解决了引力的奥秘之后，我们将能够回答科学的最大问题：什么是空间？ 交货时间是多少？ 什么是宇宙？ 这些都是从哪里来的？ 著名的科普作家马库斯·钱斯（Marcus Chown）邀请您踏上一段引人入胜的旅程-从1666年重力被确认为物理力的那一刻到2015年发现引力波。 我们关于物理学的观念正在发生构造转变，这本书讲述了引力现象对我们提出了哪些问题。
摘录。 月球：试图逃脱
月球对地球的潮汐影响减慢了我们星球的运动，从而降低了其自转力矩。 有一个物理学上的基本原理，称为旋转过程中的动量守恒，根据该原理，隔离（封闭）系统的扭矩永远不会改变。 这意味着，如果地球的旋转力矩减小，则系统另一个元素的旋转力矩必须通过增加来补偿。 在我们的情况下，只有一种选择-月球。
月球的吸引力在地球的两侧产生了两个潮汐颠簸，但与月球在同一侧出现的潮汐颠簸力最大。 众所周知，潮汐山通常会绕月球通过轨道，因为地球绕轴旋转的速度比绕月球绕地球的速度快。 因此，地球的引力使月球在其轨道上向前拖动，从而使其加速。
请注意，距月球一定距离处的地球重力与弯曲以月球速度运动的物体的轨迹并赋予其闭合轨道形状所需的值完全相同。 因此，如果月球移动得太快，它的速度将超过必要的速度，并且会飞出轨道。 关于地球，“超出轨道”是指向上，但我们知道，如果将一个物体（例如一个球）向上抛，重力将减慢其飞行速度。 矛盾的是，由于与地球的潮汐相互作用而加速了月球，它与地球的距离越远，移动的速度就越慢。 因此，扭矩增加到所需值。
这不仅仅是理论上的推理。 美国载人飞船阿波罗11号，阿波罗14号和阿波罗15号，以及无人驾驶的苏联载具Lunokhod-1和Lunokhod-2，在月球表面留下了反射器。 这些拳头大小的镜也称为角反射镜，它们可以沿光的出射方向精确地反射光。 也就是说，可以将激光束对准月球，使其从角度反射器反射，然后测量其返回地球的时间。 了解光速，您可以轻松计算到月球的距离。
实验表明，每年从月球反射的光线传播的距离增加3.8厘米。 换句话说，每12个月，月亮离开地球的距离大约等于拇指的长度。 如果您今年70岁，那么她的生活就相当于汽车的长度。
观测日全食
每年月亮离地球3.8厘米的事实意味着它曾经离我们更近了。 这反过来又影响了日全食的出现-全蚀是最令人震惊的自然现象之一。
众所周知，当月球在地球与太阳之间通过时，会发生一次全食，覆盖日圆并在地球上投射阴影。 日全食是有可能发生的，因为太阳虽然比月球大400倍，但离我们更远400倍。 这就是为什么太阳和月亮的大小与天空中的我们相等的原因。 对我们来说，这是一个非常好的情况。 尽管太阳系中有超过170颗卫星，但不可能观测到任何行星的日全食。 此外，我们不仅很幸运，而且也很幸运。
随着月球远离地球移动，过去它似乎更大，将来它将变得更小。 显然，第一次全食发生在大约1.5亿年前，而在再过1.5亿年之后，它们将完全消失。 地球上的居民只能在其存在的短时间内观察到完整的日食。 例如，在恐龙时代，它们不在那里。
月球正在远离地球移动，并且过去离地球越来越近这一事实与月球起源理论完美结合。
追逐地球的星球
月球相对于地球而言太大，它的直径大约是地球直径的四分之一。 太阳系中的所有其他卫星似乎都比行星小。 除了冥王星，它的月亮相对于它的大小更大，但是自2006年以来，冥王星就不再被认为是行星。
如此大的月亮向我们暗示了她的起源是不寻常的。 科学家认为，在45.5亿年前，当我们的星球刚刚形成时，它与质量大约等于火星质量的天体相撞（今天，这个假想的星球被称为Theia）。 地球的内层变成了液体，地幔的一部分溅入了真空。 我们的星球周围形成了一个环，类似于太阳系中的天然气巨人环绕的环。 月亮从此环迅速形成，当时的轨道距离地球近十倍。 之后，月亮开始逐渐远离我们的星球。
在阿波罗美国太空计划中发现了大爆炸理论的证实，由于这个原因，我们知道月球的成分类似于地球外层的成分。 此外，月球岩石所含水量比最干燥的陆地悬崖少得多。 这证实了它们曾经暴露于高温。 唯一的问题是：一个拥有火星质量的物体不会破坏我们的整个星球，而只会创造月球，它应该以非常低的速度沿着与地球的切线移动。 但是，所有绕太阳公转（在地球公转之内和之外）的宇宙物体都太快了。
大爆炸理论只有在蒂亚曾经与月球处于同一轨道时才有效。 它可能是由碎片在拉格朗日的稳定点处形成的，也就是说，它位于地球前方或后方围绕太阳公转的60度角内。 今天，同样的小行星碎片在木星的轨道上移动，在他的前方和后方分别成60度角，因此木星似乎漂浮在Sargasso海中。 根据大爆炸理论，Teia已在地球上追踪了数百万年，然后移至另一个轨道，造成了碰撞。
由于物体的重力随距离的平方而减弱，因此，由吸引力差异所解释的潮汐力随距离的立方而减小。 新形成的月球比现在离地球近十倍，这意味着它影响地球的潮汐力是
是现在的两倍。 那时，地球还没有海洋，但是如果有海洋，它们中的水每天将上升两次，而不是几米，而是几千米。
但是，不仅新生的月亮影响了地球。 地球本身也以增加1000倍的潮汐作用于它。 对月球运动的抑制作用是如此之强，以至于很可能在很早就被固定在了月球上（形成后大约一千万年）。 由于大约在3.8至40亿年前，地球上出现了第一批微生物，因此，没有一个生物能够观察到月亮在夜空中旋转的反面。
月亮并不总是以这种速度移动
一个有趣的问题出现了：月球是否总是以每年3.8厘米的速度离开地球？ 2013年，由普渡大学（印第安纳州西拉斐特）的马修·胡伯（Matthew Huber）领导的一组科学家发现了5000万年前的情况。 他们在当时的潮汐计算机模拟器中输入了当时存在的海洋深度和大陆轮廓的数据，并根据其指示得出结论，当时月球的移动速度较慢，很可能两次。
一切都围绕着大西洋，今天的大西洋足够宽，形成一个巨大的潮汐峰，影响月球并使其足够快地后退； 5000万年前，海洋还没有采用现在的形式，因此潮汐变小了，对月球运动的影响也变弱了。 当时，太平洋是造成大部分潮汐影响的原因。
这个例子是潮汐系统有多复杂的另一个例证。 它们的高度和减慢地球运动并加速月球退缩的力量取决于潮汐驼峰在海洋上移动的难易程度。 反过来，这是由于大陆的位置，由于大陆的漂移（板块构造学，它被正式称为）而不断变化。
由于无法长期预测板块的运动，因此我们也无法知道地球的自转何时会减慢，从而永远将其转向月球的一侧。 我们只知道一件事：地球要在47天之内开始绕其轴进行完整的公转，而月球离其移动得如此之远，以至于它的轨道路径也要花费47天，至少必须经过一百亿年。 我们已经知道这是一个完全假设的情况，因为到那时太阳将变成一个可怕的红色巨人，发出比今天明亮一万倍的光，并摧毁（或至少显着改变）地月系统。
潮汐有另一种性质。 每天，当海浪在海岸上滚动然后返回大海时，它们会捡起许多小卵石。 不断碰撞的石头之间的摩擦会产生被环境吸收的热能。 如此的能量损失最终导致地球自转减慢。
潮汐会稍微加热地球，如果您在海里游泳，沙子和石头都不会灼伤您的脚。 但是在太阳系中，潮汐会在一个地方产生更多的热能。 这是木卫二的巨型卫星Io，由伽利略在1609年发现。
月亮披萨
1979年3月8日 NASA的Voyager-1太空探测器以比子弹更快的速度飞过木星系统，并于1980年赶赴土星。 但是在天然气巨人永远离开探针之前，控制团队强迫他将相机转回原处，并与艾欧（Io）告别。 导航工程师琳达·莫拉比托（Linda Morabito）是第一个看到该图像的人，它距任务控制中心6.4亿公里，令人叹为观止。 一列磷光气体从一个很小的可见半月中爆发出来。
莫拉比托（Morabito）是人类历史上第一个看到艾奥（Io）的超级火山的人。 第二天，整个Voyager管理团队查看了放大的照片和温度测量数据。 他们发现了八根巨大的瓦斯柱，将物质抛到数百公里之外。 事实证明，艾奥是太阳系中地质活动最活跃的宇宙天体，上面有400多座火山。 橙色，黄色和棕色岩石通过这些孔被扔到Io的表面上，使其看起来像比萨饼，类似于黄石公园中的间歇泉。 从某种意义上说，艾奥火山是真正的间歇泉。 它们中的熔岩不会逸出到表面，而是加热直接位于Io树皮下面的液态二氧化硫，然后变成气体。 然后，气体像间歇泉中的蒸气一样被抛出。
每年，艾奥瓦斯将约100亿吨的物质释放到真空中，然后落到地表，被硫覆盖，就像黄石间歇泉周围的大地一样。 这就是为什么Io在照片中看起来像一个巨大的披萨。 明亮的颜色只是具有不同温度的硫磺层。
了解艾奥的超级火山的关键是木星，木星的质量是地球的318倍。 艾欧与月球与地球的距离相等。 但是由于木星的巨大引力，艾欧不是像我们的月亮那样在27天之内绕他旋转，而仅仅在1.7天之内。 长期以来，作用在艾奥潮汐峰上的重力已经停止了它的自转，因此现在月亮不断地在一侧转向其行星。 试想一下，如果飞船曾经坐在Io的表面上，将会在人们面前打开什么样的视野：木星及其多色的多云环将占据四分之一的天空。
由于艾奥被固定在一个位置上，因此在木星的吸引力影响下出现的两个潮汐驼峰将直接指向他，并直接指向他。 它们不会像石头一样运动，因为陆地上的潮汐驼峰会在海洋中运动。 如果在Io上发生这样的事情，坚硬的岩石会不断地伸展和收缩，并由于摩擦而逐渐升温（您用手挤压的橡胶球也会以同样的方式加热）。 由于这不会发生，因此可以合理地假设Io的温度在木星的潮汐影响下不会升高。
但是事实并非如此。
伽利略（Galileo）发现的另外两个卫星，在Io加热中起着关键作用，它们在离地球更远的轨道中移动-欧洲和木卫三。 木卫三是太阳系中最大的卫星，比水星大。 在艾欧（Io）绕木星四次的时间中，欧洲绕过木星两次，而木卫三（Ganymede）-绕过一次。 因此，周期性地将两颗卫星对准成一条直线，这增强了它们对Io的影响。 他们似乎将艾奥拉到一边，扩大了她的轨道。 因此，艾奥不断地朝着木星或远离他的方向移动。 正是这种运动使艾欧从内部开始热身。
是的，艾奥（Io）的潮汐驼峰直接与木星之间来回。 但是，当艾奥（Io）靠近他的星球时，潮汐驼峰增大，而当它离开时，驼峰减小。 由于岩石的不断运动，岩石被压缩或拉伸，并且由于此过程，Io被加热得如此之多，以至于每磅重量的热量在太阳系而不是太阳中产生的热量最多。
冥王星和夏隆之谜
木星-Io对并不是太阳系中唯一将两个围绕轨道运行的天体固定在一个位置，使得每个天体只能在另一侧看到的一对。 还有冥王星及其巨大的月亮夏朗。
Charon最有趣的是它的直径等于冥王星直径的一半。 由于这个原因，冥王星在一段时间内被认为是太阳系中最大月亮（相对于其自身大小）的行星。 但是在2006年，国际天文学联合会剥夺了冥王星的行星地位，并将其转移到矮行星的范畴。 现在，它只是太阳系边界上成千上万的绕太阳旋转的冰屑之一。
柯伊伯带由行星出现后留下的冰屑组成。 由于它们太稀疏，所以行星无法工作。 柯伊伯带类似于太阳系的内部小行星带，这是另一堆行星结构碎屑，它们在木星引力的作用下无法集中在某一点。
柯伊伯带的内缘开始于海王星附近（也就是说，它到太阳的距离大约是与地球的距离的30倍），而其外端与太阳的距离是地球距离的50倍。 尽管有这个名字，这位前爱尔兰士兵和业余天文学家肯尼斯·埃奇沃思（Kenneth Edgeworth）于1943年首次预测了该带的存在，因此，公平地说，它应该被称为埃奇沃思-库伊伯带。
冥王星符合国际天文学联合会在2006年制定的两个标准：它是圆形的并且绕太阳公转。 但是，由于在他身旁有来自库伊伯带的许多物体，因此他不符合第三个要求-在自由轨道上没有其他天体。
2015年7月14日，美国国家航空航天局（NASA）的“新视野”（New Horizons）站像高速列车一样飞越了冥王星-夏隆（Pluto-Charon）系统，飞越了距天体仅14,000公里的高空。 地球任务控制中心的员工感到惊讶。 他们期望看到一个死而静止的世界，被远离太阳的宇宙寒冷所束缚。 取而代之的是，氮冰川和冰山出现在他们面前，其峰顶隐藏在薄云的漩涡中。 最令人惊讶的是，所谓的通博地区（冥王星上的一个粉红色斑点，形状像云，以冥王星的发现者克莱德·通博命名），没有一个陨石坑，与地球其他地方不同。 这意味着冰在这里相对较新地形成。
这种异常活动的能量来自何处？ 由于铀，or和钾的放射性，地球的内层被加热，但这不足以使冥王星变暖。 由于在月亮围绕行星绕圆周运动并且两个天体总是在同一侧彼此转向的系统中，类似的过程是不可能的，因此也排除了在Charon的潮汐力的作用下加热的原因。 但是，仅当Charon在太阳系形成时正处于冥王星轨道时（大约与月亮成为地球卫星的同时），此规则才有效。 如果冥王星最近（过去的五亿年）获得了它的卫星，那么在潮汐力的影响下就将发生加热并持续加热，直到冥王星和卡隆星之间的相对位置固定。 没有人知道这是怎么回事。 这个问题仍然存在。
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