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自然科普：如果沒有月亮，會怎麽樣？

來源：星空体育官网入口网站分子

發布時間：2021-09-23

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版權歸原作者所有，如有侵權，請聯係我們(men)

如果我們(men) 的地球沒有月亮的陪伴，那將會(hui) 是一派怎樣的景象？生命又將會(hui) 如何？

撰文 | Ethan Siegel

翻譯 | 馬超

校譯 | 夏誌堅

在太陽落入地平線之後，仰望夜空，會(hui) 看到一個(ge) 使群星黯然失色的明亮天體(ti) ：我們(men) 的月亮。

圖源：unsplash

盡管一些舊的觀念認為(wei) 人類與(yu) 動物的許多特殊行為(wei) 與(yu) 月亮有關(guan) 聯，如“情緒失控”（lunacy）、夜間嚎叫，甚至女性的月經周期。然而這些觀點一直都沒有科學依據的支撐，不被科學界所認可。盡管如此，月亮絕不僅(jin) 僅(jin) 隻是夜空中耀眼的亮光這麽(me) 簡單，除了潮汐之外，地球上的諸多現象均與(yu) 月球有關(guan) 。月球已經在地球身旁存在了超過45億(yi) 年，幾乎與(yu) 太陽係一樣老。如果沒有它，今天的地球將會(hui) 是另一幅模樣。

圖源: pixabay

在太陽係形成之初，處於(yu) “嬰兒(er) 期” 的太陽，周圍被大量的氣體(ti) 和塵埃環繞，稱為(wei) “原行星盤”。在引力的作用下，盤內(nei) 的物質相互聚集，形成行星，而來自太陽的輻射則會(hui) 將大量的盤內(nei) 物質吹向星際空間。在混亂(luan) 的嬰兒(er) 期之後，一個(ge) 由旋轉的行星和存留下來的更小天體(ti) 組成的係統，會(hui) 在引力的作用下圍繞太陽旋轉。隨著時間的推移，它們(men) 會(hui) 彼此拉扯，一些天體(ti) 會(hui) 逐漸改變它們(men) 的軌道，另外一些則會(hui) 被擠走。最終，留下來的幸存者演化成了如今的太陽係八大行星的格局。

大撞擊

一些行星自誕生以來就有為(wei) 衛星伴其左右，如木星周圍的幾個(ge) 最大的衛星。而有的行星的衛星則是靠行星的引力俘獲鄰近天體(ti) 而來，如海王星最大的衛星海衛一（Triton）和土星的衛星土衛九（Phoebe）。這些都是通過較為(wei) 溫柔的方式生成衛星，但大自然並不總是這麽(me) 溫柔。

在太陽係早期，大型天體(ti) 誕生後便環繞太陽高速飛行，彼此之間的相撞時有發生，撞擊時產(chan) 生的巨大能量，是6500萬(wan) 年前滅絕恐龍的那次小行星撞擊事件所無法匹敵的。如此大規模的撞擊，在今天的太陽係內(nei) 極難發生，但在太陽係剛形成不久，這類事件是相當頻繁的。在那個(ge) 動蕩的時期，岩質行星的質量都還太小，不足以形成屬於(yu) 自己的衛星。

另一方麵，它們(men) 的引力還沒有強大到俘獲其他星體(ti) 成為(wei) 自身的衛星。但有時同其他天體(ti) 的相撞，自己身體(ti) 的一部分有可能會(hui) 被撞飛，而飛出去的殘骸如果繼續圍繞自身運行，之後則很可能會(hui) 演變成自己的衛星，甚至形成多顆衛星。科學家很早以前就猜測月亮可能形成於(yu) 一次早期的大撞擊，但那個(ge) 時候幾乎沒有人相信這種可能性。

太陽係早期藝術想象圖 | 圖源：NASA

然而美國阿波羅計劃的成功，使故事發生了轉機。從(cong) 1969年到1972年，先後有六次阿波羅任務登陸月球，並帶回了大量月麵的岩石和土壤樣本。令人驚訝的是，通過分析這些樣本，我們(men) 發現月岩中的穩定同位素比例與(yu) 地球上的相同，這意味著它們(men) 有共同的起源。

而且月球核心的物理性質與(yu) 地球內(nei) 部十分相近；月球公轉的方向與(yu) 地球的自轉方向相同。現在的碰撞模擬，不僅(jin) 能夠重現地月係統的形成與(yu) 演化，也能很好地模擬其他行星周圍衛星係統的形成，如火星的兩(liang) 個(ge) 衛星（火星在過去可能還擁有第三顆衛星，這顆衛星體(ti) 積更大，後來撞向了火星）、冥王星的五顆衛星等。經過多年來無數科學家的不懈努力，關(guan) 於(yu) 月球的形成，已經有了答案：約45億(yi) 年前，我們(men) 的地球曾遭受過一次快速的巨大撞擊，而那次撞擊，形成了今天的月球。

形成月球時的撞擊場景（藝術想象圖）| 圖源：

消失的月亮

年輕的地球遭受撞擊，形成月球，可能僅(jin) 僅(jin) 是宇宙中的一次巧合事件。實際上，月球—地球的質量比率遠遠高於(yu) 太陽係其他衛星-行星組合。作為(wei) 地球的衛星，月球的個(ge) 頭兒(er) 相比地球有點過於(yu) 大了。這些特點足以讓我們(men) 想知道：如果沒有月球，我們(men) 的世界會(hui) 有怎樣的不同。

月球與(yu) 地球大小對比 | 圖源：WikimediaCommons

月球是夜空中最明亮的天體(ti) ，但它自身不發光，而是靠反射太陽光照亮黑夜。滿月時的亮度是金星的14000多倍，金星是夜空中第二亮的天體(ti) 。在理想的夜空觀測點，我們(men) 的肉眼可以看到最多大約6000顆恒星，還有銀河、幾個(ge) 遙遠的星係甚至黃道光——由太陽係空間中的塵埃粒子反射太陽光形成。而滿月的光輝會(hui) 將以上那些完全掩蓋，隻留下最亮的前10%的恒星，被我們(men) 的肉眼觀察到。因此如果沒有月亮，地球上任何一個(ge) 角落的每一個(ge) 夜晚，都可以欣賞到美麗(li) 璀璨的星空。

圖源：unsplash

但沒有月亮，我們(men) 將無法再看到壯觀的天文現象——日食和月食。日食的形成需要月亮運行到地球和太陽之間，三者排成一條直線，這時從(cong) 地球的特定位置上看，太陽的一部分（日偏食或者日環食）或者全部（日全食）被月球擋住，這是發生在我們(men) 的星球上最壯觀的自然現象之一。當月球運行入地球的陰影中時，地球上的人類就會(hui) 看到月食現象。

日全食 | 圖源：NASA

時間與(yu) 潮汐

沒有月球造成的另一個(ge) 後果是，晝夜的時長將不再變化。大家恐怕很難相信，在過去的幾十億(yi) 年裏，地球的自轉速度發生了驚人的下降。在恐龍統治地球的歲月裏，一天隻有22個(ge) 小時，而不是今天的24小時；當數十億(yi) 年前地球上隻有單細胞生命體(ti) 時，我們(men) 的行星完成360°旋轉隻要不到10個(ge) 小時。正因為(wei) 如此，未來我們(men) 的日曆需要不斷被重新校準。

再過400萬(wan) 年，地球的自轉速度已經足夠緩慢，以至於(yu) 在我們(men) 的日曆中已經沒有設置閏日的必要了。造成這一切的原因是月球施加給旋轉中的地球的摩擦力，讓地球的自轉隨著時間逐漸變慢，同時也讓月球漸漸遠離地球。因此一旦月球突然消失，地球的自轉速度將不再改變，一天永遠都是24小時，直到太陽毀滅。

隨著月球不斷遠離我們(men) ，地球上海洋的潮汐規模將越來越小。如果你生活在海邊，特別是海灣附近，你會(hui) 注意到高潮與(yu) 低潮之間的巨大差異。月球的引力作用，會(hui) 使海水隆起，再加上地球的自轉，每天會(hui) 產(chan) 生兩(liang) 次高潮和兩(liang) 次低潮。太陽也會(hui) 使海洋產(chan) 生隆起，但相比月球，產(chan) 生的潮汐效應隻有月球的1/3。每當地球、太陽和月亮呈直角排列時，此時空中的月相是半月，潮汐規模隻有大潮的一半，稱為(wei) “小潮（neap tide）”。如果沒有月亮，我們(men) 的海洋將會(hui) 平靜很多：今天的大潮規模會(hui) 縮減到原來的1/4, 小潮變為(wei) 原來的1/2。

大潮與(yu) 小潮形成示意圖 | 圖源：Pinterest

最令人不安的是，如果沒有月球，地球的自轉軸角度將變得不穩定。今天自轉軸的傾(qing) 斜角度約為(wei) 23.4度（譯者注：自轉軸與(yu) 公轉軌道平麵的垂線之間的夾角）。數千年來，它的傾(qing) 斜角在22.1-24.5度之間緩慢變化，保持相對穩定，這主要是月球在起作用。月球承載了地月係統足夠多的角動量，從(cong) 而防止了地球自身的大幅度搖擺。我們(men) 的近鄰火星，自轉周期同地球差不多，但沒有大型衛星來穩住它的自轉軸，因此火星自轉軸傾(qing) 角的變化幅度是地球的10倍之多。

地球自轉軸傾(qing) 斜角示意圖 | 圖源:universetoday.com

如果沒有月球，地球的自轉軸傾(qing) 角可能會(hui) 時不時地超過45度，這會(hui) 讓我們(men) 的星球變得更像天王星：一個(ge) 在公轉軌道上側(ce) 麵旋轉的星球。兩(liang) 極將不會(hui) 永遠寒冷，赤道地區也不會(hui) 一直溫暖。冰河時代將會(hui) 以數千年為(wei) 周期，席卷全球。因此沒有月亮，地球就不會(hui) 有長期穩定的氣候。

天王星軌道示意圖，它的自轉軸幾乎與(yu) 軌道麵平行，因此看起來好像平躺在公轉軌道上 | 圖源：bragi.physastro.mnsu.edu

更大的一步

最後，抵達地外世界的太空探索將會(hui) 變得極其困難。當我們(men) 的火箭強大到足以擺脫地球的引力，將宇航員送入太空時，我們(men) 的首要目標一定是距離地球最近的天體(ti) 。

對於(yu) 人類登陸來說，月球相比於(yu) 其他天體(ti) 有諸多優(you) 勢。首先，月球沒有大氣，這意味著飛船的起飛或著陸不會(hui) 有狂風的幹擾。其次，月球的自轉較為(wei) 緩慢，所以任何短於(yu) 兩(liang) 周的任務都可以在月球的白晝一麵進行。最重要的一點是，它離地球最近。借助傳(chuan) 統的化學燃料火箭飛往月球隻需要花費三天時間，而以光速傳(chuan) 播的通訊信號，在地月之間跑一來回僅(jin) 需要2.5秒。

月球距離地球的平均距離約為(wei) 38.5萬(wan) 公裏，而離地球最近的行星——金星和火星，即使在最佳的位置，地球與(yu) 它們(men) 的距離也是地月距離的100多倍。因此月球是人類飛向太陽係甚至更遙遠星際空間的重要前哨站。沒有它，我們(men) 踏向其他世界的第一小步對於(yu) 人類來說將會(hui) 是大得多的一大步。

關(guan) 於(yu) 月球以及太陽係其他衛星，仍有許多問題懸而未決(jue) 。例如，那場產(chan) 生月球的大撞擊是什麽(me) 樣的？那個(ge) 撞擊天體(ti) 有多大、來自於(yu) 哪裏、撞擊地球的速度有多大？碰撞可能性的模擬已經讓我們(men) 超越 “大撞擊假說”——即一個(ge) 與(yu) 地球共用軌道的遠古天體(ti) “忒伊亞(ya) （Theia）” 與(yu) 我們(men) 的星球相撞——並催生了新的月球形成假說 “索內(nei) 斯蒂亞(ya) （synestia）”, 即月球是由大碰撞之後分布在地球周圍的一圈岩石碎屑結合形成的。未來對於(yu) 月球表麵物質成分和內(nei) 部物理性質的研究，或許將讓我們(men) 獲得更多關(guan) 於(yu) 月球形成的信息，也會(hui) 逐漸明朗太陽係形成初期到底發生了什麽(me) 。

多個(ge) 月亮

我們(men) 不能保證能夠精確還原行星的曆史。大型天體(ti) 的撞擊是隨機也是極低概率事件。即便我們(men) 能夠創造出和太陽係早期一模一樣的條件，形成地月係統也隻是眾(zhong) 多可能性的其中一種。我們(men) 可能不會(hui) 有衛星，正如水星和金星那樣。我們(men) 可能會(hui) 擁有一顆距離很近的衛星以至於(yu) 其會(hui) 被地球撕碎，最終落向地球；或許在地球的赤道會(hui) 形成巨型山脊，就像土衛八那樣，或者形成一個(ge) 環赤道大洋盆地，像火星那樣。在地球周圍也可能會(hui) 形成多個(ge) 衛星的組合，例如一個(ge) 大衛星加上眾(zhong) 多小衛星，類似於(yu) 今天的冥王星衛星係統。

冥王星與(yu) 它的衛星係統 | 圖源：NASA

如果地球擁有多個(ge) 月亮，那將會(hui) 給地球帶來許多迷人的後果。尋找一個(ge) 真正的暗夜將變得十分困難，因為(wei) 從(cong) 多顆月亮反射的太陽光將不可避免地照亮黑夜。月亮們(men) 周期性的位置排布，可能會(hui) 不時在地球上引發災難性的大潮汐，使一些地區不再適合人類居住，或者成為(wei) 衝(chong) 浪愛好者的天堂。甚至那些發生在氣態巨行星（如木星、土星）之上的天文現象——如衛星食（衛星之間的相互遮掩），甚至多重食（多個(ge) 衛星與(yu) 太陽排成一線）——也將在地球上成為(wei) 常態。在太空探索方麵，我們(men) 將有多個(ge) 月亮需要研究和探測，它們(men) 將為(wei) 太陽係行星係統的起源與(yu) 演化提供更多的線索。