太阳系最伟大的爱情：爱你1000000万年！

本文首发于2019年3月

今日时值2020年七夕

特修订后重发此文

致太阳系最伟大的爱情

当人们孤注一掷

用一万多座行星发动机

将地球推离太阳系

这颗承载着全人类希望的星球

终于在灾难中幸存

当然

它也付出了极为惨痛的代价

其中最令人扼腕的

莫过于失去了唯一的天然卫星

月球

毕竟地球和月球

这对太阳系最特殊的伴侣

已彼此相依相伴数几十亿年

从未离开过

（地月同框照，展示了月球背面与地球的合影，该照片由中国嫦娥五号飞行试验器于2014年拍摄，图片源自@国家航天局）

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01

缘起

行星形成早期

太阳系内风云激荡

大大小小的碰撞屡屡发生

有的聚集、组合、重生

有的分裂、破碎、湮灭

对于众多初生的行星来说

随时都有可能面临“生死存亡”的考验

（恒星系形成的艺术想象，图中气体与尘埃环绕在恒星圆盘之上，图片源自@NASA/JPL-Caltech）

▼

覆巢之下，焉有完卵

那段动荡时期

彻底重塑了太阳系的格局

生逢乱世的地球

同样无法独善其身

一场改变命运的浩劫即将来临

那时地球才诞生不久

在它的附近还有一颗原行星

大小与今天的火星相当

在最初的那段时间里

它与地球相安无事

共同围绕太阳运转

（原始地球温度极高，是一个熔融的岩浆球；下图为距离太阳系33光年之外的行星UCF101，与原始地球相似；图片来源@NASA/JPL-Caltech）

▼

然而

由于天体之间的引力扰动和地球的吸引

这颗原行星不断靠近地球

越来越近

越来越近

越来越近

.

.

.

终于

灾难降临

它猛烈地撞上年轻的地球

地崩山摧、火光冲天

霎时间释放的能量

改变了这两颗年轻的星球

（大约45亿年前，原始地球与另一颗原行星撞击的艺术想象图，动图源自@NASA）

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这次大碰撞中

地球的一部分身体被炸飞

可谓创巨痛深

而那颗撞击地球的原行星

也几乎粉身碎骨

但塞翁失马焉知非福

当时的地球又怎会料到

如同上帝用亚当的肋骨造就了夏娃

自己也将拥有一位相伴终身的爱人

撞击产生了大量碎片

有的永远飞离了地球

有的则围绕地球运转

经过不断地重新组合

最终形成了原始月球

（原始地球和原始月球艺术想象，这两颗星球最初都是熔融的岩浆球，而后冷却固结，底图来源@ESA）

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而那颗因大碰撞而破碎的原行星

也在数几十亿年后被人类命名为

“忒伊亚(Theia)”

意为神话中月神的母亲

至此

在纷乱的太阳系中

地球和月球诞生了

而在此后的日子里

它们将以彼此间独特的方式

上演一段动人的“爱情传奇”

（地球与月球合影，由中国天问一号火星探测器于2020年7月拍摄；近处大的是地球，远处小的为月球，图片源自@国家航天局）

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02

守护

随着太阳系逐渐风平浪静

行星格局也趋于稳定

八大行星围绕着太阳依次旋转

除水星、金星外

其余行星都拥有自己的天然卫星

土星更是多达八十二个

而地球

有且只有月球一个

（太阳系八大行星排列示意，八大行星的距离和大小均非按照实际比例；底图源自@NASA，标注@郑伯容/星球研究所）

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时至今日

地球和月球已携手走过45亿年

它们相依相伴、相濡以沫

默默守护在对方身边

①

“有我在，你会稳稳的”

在月球诞生前

地球正值浮躁的少年时代

地轴摇摆不定

极度缺乏安全感

忒伊亚的惊天撞击

让地球自转轴严重倾斜

但因撞击产生的月球

却能用引力将地球紧紧抓住

令其一改往日的“心浮气躁”

变得更加沉着而稳重

（月球引力稳定地轴示意，制图@郑伯容/星球研究所）

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在月球的引力下

地球自转轴倾角基本稳定在22.1°~24.5°

在这样稳定的倾角下

太阳直射点将随着地球的公转

在南北回归线间往复运动

一年四季就此形成

（北半球四季变化示意，制图@郑伯容/星球研究所）

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而一旦失去月球

地球自转轴将摇晃不定

地球也将再次变得躁动不安

若地轴倾角变为0°

地球如同在轨道面上“正襟危坐”

太阳直射点将始终保持在赤道

这意味着

赤道地区将终年炎热

两极地区则永远寒冷

（地轴倾角0°示意图，此时地球上无四季变化，制图@郑伯容/星球研究所）

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而当自转轴倾角接近90°

地球如同在行星轨道上滚动前进

一年内的气候变化将空前剧烈

整个地球再无春秋、只剩冬夏

（地轴倾角90°示意图，制图@郑伯容/星球研究所）

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失去了稳定的环境

地球上即便已经孕育的生命

也将难以持续生存、繁衍、进化

火星便是“前车之鉴”

它的直径约为地球的一半

但两个卫星却太小

直径还不到月球的1%

产生的引力实在是微乎其微

远不足以稳定火星的自转轴

（月球与火星卫星大小对比示意图，火卫一名为福波斯，火卫二名为戴摩斯，制图@郑伯容/星球研究所）

▼

在数百万年的时间里

“不安分”的自转轴

倾角变化可达60°

这使得火星的气候变化剧烈

（火星荒芜的地表；自转轴倾角的大幅度变化，是影响火星气候剧烈变化的原因之一，图片源自@NASA）

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相较之下

水星和金星就“沉稳”多了

即便没有天然卫星的陪伴

一生注定踽踽独行

但太阳巨大的引力

依然能够稳住它们的自转轴

只是它们离太阳太近

同样无法孕育生命

②

“我的爱如潮水”

在今天的地球表面

约71%都是碧蓝的海洋

由于地球运动的离心作用

加之月球产生的引力

在朝向和背向月球的两个方向上

海水将聚集、隆起

（地球的潮汐力由地球运动的离心作用，以及月球和太阳的引力共同形成；由于日地距离较远，地球上的潮汐主要受月球引力的支配，本图示意了地球潮汐和月球位置的大致关系，制图@郑伯容/星球研究所）

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而随着地球自转

这种规律性的海水涨落

在早晚各出现一次

早之为“潮”、晚来为“汐”

如此日复一日、循环往复

人们称之为“潮汐”

（钱塘江大潮，于2019年9月16日摄于杭州，摄影师@陈中秋）

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月球同样能够感到类似的“潮汐力”

即使没有海洋潮汐起伏那么明显

但地球引力与月球运动的离心作用

却令月球上的岩石圈产生轻微变形

成为一个椭球体

椭球体上不均匀的质量分布

带来了不平衡的受力

因此地心引力不断“牵制”月球

令其自转越来越慢

直到自转与公转周期变得完全一致

月球彻底被地球

潮汐锁定

（潮汐锁定示意；月球只有一面朝向地球，制图@郑伯容/星球研究所）

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在月球形成的数百万年后

这一状态即可达到

从此以后

月球总是用同一面

痴情地凝视着地球

人们在地球上只能看到它的“正面”

而背面的景象却成为了一个谜

直到1959年

苏联发射“月球3号”探测器

人类终于看到了

月球讳莫如深的另一面

（第一张月球背面图片，阴影部分为相对低洼的月海，图片源自@Wikipedia）

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随着更多先进的探测器飞抵月球

人们逐渐看清月球背面的真容

相较于地势平坦的正面

背面的景象截然不同

这里地势崎岖、峡谷遍布

大大小小的陨石坑触目惊心

（右侧较为平滑的是月球正面的东部边缘，靠左侧坑坑洼洼的是月球背面，图片源自@NASA）

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月球诞生后不久

地月距离大约只有今天的1/10

彼此间的引力更为强大

月球围绕地球飞速狂奔

极富青春活力

地球的自转也比现在更快

形成快速而猛烈的潮汐运动

周而往复的潮汐作用

加速了早期生命的演化

潮起潮落之间

创造了肥沃的潮滩

孕育了富饶的环境

这里是海洋生物登陆的演习场

（江苏省盐城市滨海湿地，位于黄海南部沙洲群，摄影师@孙华金）

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周期性搁浅

给一些沿海生物

造成巨大的生存压力

残酷的自然选择

让鱼鳍发达的物种

更具生存优势

原始的肺部有了用武之地

皮肤的呼吸能力不再是累赘

生物逐渐从海洋走向陆地

（提塔利克鱼复原示意；约3.7亿年前的提塔利克鱼，是鱼类和两栖类的过渡物种，制图@王申雯/星球研究所）

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相对稳定的气候

以及周而复始的潮汐作用

一定程度上促进了地球生命的演化进程

堪称太阳系最伟大的守护

然而在这世上

哪有爱情能逃过磨难和考验

即便日月星辰也不能例外

03

归宿

相较于月球的公转

地球的自转显然要快多了

因月球引力而隆起的海潮

还来不及回归平静

便运转到超前于月球的位置

海潮产生的引力

则牵引着月球向前加速奔跑

令其渐渐挣脱当前的轨道

一点点远离地球

（地月距离增大示意；目前月球以每年约4cm的速度远离地球，在月球加速远离地球的同时，地球则因为潮汐摩擦自转不断减速，制图@郑伯容/星球研究所）

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随着彼此间距离增加

地球上曾经汹涌澎湃的潮汐

也逐渐失去了往日的气势

热恋的激情似乎在慢慢褪去

预计6亿年后

在地球上看到的月亮将明显缩小

以至于发生日食时

月球再也无法完全遮挡太阳

日全食的景象永远成为历史

（随着月亮逐渐远离，日食发生时，地球上或许只能看到日环食，下图于2020年6月21日摄于厦门，摄影师@歪杰）

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大约30亿年后

地月距离将达到近50万千米

彼此间引力作用大大削弱

地球自转轴逐渐失稳

全球气候开始剧烈变化

一场感情危机已然爆发

地球会永远失去月球吗？

大约55亿年后

整个太阳系中

都弥漫着一种极为不详的征兆

太阳变得越来越明亮

这意味着

太阳系最后一场浩劫即将来临

发光发热了100多亿年

太阳内部用于核聚变的氢燃料

终于消耗殆尽

它的外层开始不可逆转地膨胀

演化为一颗红巨星

（太阳演变为红巨星艺术想象，制图@林子轩/星球研究所）

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膨胀持续加速

水星和金星被完全吞没

太阳的外层大气兵临城下

巨大的火球、猛烈的风暴近在眼前

（太阳膨胀艺术想象；红巨星持续膨胀，吞噬水星和金星，制图@林子轩/星球研究所）

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地球和月球

这对相守百亿年的爱人

最终还是来到了毁灭的边缘

（红巨星逼近地月艺术想象，制图@张靖&林子轩/星球研究所）

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受到太阳外层物质的干扰

月球绕太阳的运行速度将持续减小

在地心引力作用下

它将以前所未有的速度向地球靠近

直到被地球的潮汐力撕成碎片

（月球破碎艺术想象，制图@林子轩/星球研究所）

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这些月球碎片

将化身为美丽的行星环

环绕在地球身边

并最终落向地球

直至二者合二为一

（月球碎片环绕地球艺术想象；月球化为月环，用另一种方式守护着地球，制图@林子轩/星球研究所）

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它们相守了100多亿年

却从未如此近距离地注视彼此

这是第一次

却也是最后一次

本已渐行渐远的月亮

就这样在生死关头

不顾一切地回到地球的怀抱

然而这还不是结局

太阳的膨胀仍在继续

直到抵达火星轨道附近

垂垂老矣的太阳

将它的外层物质抛向太空

形成壮观的行星状星云

宛如最后一片绚烂的烟火

而怀抱着月球碎片的地球

也早已被膨胀的太阳吞噬

消逝在炽热的烈焰中

（NGC 7293，也称为“螺旋星云”，是离地球最近的行星状星云之一，由一颗类太阳恒星死亡后形成，图片源自@Wikipedia）

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乱世诞生

相拥而终

地球和月球的爱情故事

终于走到了尽头

或许那时

未来的人类早已离开地球

带着文明的火种

找到了新的家园

但每当人们遥望星空

遥望那曾经的太阳系

也许还会想起

那段太阳系最伟大的爱情传奇

（漫天繁星闪闪，摄影师@苏晨）

▼

又或许

地球并没有灰飞烟灭

而是真的逃离太阳系

开始了数千年的流浪

到那时人们也许会发现

没有带上月球

是一个多么令人懊悔的决定

（遥望月球，摄影师@李珩）

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撰文：萤火

编 辑：羡月姑娘

图片：潘晨霞

设计：郑伯容&林子轩&王申雯

审校：林子轩

专家审核

中国科学院国家天文台研究员 郑永春

【说明】在月球起源的假说中，大碰撞假说是目前的主流理论，相比于其他理论，拥有更多的证据支持；本文中地月的结局，是众多地月结局可能性的一种，并且在较为理想的情况下，才会发生。但这并不妨碍，地球与月球的爱情故事成为一段传奇。

【参考文献】

[1] Kenneth R. Lang, 2011, The Cambridge Guide to the Solar System. Cambridge Univ. Press, Cambridge

[2]Schroder K. P., Connon S. R., 2008, Distant future of the Sun and Earth revisited, MNRAS, 386, 155

[3] Neron de Surgy O., Laskar J., 1997, On the long term evolution of the spin of the Earth, A&A, 318, 975

[4]Young E. D., Kohl I. E., Warren P. H., Rubie D. C., Jacobson S. A., Morbidelli

A., 2016, Oxygen isotopic evidence for vigorous mixing during the Moon-forming giant impact, Science, 351, 493

[5] Lathe, R. 2004, Fast tidal cycling and the origin of life, Icar, 168, 18

[6] http://www.sciencemag.org/news/2018/02/strong-tides-may-have-pushed-ancient-fish-evolve-limbs

[7] 汪新文主编. 地球科学概论[M] 第2版. 北京：地质出版社, 2014.01.

[8] 欧阳自远主编；国防科工委月球探测工程中心组织编写. 月球科学概论[M]. 北京：中国宇航出版社, 2005.09.

... The End ...

星球研究所

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本文转载自公众号：星球研究所

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