月はいつも私たちのほうを向いています。回転してるんですか？宇宙にはこのような天体が他にもあるのでしょうか？

これは多くの人が疑問に思う質問です。私たちは毎日月の同じ面を見ています。すべての天体は自転しているのに、なぜ月はそんなに「頑固」で自転を拒否するのでしょうか?

実際、この質問については 2 つの誤解があります。1 つは、月は自転していないわけではなく、単にゆっくりと自転しているというものです。 2つ目は、宇宙には月と同じように自転する天体が数多く存在し、この「頑固さ」は月に特有のものではないということです。

月の自転は潮汐ロックと呼ばれる

潮汐ロックとは何ですか?つまり、天体間の重力により、天体は互いの回転に影響を与えます。重力相互作用の範囲内では、2つの天体は重力だけでなく潮汐力の影響も受けます。重力と潮汐力は一般的に重力の影響ですが、いくつかの違いがあります。重力とは、2 つの天体全体の間に働く力のことであり、潮汐力とは、天体上の異なる位置における異なる重力の力によって引き起こされる特定の効果です。

万有引力の法則は、次の式で表すことができます: F=GMm/R^2。この式は、重力 F の値が、重力定数 G と 2 つの天体 M および m の質量の積に正比例し、M と m の間の距離 R の 2 乗に反比例することを意味します。

しかし、この総重力値は、2 つの天体間の全体的な相互作用を説明するものであり、全体的な重力値を計算するための式です。天体に重力が作用すると、天体のさまざまな部分への力の分布は不均一になります。重力の大きさは距離の二乗に反比例するという法則によれば、天体の表面が互いに最も近い場所で重力は最大になります。距離が長くなると重力は急速に弱まり、天体のさまざまな部分に不均一な引っ張り力が生じ、天体が回転すると圧迫力と摩擦力が形成されます。

この効果により天体の表面が歪んでしまいます。最も明白な目に見える効果は液体です。地球上で形成される海の潮汐は、主に地球、太陽、月の間の潮汐力の関係によって引き起こされます。潮汐力は流体に影響を及ぼすだけでなく、岩石などの剛体に変形や歪みを引き起こすこともあります。ただ、変形が小さくなり、肉眼では確認しにくくなります。

この潮汐力の長期的な影響により、天体の自転はますます遅くなります。最終的には、相互の引力関係において、小さい方の天体が最初に潮汐ロックされ、つまり、一方が常に大きい方の天体に面し、回転が停止したように見えます。月と地球が初めて主衛星関係（地球が主惑星で、月が地球の衛星）を形成したとき、月の自転は比較的速かった。おそらく何億年にもわたる潮汐の作用を経て、徐々に現在の姿になったのでしょう。

実際、月は今も回転し続けています。

いわゆる潮汐ロックとは、公転と自転が同期している状態を指しますが、自転がない状態というわけではありません。月は常に地球の方に一面を向いていますが、地球上の人々にとっては月が回転しているようには見えません。しかし、宇宙から遠く離れたところから地球と月の完全なシステムを見ると、月は依然として自転しているものの、地球の軌道と同期しており、非常にゆっくりと自転していることがわかります。

月の公転周期は27.32日です。つまり、月が地球の周りを一周するのに27.32日かかります。月はいつも地球を向いているように見えますが、実は地球の周りを一周しながら自転もしています。これは自転と公転の同期です。もし軌道を周回中に自転していなかったら、地球上では上の写真の右側に描かれているような別の月が見えるでしょう。

太陽系の多くの衛星は潮汐ロックされている

太陽系には 8 つの主要な惑星があり、そのうち 4 つは地球のような地球型惑星で、高密度で硬い岩石圏の層に囲まれています。それらは水星、金星、火星、そして地球です。現在のところ、水星にも金星にも衛星は発見されていません。地球には月という衛星が 1 つあり、火星にはフォボスとダイモスという 2 つの衛星があります。

4 つの地球型惑星に加えて、いわゆるガス惑星または木星型惑星が 4 つあります。これらの惑星の特徴は、大きく、質量と体積が大きいことです。最も小さい惑星である天王星の質量は地球の14.5倍、最も大きい惑星である木星の質量は地球の318倍です。これらの巨大惑星には多くの衛星があり、木星には 79 個、土星には 82 個、天王星には 27 個、海王星には 14 個あります。

これらの衛星の多くは、月のように、主星に対して潮汐力によって固定されています。主要な惑星には潮汐ロックされた衛星が 32 個存在することが知られており、その中には火星の衛星 2 個、木星の衛星 8 個、土星の衛星 15 個、天王星の衛星 5 個、海王星の衛星 2 個が含まれます。これらの固定衛星は常に主星の方を向いており、非常に忠実に見えます。しかし、これを達成するには、太陽の周りを回転しながら、自分の軸を中心に一回転する必要があります。そうしないと、常に誠実さを表現することができません。

理論上、すべての天体は最終的には潮汐固定されることになります。

水星と金星の自転周期は非常に長く、水星は58.5地球日、金星は243地球日で、どちらも公転周期に近く、金星の公転周期よりも長いと考える人もいます。これは太陽の重力ロックによるものです。しかし、この発言は議論を呼んでいる。惑星の現在の自転と公転の速度、および自転軸のさまざまな傾斜角は非常に複雑な要因によって決定され、太陽系の形成初期と後期におけるいくつかの天体現象に関連していると人々は信じています。

しかし、すべての惑星の自転は遅くなってきており、これは太陽の重力潮汐が惑星に影響を及ぼし、惑星が潮汐固定される傾向にあることを意味します。同時に、太陽も惑星の重力によって引き下げられ、固定される傾向があります。

研究によれば、6億年前は地球が一回転するのに22時間しかかからなかったが、現在は24時間かかるそうです。この変化に基づいて、自転周期は 1 年あたり 0.012 ミリ秒遅くなると計算できます。この傾向が直線的に減速し続けると、10億年後には地球の自転は12,000秒遅くなり、1昼夜は27.33時間になります。そして50億年後には自転は6万秒延長され、1昼夜は36.67時間になります。

私たちの太陽系の寿命はわずか約 50 億年です。つまり、世界が破壊されるとき、地球はまだ太陽に潮汐固定されていないことになります。したがって、すべての惑星と恒星は重力的に潮汐ロックされる傾向がありますが、それらの寿命中に実際にロックされるとは限りません。

以上です。議論を歓迎します。読んでいただきありがとうございました。

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