上世紀60~70年代，「阿波羅」登月期間，宇航員在月球表面安放了一些鏡子（測距儀）。此後，科學家從地球上向這些鏡子發射激光，並通過激光往返時間測算地月距離。結果顯示，月球每年遠離地球約 3.8 厘米。

月球遠離，「真兇」是誰？

1695 年，埃德蒙·哈雷開始埋首於彗星軌道的研究。這是 一件極端需要勤奮與耐心的工作，不光是因為驚人的計算量， 還有從卷帙浩繁的故紙堆裡一點點搜尋相關記載的水磨工夫。 直到十年後哈雷才發表了關於那顆後來以他名字命名的彗星的 計算，但在那之前，他先發現了一件看上去匪夷所思的事：

從歷史記錄中的日月食時間來看，月球的運行速度似乎發 生了變化。

要是再退回去兩百年，恐怕根本不會有人相信月亮居然會有什麼改變。幸好在哈雷那個時代，科學剛剛取得了一個偉大的勝利：《自然哲學的數學原理》出版，牛頓的萬有引力理論 為人類提供了分析和認識宇宙的武器。如果沒有證據表明歷史 記錄出了錯，那麼記錄下來的事不管有多難以置信，都應該先認為它發生了。於是天文學家們摩拳擦掌地向這個謎團撲了上去：首先是計算出了月球運動的變化量，每一百年多移動了10 角秒。10 角秒是多大的距離？它僅僅是1度的 1/360。這樣的變化真是太微乎其微了，難怪直到17 世紀末才被察覺。天文學家由此計算了月球的軌道，這個發現意味著它正在遠離我們。 沒人對此感到恐慌，牛頓已經告訴了大家，引力揮舞著控制整個太陽系乃至整個宇宙的指揮棒，一定有什麼東西的引力影響著月球，只需要找出它是誰。太陽是第一個「嫌犯」：它的質量最大，引力作用想必也最大。其次是金星，它是離地球最近的行星。不過接下來的計算就讓天文學家們有些挫敗：太陽的影響——專門術語叫「攝動」——頂多只能解釋月球運動變化量的一半，而金星的攝動完全可以忽略不計。至於火星，比金星更小又更遠，那就更不能指望了。 解釋這個現象的最終可能落在了地球身上。在哈雷發現月球變化的一個半世紀之後，人們確定了導致月球遠離地球的「真兇」：那就是地球自己。
地月相吸，為何越來越遠？



月球對地球施加潮汐力，大潮出現在月下點和對跖點，小潮出現在面向太陽和北向太陽的方向(圖中假設地球沒有陸地同時海洋的深度不變)

假如地球和月球都像高中物理習題集的描述那樣只是一個質點，那地球的引力是絕不可能反而把月球推走的。但它們在真實世界中不但是個巨大的球，而且是個會變形的巨大的球。 要是你曾經在皓月當空的夜晚在海邊漫步，就會對這種變形有著深刻的感受。同一個地點的海面每天會經歷兩次高潮——月球吸引著包裹在地球表面的海水，形成一個橢球形的「水球」， 水球的長軸方向從地球指向月球。長軸方向的海面在一天中達到最高，這是「潮」；短軸方向的海面在一天中最低，這是「汐」。 潮和汐的產生，是因為地球表面不同的地方受到不同大小的月球引力，所以物理學上用「潮汐力」來稱呼由於引力差異而產生的力。地球在月球的影響下產生潮汐，月球雖然表面沒有海洋， 也照樣會在地球的影響下產生非常微小的拉伸變形，不妨把這看作是固體的「潮汐」。
現在你退到海岸的高處，海面不斷升高，浸濕了沙灘。別忘了，與此同時地球在自轉，而月球在繞著地球公轉。地球自轉比月球公轉快得多，所以海面的最高點根本來不及恢復原狀，馬上就會被地球的自轉帶到月球的前方：瞧，月亮不是漸漸偏西了嗎？這一大團凸出的海水可以近似地和月球單獨「結算」引力，前方的海水和落在它身後的月球互相拉扯。先進帶動後進的結果是月球在軌道上獲得了加速度，來自地球的引力不能讓它安分待在原來的軌道上，於是月球竄到了能量更高、離地球更遠的軌道，這就是「潮汐加速」。而地球呢？原本好好的自轉著，卻被一團向後的海水拖了後腿，自轉的速度不得不稍微放慢一點。這樣的情況每時每刻都在地球的海面上發生，日積月累，後果終於變得不可忽略。

要是你覺得地球的變化似乎很難有切身體會的話——過去 10萬年累積下來，地球的自轉週期一共變慢了1.5 秒，這確實對我們的生活沒啥影響。那麼我們不妨抬頭看看月球，月球並不是天生這樣癡心一片朝向我們的，它當初也有自轉，只是它的質量比地球小，自轉已經被來自地球的潮汐力「消滅」了。 月球表面的固體潮最後被牢牢地鎖定在正對地球的方向，永遠只能用同一面朝向地球，這就是「潮汐鎖定」。

質量較小的月球已經被鎖定了，質量較大的地球也正前進在被鎖定的路上。月球在潮汐的幫助下，不斷地「偷走」地球 自轉的能量，一直要到地球的海潮也被鎖定在正對月球的方向， 潮汐的這種「吃裡爬外」的行為才會結束，科學家估計這需要 好幾十億年的時間。到那個時候，潮起潮落和月升月落將變成遠古的歷史名詞，曆法也必將面目全非：一天和一個月長度相等， 都是現在一天（24 小時）長度的 47 倍，一年只有不到 8 天。


從其中一顆冥衛上看到的冥王星和冥衛一（藝術家想像圖）
我們太陽系的近鄰里就有這麼一對兒榜樣：冥王星和它的衛星冥衛一。這兩個天體的質量差異更小、彼此距離更近，早早地就達到了彼此的潮汐鎖定，面對面地繞著共同質心旋轉，彷彿跳著默契的雙人華爾茲一般。

土星的潮汐力讓土衛二表面噴出了冰水混合的噴泉 圖片來源 美國國家航空航天局，噴氣推進實驗室，空間科學研究所（SSI）

天體質量差別太大的系統就不太 「公平」了，小天體不但被單方面「鎖定」，還要被大天體的潮汐力捏圓再捏扁，甚至可以把它捏出噴泉來，比如木星和土星的某些衛星的遭遇。

月球曾有多近，海洋知道答案

月球正在逐漸遠離我們，那麼它以前一定離地球很近，要是反推回去足夠久遠的時間—
影響彼此的演化。這正是目前天文學家仍對地月系統間的潮汐加速興趣不減的原因，因為這也許能幫助我們揭開月球的起源之謎。這種從現有的少量數據出發，向數值範圍外的大膽推演是天文學家相當依賴的一種思考方式——誰讓他們研究的對象時間跨度那麼大，而他們能夠觀測到的證據相對而言又那麼少呢？ 你要是知道他們怎麼測量宇宙，怎麼熟練地像下跳棋一樣從幾十光年跳到幾十億光年的尺度，那才真的瞠目結舌呢。整個宇宙都被他們回溯成了一個奇點，比較起來，給地月系統回溯出一個肩並肩的過去那真不算什麼。

月球現在遠離我們的速度可以非常精確地量出來：阿波羅計畫在月面上安裝了測距儀，測出地月距離每年增加大約 38 毫 米，恰好是目前地月平均距離的一百億分之一；由此可以計算出地球現在的自轉週期變化，目前的速度是每過一百年，一天的長度增加 2.3 毫秒。

要是這個速度一直不曾改變的話，我們就能直接算出恐龍時代的一天有多長了：從 6500 萬年前它們滅絕那會兒到現在，地球的自轉週期大約增加了 25 分鐘。不幸的是，地球自轉的放緩不可能是均勻的，不能用現在的數據來計算以前的情況。那我們怎麼能知道遠古以前地球是怎樣自轉的呢？天文學家尋找到了額外的助力：他們得到了地質學家和古生物學家的幫助。

按理來說，從地球上出現海洋的那一刻起，潮汐作用就穩定地施加在了地球身上，也在地球表面的岩石上留下了痕跡。 不過我們找不到那麼遙遠的證據，因為地球的板塊運動讓地殼 的岩石始終不斷地循環，大部分的古老岩石都湮沒在岩漿中。 從原核生物沉積形成的疊層石記錄看來，至少在 25 億年前， 地球就顯著地受到潮汐作用影響。地質學家們研究了遠古時期的受潮汐影響的沉積岩層——他們管這種岩層叫「潮汐韻律 層」——得出結論說9 億年前地球上的一天大約只有 18個小時， 一年大概有 481 天；另一片 6.2 億年前的潮汐韻律層說明，當 時的一天有 21.9個小時，一年大約有 400 天，合 13 個月。

地月間潮汐作用的大小受到地球陸地和海洋分佈的影響， 而在整個地球 46 億年的演化過程中，地表發生過無數次滄海桑田的變化。光是冰期和間冰期之間的變動就會讓潮汐的大小產生明顯的不同，而由遠古時期的超大陸、超大洋變為如今的七大洲、四大洋，其間的差異更是翻天覆地。目前地球自轉的變慢幅度是長期以來最快的，以前的變化要更小一些。除了沉積岩層之外，古代的生物也提供了關於晝夜節律的線索。珊瑚和貝類是已經在地球上存在了至少4 億年的物種， 這兩種生物在環境合適的條件下，晝夜的生長速度有著明顯的 不同，並且也會體現出明顯的四季變化。於是，從它們的生長痕跡中就能辨別出一年的天數。現代的珊瑚每年會長出大約 360根體現晝夜變化的生長紋，而在泥盆紀的珊瑚化石中，發現的 生長紋大約是 400 根。更有意思的是，把從 4 億年前到 6500 萬年前的貝類化石按照年代排序，會發現年代越早的化石，體現出的生長紋越多。

月球軌道的演變，在地球遠古的生物身上留下了痕跡。而月球本身，也為地球生命的出現做出了貢獻。由於月球巨大的質量，地月之間的潮汐作用很快讓地球的軌道穩定下來，使地 球表面的環境相對平穩，從而有利於原始生命的誕生。如今的月球雖然與地球漸行漸遠，但始終還將陪伴在我們身邊。天文學家計算過，大約 20 億年後，膨脹的太陽將把地球表面的海水蒸乾，那時月球的遠行步伐會進一步放慢。地月之間這段海枯石爛的緣分，要直到 45 億年後太陽吞沒地球，地老天荒的時候才會終結。