同步自轉

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由於月球的同步自轉,在中心的天體(地球)不能看見衛星綠色的那一面。

同步自轉(synchronous rotation)是天文學行星科學中的一個名詞,用於描述一個天體繞著另一個天體公轉的狀態,當自轉的週期和公轉的週期一樣長時,這個天體在公轉的軌道上會始終以同一個半球朝向公轉的天體。

月球是繞著地球公轉的同步自轉衛星。事實上,在太陽系內許多主要的天然衛星都是因為潮汐鎖定而成為同步自轉的衛星。如冥王星冥衛一

同步自轉是由二个因素的叠加造成的,一个是引力分布的不均匀,另一个是由天体公轉的惯性离心力分布的不均匀。公轉天体远离中心天体的外侧受到中心天体的引力较小,而在内侧则受到中心天体较大的引力;当一个天体绕另一个天体公轉时,天体上每一点相对于中心天体都具有相同的公轉角速度,这个角速度是天体的质量中心公轉的角速度,在角速度相等的情况下,半径越大,惯性离心力也越大,半径越小,惯性离心力也越小,因此公轉天体的外侧受到较大的惯性离心力,而内侧则受到较小的惯性离心力。公轉天体外侧的小引力和大离心力都使天体的这一部分产生远离中心天体的倾向,而内侧的大引力和小离心力则使天体的这一部分产生落向中心天体的倾向。这内外两侧两种倾向都使天体趋于保持同一个相对于中心天体的姿态,特别是当天体为不均匀时,这就造成了同步自转。当公轉天体的半径相对于与中心天体的距离很小时,例如地球与太阳为万分之一数量级,引力的作用大约是惯性离心力作用的二倍。让地球卫星的质量分布为指向地球的长形可以增强卫星一面朝向地球(同步自轉)的稳定性。

其實同步自轉也會發生在恆星與行星之間,就如同行星與衛星之間,因為潮汐鎖定的作用而產生的,月球與地球之間也會有潮汐鎖定的作用,所以每世紀地球會慢約 1.6 毫秒,如果地球與月球存在的時間夠久,地球一天等於月球公轉一圈時(二十七點三天),地球就不會再轉慢,形成穩定的同步衛星系統,就如同冥王星冥衛一之間,永遠只能同一面面向對方。

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