《補充》為什麼月球離地球越來越遠 是因為海水的關係?

沒想到一個這麼簡單、教科書上都有的問題，也會引起那麼大的爭議，看來只好破例再寫第二篇說明 ( 新來的朋友請先看《為什麼月球離地球越來越遠 是因為海水的關係?》 )。

首先讓我們看看NASA的說法：

Ocean tides are caused by the gravitational pull of the Moon. The resulting tidal bulge in Earth's oceans is dragged ahead of the Moon in its orbit due to the daily rotation of Earth. As a consequence, the ocean mass offset from the Earth-Moon line exerts a pull on the Moon and accelerates it in its orbit. Conversely, the Moon's gravitational tug on this mass exerts a torque that decelerates the rotation of Earth...

潮汐是由月球的引力所造成，但海水隆起的部份受到地球自轉的帶動，因此會超前於月球的方向；於是，這個偏離於「地─月核心連線」的隆起會對月球施以一拉力，對月球的軌道作加速。另一方面，月球的引力同時也會對隆起的海水施以一力距，減慢地球的自轉...

換句話說，就是：

因為隆起的部份不在地─月中心連線上，所以會對月球施以一個「非指向地心」的力，即「力矩」；有力矩，物體的轉動 (角動量) 就會改變，軌道也就改變 (「角動量守恆」是廢話，因為封閉系統內角動量不管怎樣都會守恆 )。

常見的解釋是以角動量的觀點說明，而我的回答只是把那些力明確地畫出來而已，沒甚麼不同。不過我下面就要改從不同的方向來推論。

首先還是一樣的圖：

圖片參考：http://link.photo.pchome.com.tw/s08/cheongsou/2/12...

但我們直接從圖 (4) 開始，並把這當作是已知事實!

理由是我們確實觀察到地球有兩個隆起，且其相位超前於月球( 你只要觀察潮汐，再跟月亮的位置對比即可知道 )。另外也知道地球的自轉確實在變慢、而月球也正在後退 ( 靠地質紀錄及天文觀測 )。

有了這幾個事實，開始作推論：

因為地球自轉不可能自己變慢，除非外界對它施予切向力。因此推論跟自轉方向相反的切向力必定存在。問題是，誰給它的力!?

當然，地球不可能自已拉住自已，剩下的就只有月球 [註]；所以我們猜測月球對地球施以切向力，而月球也必受到反作用力!

但是牛頓証明過，均勻球體的引力指向中心；所以地─月間的作用力應該在兩者中心的連線上，何來切向力呢!?? 你忘了在圖 (4) 中，我們已經發現地球並不是均勻球體! 因此海水確實可以施予切向力!

總結一下，我們從一些已知事實，推論出圖 (5)、(6) 的潮汐作用模型。科學家最後要做的，就是把天文觀察上的數據代入，以檢驗是否符合觀察結果。而目前為止，科學家對此模型的檢驗結果還算很滿意。

對科學界而言，理論通過檢驗，問題到此已算獲得解答。除非有人能提出更符合觀察結果的模型，又或發現以前的計算有誤。

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回應其他問題：

1) 說實在我蠻訝異有人堅持科學家的解釋是亂講。

他堅持『月球會遠離是因為一開始軌道就沒有對準，而不是潮汐作用』。這聽起來有點道理，但符合實際觀察嗎?

姑且先假設月球是因為一開始軌道沒對準而越飛越高。

但因為系統中所有力都是「向心力」，所以不會對地球施以切向力 (力矩)。故只能改變月球的公轉，但無法影響自球的自轉。

換言之，以地球座標來看，月球軌道的變化純粹是在動能跟重力位能間轉換，無法把地球自轉的角動量傳遞到月球。

因此地球自轉的改變和月球的自轉鎖定這事實就無法得到解釋 [註]。

2) 有人提到其他星球 ( 或地球初期 ) 沒有水，所以不應該有潮汐作用。

潮汐作用不一定需要水。事實上月球及地球上的固體潮 / Solid Tide ( 即地表的變形 ) 也足有幾公分到一、二十公分高!!

[註]

當然你可能會 argue 說那是因為其他星體的影響造成的，例如太陽... 沒錯，太陽也會減慢地球的自轉，不過抱歉那其實同樣是潮汐的作用。事實上太陽施予地球的潮汐引力差不多是月球對地球的一半。

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科學家在幾百年前就已經發現月球在後退，而潮汐的發現自然更早。但真正發現這兩件事能以潮汐作用機制連繫起來的，卻是百多年前的事而已 ( 雖然牛頓本人也曾這樣懷疑過 )；而能以高精度來驗證更是近代才有辦法。這過程其實是很好的科學發展史的範例，對此有興趣的，可以參考這裡。

ps.

以潮汐作用解釋月球後退及自轉鎖定已經是科學界的 "標準答案"。

對於有心想要挑戰 "標準答案" 的人，很好。但在你挑戰科學界之前，請先把科學家對潮汐作用的解釋搞懂。

「你必須先了解別人說甚麼，才知道他錯在哪裡」，不是嗎?

最後，對於真的有問題的，很歡迎大家來討論或來信指教。

但請不要講得亂七八糟的 "還開文指明" 我來回應，我看到外星文就頭痛。我一天只有 24小時的台灣時間，沒有那個多餘的美國時間來猜你想說甚麼 ( 不然可能等幾億年地球自轉變慢後，看看會不會每天多幾個小時... )。