女人生理周期的影响,大多数人都知道。由于月亮是离我们最近的天体,它使古人印象深刻。我们祖先的所有历法都是阴阳合历。这个阴历就是与月亮周期有关的记时法。所谓闰月就是为了调整地球绕太阳公转周期与月亮绕地球公转周期不是整数倍这一矛盾的努力。

除此之外,月亮对地球还有更重要的影响。

说地球上的潮汐(通常是海水或大的湖泊水的涨落)是月亮引力造成的,这只说了部分真实。其实应说,这一现象是月亮和太阳对地球引力联合作用的结果。因为太阳对地球的潮汐力仅为月亮对地球作用的40%,所以地球上的潮汐主要是月亮造成的。

如果再作一下思考,既然海水的涨落能作功,这消耗的是什么能?这个问题恐怕不是每个人都能回答的。答案是:它消耗的是地球的自转能量。结果是地球的自转速度慢慢地下降,月亮慢慢地远离地球。

其实,地球和月亮之间的潮汐现象最重要的是引起岩石圈的涨落。这个现象,人们无法直接感觉到。这个作用是相互的。我们仅以地球对月球的作用为例。地球的引力使月球对地球的部分的岩石圈凸起。因为有磨擦力,这个作用的发生总有点滞后于月球的自转。这一滞后就对月球的自转起到刹车作用。结果是月球的自转变慢,至到它的自转周期和它绕地球的公转周期严格一致为止。那时,这一滞后现象就被消除了。这一作用同时也使月球远离地球。因月球质量比较小,它对地球自转的刹车作用很小,因而地球自转速度下降的很慢。

在天空,月球、地球和太阳的位置是很复杂的。它们的公转轨道大致在一个平面。当月球处于太阳与地球连线上时,太阳对地球的潮汐力和月球对地球的潮汐力是迭加的;当月球移动90度后,二者作用相消,但不会是零。前面说过,太阳队地球的潮汐力仅为月球对地球的潮汐力的40%。这才在地球上有高潮幅度在每日时间尺度上的变化——有大潮和“小潮”的区分。

月球对地球的潮汐力在大多数时间段里会抵消太阳对地球的潮汐力。这一点对地球至关重要。一般地讲,两个天体质量相差很大,距离又比较近。其潮汐力作用比较显著。作用的结果是小质量的天体的自转周期等于它绕大天体公转周期,也就是它以一面对着大天体。今天的月球就是这样。这一现象称为“潮汐锁定”。这个现象在宇宙中许多地方都会发现。

在科学上,为了了解某一参数的作用,通常是让这一参数变化,再看系统有何变化。我们为了理解月球对地球的影响,假设没有月球会怎样。

若没有了月亮,夜晚的天空将总是黑的,不再会有皎洁的月光一说了,诗人也不会写出“月光如水水如天”的诗句了。李白的诗:“床前明月光,疑似地上霜。举头望明月,低头思故乡。”这样的诗肯定是没有了。若写,也许是这样的:“床前黑黝黝,冷风吹满楼。举头无所见,低头愁更愁。”

没有了月亮,肯定没有了月下老这一说。有的只能是“树荫下老”一类的东西。

更重要的是,若没有月球,地球上的潮汐力主要来源于太阳的引力。自然幅度要小许多。太阳和地球之间的潮汐力会使地球自转速度变慢的变化率应比现在要大的多。有可能地球已被太阳“潮汐锁定”,它自转的周期等于或约等于它的公转周期,也就是一年。有人会说,没有了月球,潮汐幅度变小,为何这一作用反而大了,这不是矛盾吗?

矛盾是表面现象。

月球只是处于太阳与地球的连线上及附近时,才加强了太阳队地球的潮汐力;其余的地方都是削弱了该潮汐力,甚至是完全抵消了太阳的作用,仅余月球自己的影响。加强潮汐力的时间段要比抵消的时间段短的多。这相当于月球仅在很短的时间里对太阳作用于地球自转起刹车作用是加强;而更多的时候是对这一刹车起“解除”的功能。若没有月球,地球今天自转周期——一“天”的时间可能是三百几十天的长度。

对于这个推论可从地球内圈的两个行星——水星、金星的物理参数来类比而得出。水星的质量很小,但它的轨道靠近太阳。潮汐的加速度或潮汐力是与其距离的三次方成反比,所以太阳对它的潮汐力是很强的。水星的自转周期是58.646日,公转周期是87.969日。这里的“日”是指地球日,下同。更早的时候,天文学家们都认为二者是相等的,水星已被“潮汐锁定”了的结果。但后来发现不是这样的。目前认为,这是它的轨道的较大的偏心率导致的。

有人会想起火星,它的自转周期好像和地球差不多。地球离太阳的距离是1.5亿公里,而火星距太阳有2亿公里,比地球远5千万公里。上面说过潮汐力是与其距离的三次方成反比,所以太阳对火星的潮汐力要比对地球的小的多。火星的质量仅有地球的10.8%。另外,火星有两个卫星。并且它们距火星是很近的。特别是火卫1几乎位于洛希极限上。所以,火星上的潮汐力(不是指对液体的)由它的卫星主导。这样,火星才没被太阳“潮汐锁定”。

我们把眼光转向宇宙。

目前,科学家们发现了恒星 Gliese 581 至少有三颗超级地球的行星。该恒星位于天平(Libra)星座内。此恒星在北半球只有在夏天的夜晚出现离地平线不高的天际。其他时间只有在南半球才能见得到它。欧洲宇航局就是利用在智利的天文望远镜才发现这三个行星的。这个Gliese 581 恒星的质量只有太阳的31%,而半径仅为太阳的29%。它的年龄估计为43亿年。它的行星581 c 的质量是地球的5.073倍。该行星绕恒星公转的半径约为11百万公里,仅为地球距太阳距离的7.3%。它的公转周期是12.9天。由于该行星位于“适宜居住的区内”,它是目前科学家们认为最可能有生物存在的行星。

G581 c的质量大,而它的恒星的质量比太阳小的多,且二者的距离比地球距太阳小的多。G581 的年龄又和太阳差不多,所以,大多数的科学家们都相信G581c 和它的恒星已处于“潮汐锁定”的状态。也就是它绕恒星的公转周期和它自己的自传周期大致相等。

它是否有卫星,就目前的观测手段,恐怕没有任何办法知道。实际上,该行星不是直接观测到的,而是通过观测到相应的参数,用计算的方法“算”出来的。如果我们直接用望远镜去观测,由于恒星发光,它周围的行星就像处于夜晚开着的车灯边的一只小蚂蚁。这样的恒星和其行星的光度对比度是10的10方的数量级。我们目前的光学望远镜最大的直径为8——10米。它们几乎是没有办法直接观测到行星的。

通常是观测到行星绕恒星旋转,引起恒星径向速度的摄动。直接观察由这个摄动而导致的多普勒频移。再进行复杂的信号处理,最后解析出真正的摄动周期信号。ESO就是用专门设计的精密望远镜HARPS(High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher),使用这个方法来寻找行星的。它最后得到的周期信号清晰可见。目前就是用这个办法来“看”行星。当然,太小的行星目前无法观测到。现在欧洲南天观察站ESO(European Southern Observatory)正在计划建造的直径42米的OWL超级光学天文望远镜有可能直接观察到这颗行星的。据工程师们说,现在的技术可以造出直径为100——120米的望远镜。但技术风险太大,最重要的是其造价将是几百亿欧元。科学家们无法找到这些多的钱,只能求其次,计划建造42口径的望远镜。原定在2017年完成。我们希望这个项目不会被延迟,能成功地投入使用。

若它能成功的使用,可能直接观测出那颗行星上的大气成分,甚至是地貌特征。若那上面有复杂的生物,修筑过什么运河,也许会被观测到。话题扯远了。

科学家们目前对该行星上可能存在的生物作出推测,出发点都是假设该行星和恒星处于潮汐锁定的状态。

如果没有月亮,我们的地球该是也和太阳处于“潮汐锁定”的状态。那样的话,地球上的一面总对着太阳,而另一面总是黑夜。在那样的情况下,地球上的大气会怎样运动,那是很复杂的。黑夜那一面肯定没有植物了,但其温度未必很低。而总是白天的那一面的温度肯定很高。植物会怎样适应,那是太复杂了。我们不去费神了。

没有了黑夜,人类的天文学很难发展起来,因为我们大概认为天上仅有一个发亮的“家伙”,叫什么就说不定了。

反正,月亮对我们来说,是太重要的,不光是在某些日子的夜晚照亮大地。这大概应是不会错的。





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