No.177

なんで月はいつも同じ面を向けているのか

　月に限らず、太陽系の衛星のほとんどが主たる星に対して同じ面を向けて交点している。これは衛星の自転周期と公転周期が同期しているためだ。
　主たる星と衛星の重さが近いと、主星も衛星も常にお互いに同じ面を向けて公転するようになるケースもある。冥王星とカロンはお互いにいつも同じ面を向けて自転と公転を行っている。

　なぜ自転周期と公転周期が同期するようになるのか、その立役者は重力による潮汐力だ。

　主星の重力により衛星に潮汐力が働き、衛星は変形する。
　衛星に働く潮汐力は、衛星を重力に水平方向に引き延ばし、垂直方向に縮めようとする。つまり水平方向が長軸の楕円形になる。
　衛星は自転をしているので当然回る。ところが衛星は物質なので回転した時に変形したまま回る。前述のように潮汐力は水平方向が長軸になるように変形させようとするので、変形した衛星を重力的に釣り合いの取れた位置に戻そうとしてトルクが発生する。このトルクにより運動エネルギーが失われ自転周期が遅くなり公転周期と同期していくのだ。

　なお、衛星が逆行している場合と、衛星の公転周期が惑星の自転周期より短い場合、逆のプロセスが働く。
　このケースでは衛星は惑星からエネルギーをもらい、惑星の自転速度を遅くすると共に、そのエネルギーで周回速度が増すので軌道が外に膨れていく。実は地球と月はこちらの関係になる。地球の自転は遅くなり、月との距離は徐々に開いていってるのだ。
　遙かなる未来には、常に月が天空の同じ位置に座す時が来るはずだ。地球がまだ無事だったらだけど。