在冬天的時候,我們可以打雪仗堆雪人,夏天可以去遊泳,這是我的最愛,但是這一切可能都要歸功于我們的月球。
地球自轉軸(地軸)的傾斜導緻我們氣候的年度季節性變化,其方向的微小變化有助于冰河時代的進退。
地球旋轉軸與其軌道平面的垂線所形成的角度現在是23.5度,但這足以帶來夏季和冬季,因為根據米蘭科維奇理論氣候和日照的變化有關。
地球傾角的變化大小在±1.3度,平均值為23.3度,如果不是穩定的傾斜,可能會導緻極冷或者極熱現象。
圖為:黃赤交角為黃道面和赤道面的交角
那麼問題來了,月球是如何做到的,它是如何穩定地軸的呢?
要理解月球繞地球軌道與地球旋轉軸穩定性之間的關系,一個比較常用,也很好理解的方法是考慮角動量。
地球本身繞軸自轉,有一定的角動量,具體多大取決于地球的質量、半徑(平方)和角速度的組合。
簡單的理解就是,它旋轉得越快,角動量就越大,它的質量越大,或者半徑越大,它的角動量就越大。
而一個物體的角動量越大,就越難改變它的旋轉,無論是它旋轉的速度,還是它旋轉軸的方向。
因此,如果地球是單獨旋轉的,它将隻需要一定數量的擾動影響來改變其旋轉軸的方向。
但地球并不孤單,因為引力作用它讓月球繞着自己旋轉,這就給地月系統增加了角動量。
盡管月球不算大(質量約少地球100倍),也不是繞地球旋轉速度非常快(因此一個較小的角速度),但它有一個大的軌道(約384000公裡)。
總的來說,各種因素結合在一起,導緻月球的軌道角動量與地球的旋轉角動量具擁有相同量級。
換句話說,擁有一個大月亮意味着地月系統的角動量大約是地球單獨時的兩倍。這就意味着要改變地球的旋轉特性要比地球單獨存在時困難得多。
如果還有不明白,想象一下一個旋轉的陀螺,它旋轉得越快(因此角動量越大),它就越穩定。
地月系統也是如此:如果沒有月球,地球自身的角動量将足以受引力擾動,從長遠來看會對其旋轉軸産生顯著的擾動。
就像旋轉的陀螺一樣,如果它旋轉不太快,一個小的擾動将都是很明顯的,旋轉頂軸将開始越來越振蕩。
科學家們通過整合地球的進動方程,研究了所有可能影響初始傾角值下地球方向的穩定性。
他們發現了一個巨大的混沌區,其傾角從60度擴展到90度,由于月球的存在,地球避開了這一混沌地帶,其傾角基本上穩定。
但如果月球不存在,施加在地球上的扭矩還會更小,而混沌區就會從接近從0度擴展到大約85度。
因此,如果地球沒有獲得月球,地球的氣候将會劇烈變化。從這個意義上說,月球是地球潛在的氣候調節器。
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