2019年1月3日， 中国的“嫦娥四号”卫星成功的在月球背面登陆，它携带的月球探测车“玉兔二号”也开始了正常的工作，这是人类历史上第一次在月球背面实现软着陆，揭开了人类探索月球的新的篇章。

月球在围绕地球公转时，也在自转。在恒星参考系下，月球公转时间是27.32天，自转周期同样也是27.32天，于是就造成了月球总是一面朝着地球。

也正因为如此，千百年来，月球的背面对人类十分神秘。直到近代，人类发射了许多的人造卫星，才终于揭开了月球背面神秘的面纱。

那么，为什么月球的自转周期和公转周期严格相等呢？为了解释，我们首先要从一个虚拟力：惯性离心力说起。

惯性离心力

力是物体之间的相互作用，需要有施力物体和受力物体，比如重力、摩擦力、弹力、电磁力等都是真实存在的力。但是，有时候为了数学处理的方便，我们会引入一些虚拟的力，它们不存在，但是引入之后会使问题的讨论变得十分方便，惯性离心力就是这样一种力。

我们都有过这样的经历：在公交车上，如果公交车向左转弯，我们的身子会不由自主的向右歪。在游乐场里有种类似旋转秋千的设施，一旦转动起来，人就会飞到空中，这些都可以看做惯性离心力的作用。

我们可以设计这样的一个模型来说明惯性离心力：有一个匀速旋转的圆盘，上方固定了一个小球。原本小球和圆盘一起旋转，但是某个时刻，小球和圆盘的连接突然断掉了。此后，圆盘会继续旋转，但是小球会凭借惯性做匀速直线运动。

此时如果我们站在圆盘上看，就会觉得小球离中心点越来越远，好像有一种力正在拉着小球向外运动，我们可以把这种力叫做惯性离心力。

经过物理学的推导，惯性离心力的公式为：

其中m表示物体的质量，r表示物体到旋转圆心的距离，而ω称为角速度，表示物体旋转的快慢，它的大小等于2π与旋转周期的比。从公式可以看出：物体的质量越大，距离中心越远，旋转的越快，那么惯性离心力就越大。

潮汐

利用惯性离心力，我们就可以方便的解释潮汐了。

我们知道：地球时刻受到太阳的万有引力作用，同时地球在围绕太阳做圆周运动，因此还受到了惯性离心力。

万有引力的大小为

其中G是万有引力常数，M和m分别是太阳和地球的质量，r是太阳和地球的距离。容易看出：万有引力是随着距离的增大而减小的。

另一方面，如前所述，离心力的大小为

离心力是随着距离的增大而增大的。

在地球中心O的位置，这两个力刚好等大反向，合力为零，因此地球的公转半径几乎不变，既不会靠近太阳，也不会远离太阳。

不过，在地球的表面上情况并不是这样。如果有一个物体在地面上靠近太阳的A点，由于距离太阳近，因此万有引力变大，离心力变小，万有引力和离心力的合力指向太阳。类似的，在地面上远离太阳的B点，物体所受的万有引力变小，离心力变大，合力背离太阳。这里A点和B点所受的合力称为引潮力，是背离地球的。

在地面上有一种非常容易流动的物体：水。由于刚才所述的原因，A点和B点的水都会受到最大的引潮力作用，这会使水面拱起，形成涨潮。同时，水会向A点和B点流动，而在地面上另外两个位置C和D，水面就会下降，形成落潮。这种因为太阳造成的涨潮和落潮称为太阳潮。

与太阳潮类似，月球对地球的吸引力和惯性离心力的合力就是月球的引潮力，而且由于月球距离地球更近，月球的引潮力比太阳更大。在地球朝向月亮的一侧和背离月亮的一侧，会形成月亮潮的涨潮，这种潮水称为太阴潮。

在农历初一（朔）和农历十五（望）的时候，太阳、地球、月球在一条直线上，此时太阳潮和太阴潮的涨潮相互叠加，就会形成大潮。但如果太阳-地球、地球-月球连线相互垂直，就会造成太阳潮和太阴潮相互抵消，形成小潮。

虽然从理论上讲大潮的日子都应该是农历初一和十五、十六，但是由于地球地形等因素的影响，各地大潮的时间稍有不同，例如钱塘江大潮就是在每个月的初三和十八最为壮观。

潮汐锁定

理解了离心力和潮汐的原理，我们终于可以解释为什么月球总是一面朝着地球了，我们称之为潮汐锁定。

不光月球对地球有引潮力，地球对月球同样有引潮力。但是月球表面上却没有水，所以也没办法形成潮汐。不过，在引潮力的作用下，经过漫长的岁月，月球上的岩石也会发生流动，月球朝向地球和背离地球的两侧会被拉长，月球变成了椭球体。

在月球围绕地球转动的过程中，月球的长轴一直朝向地球。这是因为：假如月球转动过程中自转周期与公转周期不严格相等，造成长轴方向偏离了月地连线，引潮力就会及时纠正月球的姿势：A点的引潮力指向地球，B点的引潮力背离地球，两个力不共线，造成月球转动，直到月球的长轴指向地球，两个引潮力共线抵消未至。

就是在引潮力的作用下，经过十分漫长的过程，月球被地球锁定了，所以它只能一面朝着地球。

也许有小朋友要问：既然月球被地球锁定了，地球为什么没有被月球锁定呢？这是因为地球的质量要比月球大很多，锁定地球需要经过更加漫长的时间。其实，由于引潮力的原因，地球的自转周期的确在变大，也就是一天的时间越来越长。再经过几十亿年，地球也会被月球锁定，到了那个时候，地球的一天和一个月就是同样的时间了。

宇宙中有许多质量较小的星球，现在已经完成了相互锁定。例如冥王星和它的卫星卡戎，它们就是彼此锁定的：两颗星球彼此面对面，围绕共同的中心旋转。宛如一对彼此相思，却不能在一起的恋人。

答案非常非常简单，就是月球围绕着地球旋转，公转一周等于自转一周。

可能很多人对于这一句话不甚了了，很难理解。很正常，我小时候是一个典型的天文爱好者，非常喜欢阅读有关宇宙天文方面的书籍和小说。

记得上个世纪五十年代，中国出了一本介绍天文知识的科普长篇文章《飞出地球去》。文章里专门有一个章节介绍了月球的知识。

为了让大多数不知道为什么地球上的人们为什么永远看不到月亮背面，文章专门举了一个形象的说法，让大家了解其中的奥秘。

文章是这样说的，一个人站立面对一盏电灯，人就是月球，电灯就是地球。电灯是固定的，人是运动的，表示月球围绕地球旋转。然后人开始围绕着电灯开始运动，表示月球公转，同时，人也开始自转，表示月球自转。

当人围绕着电灯转完一周后，就会发现，人的脸部在旋转的过程中，脸部总是对着电灯，人的后脑勺总是背着电灯。所以可以得出一个结论，公转一周的同时又自转一周，电灯就永远照不到人的后脑勺。

此时电灯上如果有人，他也永远看不到人的背部，这就是地球上的人们永远无法看到月球的背面一样。

你看懂了吗？反正，从看完这个实例，我才真正懂得了为什么我们总是看不到月亮背后的景象了。