证明之所以地球上只能看到月亮的一面,是因为月亮的自转和公转周期相等

证明之所以地球上只能看到月亮的一面,是因为月亮的自转和公转周期相等
要求写出完整的时间轴

我们在地球上确实只能看到月球的一个面,另一面永远无法看到.
原因是月球自转一周的时间与月球绕地球公转一周的时间正好相等.这种结果,你可以拿一人足球来模拟地球,拿一个苹果来模拟月球,进行演示.你可以在苹果的一面上做记号,然后使苹果上有记号的一面总是面向足球,并绕足球运月球的自转周期和公转周期一样,都是27.32日,公转了一周也自转了一周,地球上的人只能看见月球的一面.造成这样的原因是：在地球和月亮形成之初,月球的自转周期和公转周期并不相同,由于地球引力的影响,会在月球上引起固体潮汐现象,慢慢消耗了相对于地球旋转的能量,最终只能相对于地球平动了.实际上,月球的引力在地球上造成了潮汐,也一直在减缓地球自转的速度,很久以后,我们的一天将是25个小时以上.终有一天,我们在月球上看地球,也只能看到一面了.
行一圈,这时,你将会发现,当苹果绕着足球运行一圈后回到原处时,苹果自身也刚好自转了一圈
原因是这样的,在地球引力的长期作用下,月球的质心已经不在其几何中心,而是在靠近地球的一边,就这样,它好像被地球锁住了,造成它公转周期以自转周期严格相等.所以我们只能看到月球的一半.
在太阳系的各大行星中,只要有卫星的行星,他们的卫星的公转周期和自转周期都相等,可见,这是一种普遍现象,并不是什么巧合.
地月之间的重力吸引成就了地球表面的潮汐现象.该力量在月球上产生的效果是潮汐锁定:月球的自转周期与围绕地球的时间一样长.这就导致在地球上总是只能看见月球的一面.
不对称的引力交互作用也使月球自转同步.比如,它的轨道位相始终相对固定,使得朝向地球的一面不变.由于地球的自转因月球的影响而减缓,所以在很早以前,月球的自转速度也因地球而减缓,不过在那时作用力要强烈得多.当月球的自转速度减缓到适合自己轨道周期时（这样膨胀点就在地球正对点）,就没有任何的多余扭力了,这样月球的情形就稳定了.这种情况也类似地发生在太阳系其他卫星上.最终,地球的自转也将慢到合适于月球周期,就像冥王星和冥卫一的情况一样.
月背之谜
月球是地球的唯一卫星,由于月球绕轴自转的周期与绕地球公转的周期相同,都是27.3天,所以几十亿年来,它总是以同一面对着地球,人们只能看到月貌的59% ,它的背面形态如何就成为人类文明史上的千古哑谜.直到1959年10月,前苏联的“月球3 号”探测器拍得了月背的第一批照片,才使人类看到了月背的概貌.但是随着观测的深入,今天的月背之谜比过去更多,更复杂了.这主要是月背与月球正面的显著差异,令人迷惑不解.
月球背面与正面的最大差异是它的大陆性.在总共30来个月球“海洋”、和“湖”、“沼”、“湾”等凹陷结构中,90％以上都在正面,约占正半球面积的一半.月背上完整的“海”只有两个,仅占背半球面积的不足10%,月背其余90％多的地方都是山地,山地的分布呈现出几个巨大的同心圆结构,地形严重凹凸不平,起伏悬殊,这种地势是正面所没有的.
另一怪事是月球的最长半径和最短半径都在月背.一般天文学书上说月球直径3476千米或半径1738千米,都是指平均值.实际上,月球半径最大处比平均半径长4 千米,最小处比平均半径短5 千米,而且都在月背.
月球正、背之差的又一表现是月瘤都集中在正面.月瘤也叫月质量瘤,是月球表面重力比较大的地方,科学家们估计,在这些地方的月面以下集中着比较多的高密度物质.此外,月球上还有些地方重力分布小于正常值.奇怪的是,月瘤所在的正异常区和重力偏小的反异常区都在正面,而且发现了多处,月背上却一处也没有.
为什么会造成月球正面与背面这些显著的差异呢? 科学界有种种不同见解.有人认为,当地球运转到太阳与月亮之间,月亮上便发生了日全食(在地球上却是月全食),日全食会形成月正面巨大温差,一次又一次温度骤变造成了正背面的差别.有人认为,是地球吸引月球而使月球发生像潮水涨落那样的现象,即“固体潮”造成了正背面的差别.但这些解释都不大令人信服.多数人认为,应该从月球自身的结构和运动来说明月背之谜,但是今天还没有一个好的说明.
人们发现月亮上的景色是不会变化的.而且总是以一面对着地球,仿佛有意不让人看到它的背面一样.因此有人认为,月球是不会自转的.可是人们最终知道,月球不仅可以进行自转,而且它自转一圈的时间与公转一圈的时间刚好一样,这是一种复杂并且相当有趣的运动.
月球既绕地球公转同时,也自转,它旋转的两个周期一定相同,同为27.3天,并且方向永远相同,结果总是一面朝向地球.因此,地球上的人永远只会看到月球的一面,却看不到它的另一面.也有人说,这好象一群人手拉手然后围着一个人跳舞,这时站在中央的人无论怎样转都不会看到跳舞人的后背.我们也能做个实验用来说明这种情况：我们在房中间放把椅子代表地球,自己代表月球绕它走一圈后,你就会发现你的身体的一面始终是对着椅子,但是另一面总是背对着椅子.
细心的你可能早就知道,月球的一面总是朝向地球的,我们永
远无法在地球上看到月球的另外一面（严格的说,由于月球天平
动,我们至多可以看到59%的月面,而不是50%）.这一奇妙的现
象也被拿来当作主张月球中空说人们的证据.他们认为这是“造
月的‘人’让月球永远以一面向着地球,用设在这一面的设备控
制地球.而他们则住在月球背面的内部.他们制造飞碟做些研究
或修护仪器,并注意地球人的动静.”
果真如此吗?月球永远只有一面朝像地球,也就是说,月球
绕地球公转的周期和月球自转的周期是（大致）相等的.听起来
这确实是个不可思议的事实,然而,科学告所我们,这个事实尽
管奇妙,却可以解释,并且在宇宙中并不少见.
回想一下刚才我们谈论的潮汐现象.起潮力把地球上的海水
“拉”成了椭球形,然而地球还在自转——地球和海水之间就形
成了摩擦力.这种潮汐摩擦的结果是使地球自转变慢.一种叫做
鹦鹉螺的化石可以让人们了解到远古年代地球上一天的长度.40
亿年前,这个数字是8.2小时,16亿年前是16.6小时.到了恐龙
繁盛的时代,一天的长度已经和现代差不多了.并且,现在一天
的长度还在变长.潮汐作用是相互的,而且地球对月球的潮汐作
用影响更大.尽管月球上没有海洋,起潮力同样会对月球产生这
种减慢月球自转的影响.在地球的起潮力的作用下,月球终于变
成了一面永远对着地球.
事实上,对于所有行星的卫星,长期的趋势必然是公转和自
转的周期相等.这并不是什么人造的“巧合”,而是万有引力作
用下的行星—卫星的双人舞.对于地月系,地球的自转将继续减
慢,月球则不断远离地球,直到达到一种平衡状态,并将永远保
持下去.我们或许可以称之为地球和月球的华尔兹.
月球不是中空的,那么它的内部结构是怎样的?月球不是外
星人的宇宙飞船,那么它来自何方?我们需要承认,这是两个相
当困难的问题.然而经过科学家的努力,我们还是知道了关于月
球的一些秘密.
首先是月球内部的结构.地震是了解地球内部结构的一把钥
匙,甚至是科学家研究星球内部结构的唯一方法,一个典型的商
业用途就是利用人工地震波寻找石油.这个方法也同样适用于月
球.在阿波罗登月计划中,科学家在月面安放了几架地震仪.通
过地震仪就可以了解到月球内部的结构.一个典型的月球内部模
型如图二所示.月球拥有一个大约65km厚的月壳,这要比地壳厚
的多,因此月震的震级也小的多.深层是1000km以上的月幔.至
于月核是怎样的,现在还不太清楚.它有可能只是一个小的铁核,
因为月球的磁场相当微弱.
至于月球的起源,这是一个引人入胜的话题.迄今为止,人
们熟悉的月球起源学说总共有四种：同源说、俘获说、分裂说和
冲撞说.前三种假说都有无法解释的地方.例如月球很少含铁,
这导致了同源说（地月共同形成）的矛盾.又如分裂说（月球是
从地球赤道上“甩”出去的）,则无法解释月球轨道的倾角和分
离的初速度要求太高.冲撞说是20世纪70年代兴起的一个假说,
现在已经得到了大多数天文学家的认同.它能够很好的解释月球
形成的过程.
再问： 不用那么多，我只要时间轴解答
再答： 从地球上看，月球始终是将一个面朝向我们，这就说明月球的自传和公转的周期是相同的，而且是同向的。 在月球的引力作用下，在地球上，朝向月球和别离月球的两个地方会涨潮，我记得应该是朝向月球一边是大潮，另一边是小潮。 由于月球的公转，每天月球出现的时间会比前一天提前一个小时左右，这就是为什么潮水涨落的时间每天都不同的原因。 不仅月球，在太阳系中自转与公转同步的卫星超过半数！这不可能是巧合。 在地球引力的长期作用下，月球的质心已经不在它的球心。而是在靠近地球的一边。这样在月球绕地球公转的过程中。月球质心永远朝向地球的一边。就好像地球用一根绳子将月球绑住了一样。太阳系的其他卫星也存在这样的情况，所以卫星的自转周期和公转周期相等不是什么巧合。而是有着内在的原因。 众所周知，地球的自转周期与公转周期是不等的，前者为23时56分4秒（恒星日），后者为365日6时9分9.5秒，（恒星年），这意味着地球公转一圈的同时还绕地轴旋转了365圈多。与此不同的是，月球自转周期与公转周期则是完全相同的，即都是27.32166日（27日7时43分11秒），这个周期叫恒星月。两个周期相同，说明月球公转一圈的同时只自转了一圈，这样的结果是使月球总是以正面对着地球。 月球的自转周期与公转周期为什么相同？天文学家认为：这是地球对月球的吸引力所引起的月球表面潮汐摩擦作用的必然结果，而且这种情况早在几十亿年前当月球还处在熔融状态时就已经发生了周期相等也就意味着角速度相等，那么它在相同时间自己转动的角度和绕地球转动的角度是相等的，如果这两个的方向恰好一致，那么月球的正面和你所在的地球表面就是相对静止的，当然不能看到背面