漸行漸遠(yuǎn)的月亮

文／盧健龍（新加坡國立大學(xué)物理學(xué)博士）

從仰望到觸摸

“明月幾時(shí)有，把酒問青天”“海上生明月，天涯共此時(shí)”……一提到月亮，我們可以輕松地聯(lián)想到很多關(guān)于月亮的詩句。在科技尚不發(fā)達(dá)的中國古代，人們就已經(jīng)對(duì)月亮這個(gè)幾乎每天都會(huì)見面的神秘鄰居產(chǎn)生了濃厚的興趣和深深的向往，并為它構(gòu)想出了各種各樣或浪漫或凄美的神話故事，其中的主角之一嫦娥甚至成了月亮的代名詞。無獨(dú)有偶，在古代世界的其他地方，月亮也在神話故事中占據(jù)著重要位置，比如古希臘神話中就有好幾位月亮女神，比較著名的有塞勒涅和阿耳忒彌斯，又比如古埃及神話中隼頭人身的孔蘇。在古人看來，月亮是一種永恒而神圣的存在，更是凡人遙不可及的。

除了這些美麗的想象，一些科學(xué)家以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出自身所在時(shí)代的眼光，對(duì)月亮的本質(zhì)進(jìn)行了審視和思考。生活在公元前5 世紀(jì)的古希臘科學(xué)家兼哲學(xué)家阿那克薩戈拉就認(rèn)為月亮并不神秘，它只不過是懸浮在空中的巨大石頭。阿那克薩戈拉還正確地認(rèn)識(shí)到月亮本身并不發(fā)光，只是對(duì)太陽光進(jìn)行了反射。在亞歐大陸的另一頭，中國天文學(xué)家石申在公元前4 世紀(jì)的戰(zhàn)國時(shí)期就認(rèn)識(shí)到，月食的本質(zhì)是天體之間的相互遮擋。后來，公元前2 世紀(jì)的巴比倫天文學(xué)家塞琉古將遙遠(yuǎn)的月亮跟地球上的潮汐現(xiàn)象聯(lián)系了起來，認(rèn)為后者正是由前者所引起的。時(shí)間的長(zhǎng)河悠悠蕩蕩，人類對(duì)月亮的探索之路不斷延伸，皎潔的月光照亮了許多先驅(qū)者的名字：阿里斯塔克斯、托勒密、阿基米德、伽利略……

到了1969 年，伴隨美國宇航員尼爾·奧爾登·阿姆斯特朗的傳世名言“這是一個(gè)人的一小步，卻是人類的一大步”，人類的腳步第一次印在了月球表面。從那以后，月球不再是高高在上、只可遠(yuǎn)觀的神仙宮闕，它成了人類邁向深遠(yuǎn)太空的第一步。

漫長(zhǎng)的“告別”

現(xiàn)在我們知道，月球其實(shí)來自地球。在距今大約45 億年前，一顆小行星與當(dāng)時(shí)的地球發(fā)生了劇烈碰撞，撞擊導(dǎo)致大量碎片被噴發(fā)到地球周圍的軌道上，這些碎片在引力的作用下逐漸聚集在一起，最終形成了我們熟悉的月球。

1000 多年前，唐代詩人張若虛在詩里寫道：“江月年年望相似。”你來猜猜看，張若虛看到的月亮和我們今天看到的月亮是一樣的嗎？答案是，那時(shí)的月亮距離地球比現(xiàn)在近四五十米。從古至今，雖然月球看起來一直忠實(shí)地陪伴著地球，但事實(shí)上月球和地球之間的平均距離在隨著時(shí)間流逝不斷增大——月亮正與我們漸行漸遠(yuǎn)。

月球繞地球的運(yùn)動(dòng)軌跡接近橢圓形，兩者的平均距離約為385000 千米，即使是宇宙中運(yùn)動(dòng)速度最快的光，走完這段距離也要花上大約1.28 秒。在歷史上，第一位對(duì)月球到地球距離進(jìn)行比較精確的測(cè)量的科學(xué)家是生活在公元前2 世紀(jì)的古希臘天文學(xué)家喜帕恰斯，他運(yùn)用了當(dāng)時(shí)已有的一些幾何學(xué)知識(shí)。到了近現(xiàn)代，人類有了各種精確程度更高的測(cè)量方法，比如在1946 年以羅馬月亮女神戴安娜命名的“戴安娜計(jì)劃”中，美國陸軍信號(hào)兵團(tuán)就將雷達(dá)信號(hào)發(fā)射到月球表面，然后通過接收從月球表面反射回來的信號(hào)測(cè)量了月球到地球的距離。更精確的測(cè)量則用到了激光，1969 年，在“阿波羅計(jì)劃”中，宇航員在月球表面放置了一個(gè)反射器，可以用來反射從地球射向月球的激光，這是目前對(duì)地月距離最精確的測(cè)量手段之一，可以實(shí)現(xiàn)毫米精度的測(cè)量。根據(jù)月球激光測(cè)距實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，月球正以每年平均3.8 厘米左右的距離遠(yuǎn)離地球。

為什么會(huì)這樣呢？原因與我們前面提到的潮汐有關(guān)。在地球?qū)υ虑蚴┘右Φ耐瑫r(shí)，月球也在對(duì)地球施加引力，由于地球不同區(qū)域所受的引力是不均勻的，再加上地球不是一個(gè)剛體（力學(xué)概念，指不論是否受到外力，形狀和大小不變，而且內(nèi)部各點(diǎn)的相對(duì)位置不變的物體），最終導(dǎo)致的結(jié)果之一就是潮汐。在地球自轉(zhuǎn)的推動(dòng)下，潮汐隆起不會(huì)位于月球正下方的地球表面，而是會(huì)比月球稍微超前一些，它會(huì)反過來對(duì)月球產(chǎn)生吸引作用，于是地球的自轉(zhuǎn)被減速，這部分減少的能量轉(zhuǎn)移到了月球，進(jìn)而導(dǎo)致月球軌道升高，逐漸離地球遠(yuǎn)去。

沿著時(shí)間的長(zhǎng)河往回走，在月球剛剛形成不久的時(shí)候，地球的自轉(zhuǎn)速度要比現(xiàn)在快得多，當(dāng)時(shí)一天只有大概5 個(gè)小時(shí)，月球離地球也比現(xiàn)在要近得多。正是月球幾十億年來持續(xù)不斷地給地球自轉(zhuǎn)“踩剎車”，才有了我們現(xiàn)在24 小時(shí)的一天。隨著月球繼續(xù)遠(yuǎn)離地球，在非常遙遠(yuǎn)的未來，地球的氣候很有可能發(fā)生翻天覆地的變化，甚至不再適合人類居住，但那時(shí)人類的科技應(yīng)該已經(jīng)足夠發(fā)達(dá)，地球也不再是人類唯一賴以生存的家園了。