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來源：互聯(lián)網(wǎng)

潮汐鎖定是一種天體物理現(xiàn)象，是指由于受到重力梯度影響使得某個天體始終以同一面朝向另一天體，具體包括同步自轉(zhuǎn)和受俘自轉(zhuǎn)兩種情形。其原理在于，由于引力的作用，受影響天體的自轉(zhuǎn)周期與其公轉(zhuǎn)周期相同，導(dǎo)致該天體始終以同一面朝朝向其公轉(zhuǎn)的中心天體。例如，月球始終以同一面朝向著地球公轉(zhuǎn)，這是因為月球自轉(zhuǎn)速度與月球繞地球公轉(zhuǎn)速度相等，因此無論何時從地球觀察月球，都只能看見月球的同一面。

除了月球外，還有其他天體也經(jīng)歷了類似的潮汐鎖定。木星的巨大質(zhì)量導(dǎo)致它的四顆伽利略衛(wèi)星同樣呈現(xiàn)出永久性的單面朝向母行星。同樣，雖然冥王星和它的最大衛(wèi)星冥衛(wèi)一在質(zhì)量上較為接近，但它們之間的相互引力同樣導(dǎo)致了相互之間的潮汐鎖定，永遠(yuǎn)只以一面朝著對方。

簡介

通常，在給定的任何時間里，只有衛(wèi)星會被所環(huán)繞的更大天體潮汐鎖定，但是如果兩個天體的物理性質(zhì)和質(zhì)量的差異都不大時，各自都會被對方潮汐鎖定，這種情況就像冥王星與卡戎。這種效應(yīng)被使用在一些人造衛(wèi)星的穩(wěn)定上。

我們在地球上為什么看不到月球的背面？是因為地球跟月球之間實現(xiàn)了潮汐鎖定，這就像我跟你之間有一個吸引力，但是我前胸受到的吸引力跟后背受到的吸引力是不一樣的，就會導(dǎo)致每天像是有人在牽扯我，慢慢會讓我的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步，所以在地球上，我們始終只能看得到月球的正面，看不到月球的背面。

但是，這種潮汐鎖定實際上在太陽系的天體里面是比較多的，比方說，行星和衛(wèi)星之間，太陽系外的其他的恒星和行星之間，都會有這樣的潮汐鎖定現(xiàn)象。月亮的引力會引起地球上每天兩次漲潮，兩次退潮，我們稱之為潮汐。不僅地球上的海洋會有潮汐，其實地球上巖石圈每天也會起伏60厘米，這叫固體的潮汐。

機制原理

在自轉(zhuǎn)率的改變上，大的天體A將天體B潮汐鎖定，需要A的引力在B的隆起的誘導(dǎo)下造成扭矩。

潮汐隆起

A的引力對B造成潮汐力使得B的引力平衡受到扭曲，形狀在朝向A的軸線方向上變得細(xì)長；相反的，在垂直A軸向的維度上略有減少。這種扭曲現(xiàn)象被稱為潮汐隆起。當(dāng)B未被潮汐鎖定時，這個隆起會在表面旅行，兩個高潮之一會在靠近A在正上方的一個點。對大型的天體而言，由于本身的重力，形狀位接近球體，潮汐的扭曲會造成輕微的扁球體，也就是說一個沿著主軸方向軸對稱的橢球體。較小的天體也會經(jīng)歷這種扭曲，但這些扭曲是不規(guī)則的。

隆起拖曳

物體B對潮汐力引起的周期性的重塑會施全力 (Exertion) 的抵抗。事實上，有時候B需要一些時間來重塑重力的平衡，但在這段時間，A-B的軸向因為B的旋轉(zhuǎn)已經(jīng)改變，所以形成的隆起會與A-B軸向有一段距離。從太空中的瞭望點來看，隆起最高點的方向與指向A的方向已經(jīng)有了偏差。如果B的自轉(zhuǎn)周期短于它的軌道周期，這個隆起將超前于A-B軸的指向；反過來如果B的自轉(zhuǎn)周期較長，取而代之的是隆起將落后。

結(jié)果的扭矩

由于隆起偏離了A-B軸指向的方向，A的引力將拉住這些質(zhì)量而對B施加了扭矩。在面對A的隆起扭矩的作用在使B的自轉(zhuǎn)符合軌道周期，但在"背面"的隆起是遠(yuǎn)離A的，因此起了相反的作用(維持自轉(zhuǎn)的周期)。不過，朝向A這一側(cè)的隆起比背面的隆起更靠近A大約相當(dāng)于B的直徑，所以會經(jīng)歷較強的引力和扭矩。來自這兩個隆起扭矩的凈效應(yīng)，是永遠(yuǎn)朝向B的自轉(zhuǎn)周期與軌道周期同步，也就是結(jié)果終將是潮汐鎖定。

軌道變化

A-B系統(tǒng)的總角動量在這個過程中是守恒的，所以當(dāng)B減慢速度和失去角動量時，軌道的角動量會提升相似的量 (其中也有一些對A的自轉(zhuǎn)造成較小的影響)。這樣的結(jié)果是導(dǎo)致B在減緩自轉(zhuǎn)速度時，相對于A的軌道會提升。而另一種情況，當(dāng)B的自轉(zhuǎn)速度太慢時，潮汐鎖定的作用會使它的自轉(zhuǎn)加速，同時使B的軌道降低。

大天體的鎖定

潮汐鎖定的效應(yīng)也會發(fā)生在大天體A上，只是因為B的體積較小，引力作用也較微弱，所以需要更長的時間才能將A潮汐鎖定。例如，地球的自轉(zhuǎn)就因為月球而逐漸減緩，從一些化石在地質(zhì)時間上的推移可以察覺其總量。對于大小相似的天體，這種效應(yīng)在同等級規(guī)模的天體上，或許會兩者同時被潮汐鎖定。矮行星冥王星和它的衛(wèi)星卡戎就是最好的例子 — 只有從冥王星的一個半球可以看見卡戎，反之亦然。

自轉(zhuǎn)軌道共振

最后，在軌道離心率較高的情況下，潮汐力是相對較弱的，較小的天體最終可能會產(chǎn)生軌道共振而不是潮汐鎖定。在這種情況下，軌道周期和自轉(zhuǎn)周期的比率是一些明確的分?jǐn)?shù)，像是1:1。一個著名的例子是水星的自轉(zhuǎn)-鎖定到與公轉(zhuǎn)太陽周期為3:2的共振。

事件

衛(wèi)星

在太陽系中許多值得注意的衛(wèi)星最值得注意的就是潮汐鎖定，因為它們的軌道非常接近而使潮汐力因為距離的減少而迅速增加 (與距離的三次方成反比)。值得注意的例外是氣體氣態(tài)巨行星外圍的不規(guī)則衛(wèi)星，距離比那些知名的大衛(wèi)星遠(yuǎn)了許多。

冥王星和卡戎是潮汐鎖定的一個極端例子。與主星相比，卡戎是一顆相對較大的衛(wèi)星，軌道也非常靠近，使得冥王星也被卡戎潮汐鎖定。實際上，這兩顆天體彼此相互環(huán)繞著 (質(zhì)心位于冥王星外)，好像是以一根竿子固定著表面的一個點而相對著。

小行星衛(wèi)星是否潮汐鎖定，大部分的情況仍屬未知，但預(yù)期軌道緊密的密接小行星聯(lián)星會如同密接聯(lián)星一樣是潮汐鎖定的。

地球的月球

月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期都大約是4星期，因此無論何時從地球觀察月球，都能看見同一面的半球。直到1959年，從前蘇聯(lián)的航天飛機月球3號傳送回來的照片，才完整的看見月球背面。

盡管月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)完全被鎖定，但是由于天秤動和視差，從地球重復(fù)的觀測，仍可以看見月球總表面的大約59%。天秤動主要的成因是月球軌道的離心率造成的軌道速度變化：使地球的觀測者在周場上可以多觀測到約6°。視差是幾何學(xué)的效果：是在地球表面上相對于地月中心聯(lián)線的偏移量，而因為這個關(guān)系，使月球在我們的地平線時，可以多觀察到月球表面的一點邊緣 (大約1°)。

行星

直到1959年才由雷達(dá)的觀測，否定水星是被太陽潮汐鎖定的。取而代之的是3:2的軌道共振，每自轉(zhuǎn)3周時公轉(zhuǎn)太陽2周，而水星的離心率使這種共振得以穩(wěn)定。天文學(xué)家原本認(rèn)為它是被潮汐鎖定的，因為每次適合觀測水星時，它都因為3:2的共振，以同一面朝向地球的觀測者，出現(xiàn)它似乎被潮汐鎖定的景象。

金星的每583.92天與地球會合一次，幾乎是金星自轉(zhuǎn)的5個太陽日 (精確的說是5.001444金星日)，使得每次接近地球時都是相同的表面。這是偶然的關(guān)系還是與地球的某種潮汐關(guān)系，仍不得而知。