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為何月球總是以同一面朝向地球?

地球與月球都同時受到彼此的重力作用,月球對地球的重力作用於地球的海洋以及地殼上,潮汐使地球產生形變,而形變是需要作功的。作功當然需要能量,當月球拉起地球的潮汐時,部分能量消耗於海水與海床或海岸的摩擦上。請注意,每一焦耳消耗掉的能量都來自月球,而在損失能量又要保持角動量守恆的情況下,月球的軌道運動速率必然降低,而降低軌道速率的方式就是漂移至較外層的軌道上,所以月球離地球是漸行漸遠。
古生物學家在研究四億年以上樹木年輪時發現,在很久很久以前,地球的自轉週期僅 22 小時,一個月的時間也比現在要短的多。當地球自轉週期與月球月長度十分接近時,月球會感受到來自地球週期性的潮汐力,如果此時月球內部有任何不規則的質量分布,即“重力異常”(mascons) 的情形出現,月球的自轉便會被“鎖定”,使較重的一面永遠朝向重力潮汐源的方向。
所以簡單來說,月球的非球狀外形、日漸增加的軌道半徑與來自地球週期性的潮汐扭力都是導致月球被鎖定以同一面朝向地球的原因。潮汐能量的損耗、角動量守恆、質量的不均勻分布與經歷長時間的演化是造成這種自轉與公轉同步現象的要素,而同樣的狀況,也發生在冥王星與其衛星Charon上。