在知乎上看到这样一个问题月球引起潮汐会使月亮能量减少吗？ 月亮会发生什么事？，张工的回答引述部分有些问题，所以手痒就做了个回答。这里也保存在博客。
潮汐是怎样来的
在天体领域中，月球的质量以及其相对地球的位置的特点是：距离相对很近，质量相对较大。因为月球的引力能够对地球产生较大的影响，所以地月系统与其说是行星-卫星系统，不如说是一个双行星系统。也就是说，地球和月球围绕地月系统的质心相互旋转，这一描述会更加贴合实际情况。不过，因为地球的质量是月球的大约 81 倍，所以地月系统中地球相对系统质心的旋转不太明显，因此更多的时候，人们将月球当做地球的卫星，围绕地球公转。这篇文章里，只在有必要的时候使用「双行星系统」的描述，更多的时候为求简便，仍使用「卫星系统」的描述。
除了对地球本身的引力作用，月球还能吸引地球表面的物体。最显著的现象，就是吸引海水，形成潮汐。因为月球的引力作用，地球表面的海水，会在地心-月心连线方向上（近似）形成两个凸起。靠近月球方向的凸起，主要是由月球的引力造成的；远离月球方向的凸起，则是地球绕系统质心旋转产生的离心现象（可以想作是离心力将背对月球地方的海水甩出去了）。考虑到地球自转的角速度与月球公转的角速度不同，而「凸起」（基本上）是锁定月球的方向，于是「凸起」会相对地表不断移动。这个相对运动，在地球上生活的人看来，就是涨潮和落潮。
地月相互作用
因为地球自转的角速度大于月球公转的角速度，因此地球自转会「推着凸起」向前运动。这就导致了「凸起」并不完全锁定月球的方向，而是在地球自转的方向上相对月球位置提前。（见示意图，来自 Wikipedia）
向着月球方向的凸起，这部分海水的质量「拽着」月球往前走；相反，背对着月球方向的凸起，这部分海水的质量「拖住」月球走慢点。考虑到引力的大小和距离的平方呈反比，这两个作用力大小并不相等。因此，地月之间存在着相互的净力矩。
从能量的角度考虑
- 这个力矩作用在凸起的海水上，使得海水的周期运动比地球自转慢。二者摩擦之间，就使得地球自转逐渐变慢。
- 这个力矩作用在公转的月球上，使得对月球做功，使得月球的能量增加。考虑到这个能量的增加过程十分缓慢，于是任意时刻我们仍然可以认为月球绕着地球作稳定的（椭）圆轨道的周期运动。因此，在保持公转轨道形状稳定的前提下，月球的公转线速度会下降，但公转轨道会抬升。也就是说，月球的公转动能会下降，但地月引力势能会增加——并且大于月球公转动能下降的数量。
从角动量的角度考虑
若假设地月系统不受外力作用，则地月系统的角动量守恒。
- 这个力矩作用在凸起的海水上，使得海水的周期运动比地球自转慢。二者摩擦之间，就使得地球自转逐渐变慢，地球自转角动量下降。
- 考虑到角动量守恒，则必然月球公转的角动量上升。同样，为了保持月球公转轨道的稳定，这种上升，是通过降低角速度的同时相对更多地提升转动惯量来实现的。也就是说，月球公转轨道会抬升。
因为潮汐作用导致卫星公转能量升高/公转角动量升高的现象，被称为潮汐加速。
实际的数据
因为地球自转角速度大于月球公转角速度，「凸起」到地心的连线与地月连线之间的角度大约是 3°。
从能量上来说，地球自转动能的损失，大约有 29/30 消耗在摩擦生热中；而只有大约 1/30 的能量被转移给月球。
因为潮汐作用，地球每天延长越 23 微秒，月球轨道（平均）每年抬高 38 毫米。
最终结果
能量
- 月球公转线速度降低，因此月球公转动能减少；
- 月球轨道抬升，因此地月系统引力势能升高；
- 相对地球，月球的动能减少，但势能升高，总体表现月球的机械能升高；
- 地球的自转速度降低，因此地球的自转动能减少；
- 地球自转动能减少的量与月球机械能升高的量的差值，大部分以热能的形式释放（损耗）了；
- 包括释放的热能，地月系统机械能守恒。
角动量和角速度
- 月球公转角速度降低；
- 月球轨道抬升，因此月球的转动惯量升高；
- 月球的公转角动量升高；
- 地球的自转角动量降低；
- 地月系统角动量守恒。
地月系统会怎样
- 月球相对地球越来越远，平均每年远离地球 38 毫米；
- 地球的自转越来越慢，直到地球自转角速度与双星系统公转角速度相同，地月互相潮汐锁定——当然，这件事情到太阳变成红巨星的阶段都还没完成。
