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用科学的角度赏月:如果失去月球,地球会发生什么? 精选

已有 7008 次阅读 2018-9-23 21:36 |系统分类:科普集锦

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  对于月亮,我们早就习以为常。

  就算是中秋佳节,我们可能都很少抬头瞥一眼天上的大月盘。

  忙碌的人怕触景生情,而有条件团聚的人则更珍惜眼下的光阴。

  不过,抛开“人月两团圆”的象征意义,从科学的角度来“赏”月也不失为一番美事。

  

  在离地球38.4万公里的轨道上,月球已经孤独运转了45亿年。

  它见证了地球的荒芜混沌、生物的漫长演化。

  剔除了神秘色彩,当你对月球了解得越深,你就会觉得越不可思议。

  即使遥不可及 ,但它依然每天都在影响着我们生活的地球。

  其中,大家最熟悉的便是潮汐现象。

  呈周期性涨落的海水,白天为潮(朝),夜晚为汐(夕)。

  

  这种现象,正是由地球与月亮之间的引力所引起的。

  引力确保了我们能平稳地站在地面,也让月球能沿着轨道围绕地球旋转。

  但引力是相对的,月球的引力同样会牵引着地球,以及地球上的海水。

  

  因与月球间距离不同,地球上各点所受月亮引力的大小也不同。

  所以离月球最近的点,海水则会被月球“拉”起来,这也就是我们常说的“涨潮”。

  伴随着地球的自转,海水每天会经历两次涨落,每次所经的平均时间为12时25分。

  

  月球引力引起地球潮汐的原理

  很早以前,人们就已经注意到月亮对潮汐的影响了。

  故也有了“涛之起也,随月盛衰”等谚语。

  在人类长期的劳作中,潮汐也被利用于航运、渔业、发电等方方面面。

  

  假如失去潮汐,地球的海洋可能会变得一片死寂。

  海洋的生态系统将迎来巨大挑战,大量海洋生物将面临死亡和灭绝。

  但是月球靠得太近,也不是好事。

  潮汐暴涨,海水倒灌,地球上的低海拔陆地就会被淹没。

  人类将见到世界末日般的恐怖画面。

  

  除了影响地球的潮汐,月亮还与地球的生命起源密切相关。

  人们总以为,没有了太阳,地球上就没有生命了。

  事实上,月球作为地球唯一的卫星,失去月球地球同样寸步难行。

  而地球,也确实经历过一段没有月亮陪伴的艰苦日子。

  回首过去,我们就会发现月亮的陪伴并非来得如此理所当然。

  

  冥古宙地球想象图

  地球的年龄大约为45亿岁,最初的地球身边还没有月球的陪伴。

  而这段地球形成之初的时期,也被称为冥古宙(Hadean Eon)。

  顾名思义,冥指的便是地球就像冥府地狱一样,温度自然高到无法想象。

  当时地球的自转速度也快得惊人,是现在的3倍,也就是说每天只有8小时。

  在年轻的太阳系中,地球还得独自承受着彗星和小行星的狂轰滥炸。

  要在这种环境生存,简直异想天开。

  

  不过很快,地球就迎来了那颗改变了它命运的行星“忒伊亚”(Theia)。

  这颗与火星大小相当的行星,与原始的地球发生了猛烈的撞击。

  电光火石间,地球大部分的熔岩地壳就被撞进了太空。

  

  其中有部分获得了逃逸速度飞出太空,而其余的则在地球轨道上形成了一条“地球环”。

  而大块的碎片经过长年累月地把较小的碎片拉向自己,这才形成了我们现在月球的雏形。

  这也是关于月亮起源的“大碰撞说”,也是目前大多数科学家认可的月球起源说。

  

  就这样,在地球上我们第一次见到了月亮的升起。

  那时的月球离地球只有2.25万公里,比现在的38.4万公里的距离要近得多。

  所以那时候站在地球上看月球,是现在的15倍大,真触手可及。

  与之相应的,月球对地球的引力就是现在的200倍,潮汐引力则是3400倍。

  

  尽管那时候地球还没有海水,但地球表面铺满的岩浆,也能靠着着月球巨大的引力,像潮汐一样,此起彼伏。

  正是因“潮汐”的存在,月球才开始慢慢地远离地球。

  然而潮涨潮落的同时,地球也在自转。

  于是地球海面的最高点还来不及自动恢复原状,就已经被地球的自转“拉着走”了。

  

  而力的作用是相互的,“地球自转”拉着“最高海面”走,也就意味着“地球自转”会被“最高海面”拖着。

  这个阻力会使地球的自转速度慢下来。

  而地月系统的角动量是恒定的,地球慢下来了,月球就会蹦到能量更高、离地球更远的轨道,这就是所谓的“潮汐加速”

  

  这样,地球自转的速度也慢慢降下来。

  从过去的8小时一天,变成现在的24小时一天。

  即使是现在,每一年月球都将“窃取”一些来自地球的自转能力,并利用它推动自己在轨道上上升3.8厘米,使自己逐渐逃离地球。

  

  那么过去的每8小时自转一圈什么概念?

  首先地球转速过快,会带来无数个超强风暴。

  像土星就是一颗自转周期为10小时的星球,其大气层的狂风肆虐几乎是毁灭性的。

  卡西尼号就曾拍到土星上一个巨大的风暴,持续了整整200天。

  它的风眼直径就达2000公里,是地球上最强飓风的20倍以上。

  

  卡西尼号拍到的土星飓风

  快速旋转的早期地球还导致了另一个重大的副作用,就是地球磁场会比现在增强好几倍。

  超强的磁场将会把更多的太阳耀斑偏转到地球表面,辐射将会攻击大气底部的生命。

  生命的进化是非常偶然和脆弱的,在这样的影响下,所有生物进化都举步维艰。

  如果没有“忒伊亚”的拔刀相助,或许人类文明根本不会存在。

  

  在我们的想象中,行星相撞往往意味着毁灭。

  但毁灭过后,便是重生。

  忒伊亚”与地球这一撞,就给地球带来了生机,撞出了创造生命的初始环境。

  甲烷、一氧化碳和氢气等气体大量涌入大气层,地球发生了翻天覆地的变化。

  

  米勒模拟实验,想必大家都不陌生。

  20世纪50年代,美国化学家坦利·米勒博士曾做过这么个经典实验。

  他利用这些气体在瓶中模拟了早期的地球环境,用通电模仿闪电的作用。

  结果让人大吃一惊,瓶中出现的泥浆中富含着氨基酸,也就是蛋白质的原材料。

  

  待地球温度慢慢降下来,水汽也凝结成了海洋。

  而真正让生命成为可能的秘密,或许还藏在海洋的潮汐里。

  生命,必须由遗传物质提供基本蓝图。

  “RNA世界说”的支持者约翰·萨瑟兰教授,就相信月球引起的潮汐是生命起源的重要因素。

  

  他在试验中,模拟了早期海洋的化学物质、光照并重建了潮起潮落等环境。

  结果却让人惊讶,生成的化学物质中出现了一种中间物质。

  该物质可纯化合成RNA所需的核糖和碱基,并最终形成一种类RNA。

  

  当然,关于生命的起源还有很多谜题未解开,但失去月亮人类无法存活却是不变的事实。

  首先月球的出现,让地球出现了相对稳定的气候。

  当忒伊亚与地球相撞,地球就发生了轻微的倾斜。

  此后,月球就充当起了地球的稳定器,让地球靠23.5度倾角维持着规律的四季。

  

  如果失去月球,这微妙的倾斜角便会陷入摇摆不定。

  
举个反例,火星的周围就没有像月亮这样的卫星存在。

  因此孤独的火星就经常发生狂乱的倾角变化。

  最低的时候是15度,最高时甚至超过80度,恶劣的气候也使火星寸草不生。

  

  事实上,除了充当稳定器以外,月球还像是守护天使。

  在地球上,无论任何地方和任何时刻,我们都只能看到月球的正面

  而在天文学中,则把这种由于重力梯度使天体永远以同一面对着另一个天体的现象称为“潮汐锁定”

  

  当然,随着科技的进步,各种航天器早就传回月球背面的照片了。

  从这些影像中,我们会发现相比于正面,月球的背面布满了陨石坑

  而每一个陨石坑,都来源于一次致命的撞击。

  若这些灾祸发生在地球,都有可能终结正在进化的生命。

  从某种意义上来说,月球也多次拯救了地球。

  

  起初,是月球撩拨起了人类尝试探索太空的好奇心。

  迄今为止,共有12人登上过月亮。

  “人类不会永远留在地球”,在未来人类或许能找到一颗宜居星球。

  人类虽不会止步于月球,但月球充当“探索太空跳板”的使命却不会改变。

  

  大量研究表明,月球虽环境恶劣,但也有独特的优点。

  它的引力只有地球的六分之一,在那里建设发射场向太空发射载荷成本会很低。

  在太阳系内建立大型太空站,或太空居民点,开发月球资源以供需求是最经济的途径。

  若失去了这块跳板与垫脚石,人类探索太空的难度将大增。

  

  当然,这些对此刻的我们来说还是有些遥不可及。

  眼下的是中秋佳节,月亮至少对每一个中国人来说都意义非凡。

  这盏夜空中最亮的明灯,永远指向家的方向。

  但我们也不妨换种心境,怀着敬畏抬头看月亮。

  毕竟我们现在能坐在地球上对月亮夸夸而谈,又是炸月亮又是卖月亮的,还得靠它几十亿年来的关照。

  *参考资料

  BBC.我们真的需要月球吗?.2011

  The Universe:The Day The Moon Was GONE .History Channel

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