为什么我们看到的月亮总是一样的

地球引力场的潮汐力使月球上的固体潮汐升起，导致月球形状变成类似足球的非球形物体。这种效应的大小大约是月球在地球上引起的固体潮的20倍，约为20x20厘米或4米。在月球最初形成时，它与地球的距离比现在更近，所以潮汐振幅更强。

文章插图

并且，月球当时是灼热的状态，它对地球引力场施加的潮汐变形反应更强烈。结果自然是月球的形状与球形相差甚远。月球最初旋转的速度比现在快，因此在30-40亿年前，它并不以像绕着它自己的自转轴那样快的速度来围绕地球轨道旋转。

文章插图

【为什么我们看到的月亮总是一样的】 下面这张图片来自克莱门汀1号卫星，展示了月球是如何从一个完美的球体变形的。颜色显示出不同的区域与完美的球形相差了多少千米。红色意味着表面向外突出；蓝色意味着从球形表面向内凹陷。而月球面向地球的这一面是向外突出着的。

文章插图

然而这么多年来，作用在非球形月球上的重力潮汐力使它的非球形形状趋于稳定，并通过摩擦引起了月球旋转能量的耗散。重力潮汐力消耗了巨大的能量使月球变形，并且这些能量通过月球内岩石之间的摩擦流失，从而引起固体潮汐。因为月球可能已经凝固成足球形状的非球形物体，所以月球中的一部分总是比月球的其他部分更略近于地球。

文章插图

在月球绕地球旋转时，更近于地球的部分形成了一个“把手”，地球的引力场可以“抓住”它来对月球施加一个稍微更大的力。相似的变形部分也存在于水星，这有助于太阳将水星同步成2:3的轨旋共振。对于月亮，以及其他行星的更大的卫星，类似的变形会导致1:1的共振，因此卫星的同一侧总是朝向行星。
因此，月球在受持续潮汐变形的影响下，在最初热融状态时变形、在地球潮汐力场作用下固化。这些条件相结合导致了一个月球在其轨道上可持续十亿年以上的首选方向系统。