Луна удаляется. Отдаление Луны от Земли – описание, иллюстрации, видео. Чем так необходима Луна для Земли
Начнём с того что ещё в 1695 году великий учёный Эдмунд Галлей заметил, что записи, которые были оставлены более ранними учёными, о времени и местах солнечных затмений, не совпадали с расчетными. Галлей используя современную информацию о затмениях, движении Луны и Солнца, ссылаясь на новый универсальный закон тяготения Исаака Ньютона (1687г.), расчитал,
точные места и время где должны были происходить затмения в древности, а после этого сравнил полученные результаты с данными по затмениям, которые действительно наблюдались более чем на 2000 лет раньше. Как выяснилось они не совпали. Галлей не сомневался в верности закона тяготения Ньютона и не поддался искушению заключить, что сила притяжения изменилась с течением времени. Вместо этого он сделал предположение, что должно быть длинна Земного дня немного увеличилась с тех времен.
Если вращение Земли действительно немного замедлилось, то для сохранения общего момента импульса в системе Земля Луна необходимо чтобы Луна получила дополнительный момент импульса. Такая передача момента импульса Луне соответствует ее движению по слабо раскручивающейся спирали с постепенным удалением от Земли и с соответствующим замедлением орбитального движения. Если 2000 лет назад земной день действительно был немного короче, Земля вращалась вокруг своей оси немного быстре, орбита Луны была немного ближе а Луна двигалась по ней чуть быстрее, то теоретические предсказания и исторические наблюдения замений совпадают. Вскоре ученые поняли, что Галлей прав.
Что же может вызывать такое замедление вращения Земли? Это приливы и отливы. Приливы и отливы
Гравитационное воздействие Земли на Луну и наоборот довольно велико. Разные части, скажем, Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, — в большей степени, обратная сторона — в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется вздутие — из-за «отставания». Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода поддается воздействию Луны, образуя приливные горбы на двух противоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля «подставляет» Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Раньше она вращалась гораздо быстрее. Луна еще больше подвергнута влиянию приливных сил, ведь Земля гораздо массивнее и больше. Скорость вращения Луны настолько замедлилась, что она покорно повернулась к нашей планете одной стороной, и приливной горб не бежит более по лунной поверхности.
Воздействие этих двух тел друг на друга приведет в отдаленном будущем к тому, что и Земля, в конце концов, повернется к Луне какой-то одной стороной. Кроме того, приливные силы, вызванные близостью Земли, а также влиянием Солнца, тормозят движение Луны и по орбите вокруг Земли. Замедление сопровождается удалением Луны от центра Земли. В итоге, это может привести к потере Луны…
Во время экспедиций миссии Аполон на Луну в 1969-1972 годах, на поверхности луны были размещены 3 отражателя лазерного излучения. С тех пор ученым стал доступен способ очень точного определения расстояния до нашего спутника. Если послать с земли на лунный отражатель мощный лазерный сигнал и с достаточной точностью измерить время через которое он вернется, то можно определить расстояние до Луны с ошибкой не превышающей одного сантиметра. По данным таких экспериментов, Луна удаляется от Земли на 3.8 сантиметра в год. Вот так.
Вызывает сомнения древний возраст Луны и в связи с другим параметром ее орбиты — наклоном. В настоящее время он изменяется от 18 до 28 градусов. А каков был первоначальный наклоном лунной орбиты в случае удаления Луны от Земли в течение 4,6 миллиардов лет? Для упрощения задачи будем считать, что Луна одновременно вращается вокруг двух взаимно перпендикулярных осей — оси вращения Земли (экваториальное вращение) и оси совпадающей с экваториальным диаметром Земли (полярное вращение). Приливное трение по-разному воздействует на изменение этих орбит — радиус полярного вращения, в отличие от радиуса экваториального вращения не увеличивается, а уменьшается (примерно в 30 раз медленнее). Это значит, что за то время пока радиус экваториального вращения увеличился на 300 с лишним тысяч км, полярный радиус уменьшился почти на 10 тысяч км и первоначально был порядка 130 — 190 тысяч км. Если бы Луна образовалась 4,6 млрд. лет тому назад, то она, изначально, должна была находиться на очень высокой полярной орбите вокруг Земли.
Вывод искусственного спутника Земли на полярную орбиту требует намного больших затрат энергии, чем аналогичный вывод на экваториальную орбиту (именно поэтому космодромы стараются строить поближе к экватору), т.к. высокая экваториальная скорость несколько уменьшает скорость на которую необходимо разогнать запускаемый объект.
В случае же, предполагаемом официальной версией образования Луны, экваториальная скорость Земли была в 6 раз выше, чем сейчас (момент импульса у Луны в десятки раз больше чем у Земли, что дает продолжительность земных суток в момент образования Луны около 4 часов). Это позволило авторам гипотезы значительно снизить массу ударника, а, соответственно, и его размеры до марсоподобного уровня. Если же 4,6 миллиарда лет тому назад орбита Луны была полярной, то преимущества высокой экваториальной скорости Земли улетучиваются, и опять возникает необходимость значительного увеличения массы ударника. Чтобы не делать этого, авторы гипотезы значительно увеличивают первоначальный наклон оси вращения Земли, в результате чего выброс вещества происходит в экваториальной плоскости, а Луна оказывается на высокой полярной орбите. Правда, при этом остается непонятным, что впоследствии заставило Землю столь кардинально поменять угол наклона оси своего вращения.
Впрочем, на этом проблемы с полярной орбитой Луны не заканчиваются. Такая орбита предполагает и собственное вращение Луны сразу же после ее образования вокруг совершенно другой оси, чем та вокруг которой она вращается теперь! Луна должна была вращаться практически перпендикулярно современной оси ее вращения. Какие силы заставили ее прекратить вращение вокруг этой оси? Даже если считать, что в дальнейшем она изменила наклон оси вращения за счет приливного трения, то, все равно, должен был остаться значительный наклон оси вращения Луны по отношению к современной орбите Луны, которого нет, иначе бы мы имели возможность наблюдать Луну со всех сторон.
В каждый данный момент времени Луна находится не ближе 361 000 и не дальше 403 000 километров от Земли. Расстояние от Луны до Земли меняется, потому что Луна вращается вокруг Земли не по окружности, а по эллипсу. Кроме того, Луна мало – помалу удаляется от Земли в среднем на 5 сантиметров в год. Люди уже много столетий наблюдают понемногу уменьшающуюся Луну. Может наступить такой день, когда Луна оторвется от Земли и улетит в космос, став самостоятельным небесным телом. Но этого может и не случиться. Баланс гравитационных сил крепко держит Луну на околоземной орбите.
Интересный факт: Луна ежегодно удаляется от Земли приблизительно на 5 сантиметров.
Почему Луна удаляется от Земли?
Любое движущееся тело хочет по инерции продолжить свой путь по прямой линии. Движущееся по окружности тело стремится сорваться с круга и полететь по касательной к нему. Это стремление оторваться от оси вращения называется центробежной силой. Вы ощущаете центробежную силу в детском парке, катаясь на скоростных качелях, или при езде на автомобиле, когда он круто сворачивает и вас прижимает к дверце.
Слово «центробежный» означает «бегущий от центра». Луна тоже стремится последовать этой силе, но ее удерживает на орбите сила земного тяготения. Луна остается на орбите, потому что центробежная сила уравновешена силой земной гравитации. Чем ближе к планете находится ее спутник, тем быстрее он вращается вокруг нее.
Сейчас Луна удаляется от Земли. Но когда день и месяц сравняются, начнёт приближаться. Упадёт Луна на Землю или нет?
Какое будущее у системы Земля-Луна? Если экстраполировать современные данные о скорости удаления Луны, то можно сделать такой вывод. Продолжительность суток и месяца будет всё время увеличиваться. При этом сутки будут расти быстрее, чем месяц, и в отдалённом будущем они сравняются. В результате Луна будет всегда видна только с одной стороны Земли.
Система, в которой планета и спутник всё время «смотрят» друг на друга одной и той же стороной, уже есть в Солнечной системе. Это Плутон и Харон. Это самое устойчивое состояние в системе ДВУХ тел. Но Земля находится значительно ближе к Солнцу. Приливные силы со стороны Солнца также тормозят вращение Земли: амплитуда солнечных приливов всего в два с небольшим раза меньше лунных. Поэтому после того, как Земля и Луна будут вращаться синхронно, Солнце будет продолжать тормозить вращение Земли. Земля начнёт вращаться вокруг своей оси МЕДЛЕННЕЕ, чем Луна по орбите. И это означает, что Луна будет находиться НИЖЕ синхронной орбиты. Следовательно, она начнёт падать на Землю.
Закончится ли всё это грандиозной катастрофой в истории Земли?
Хороший сценарий для фильма ужасов: Луна приближается всё ближе, и остановить её невозможно. Ведь если спутник оказывается ниже синхронной орбиты, то начинается его необратимое падение. Или нет?
Спутник, находящийся ниже синхронной орбиты, «упадёт» на планету, а, находящийся выше – «улетит» от неё. Правда, здесь есть существенное уточнение. Это произойдет только при условии, что скорость вращения планеты будет оставаться постоянной. Для маленьких спутников это так. А для больших? При какой массе спутника его уже можно считать большим?
Ответ прост: если орбитальный момент импульса спутника сравним по величине с собственным моментом импульса планеты. В этом случае удаление или приближение спутника будет существенно изменять скорость вращения планеты.
Простой расчёт показывает, что в системе Земля-Луна бОльшая часть общего момента импульса приходится именно на Луну, а не на Землю. Действительно, момент импульса Земли равен:
Здесь I = 0,33 – безразмерный момент инерции Земли, M – её масса, R – экваториальный радиус, V – линейная скорость на экваторе.
Орбитальный момент Луны равен:
Здесь m – масса Луны, r – средний радиус её орбиты, v – орбитальная скорость.
Масса Луны в 80 раз меньше Земли, её орбитальный радиус в 60 раз больше радиуса Земли, а орбитальная скорость (1 км/сек) больше экваториальной скорости вращения Земли (500 м/сек) в 2 раза. Следовательно, орбитальный момент Луны примерно в четыре раза превосходит момент вращения Земли. Поэтому Луна, ни при каких условиях, упасть на Землю не сможет, даже если в отдалённом будущем она окажется на синхронной орбите.
В качестве примера предположим, что Луна находится на современной орбите, а Земля вообще не вращается вокруг своей оси. В этом случае кинетическая энергия будет передаваться от Луны к Земле. Земля постепенно начнёт вращаться, а Луна будет приближаться к ней: падать на Землю. Но не упадёт.
Насколько Луна приблизится к Земле?
Орбитальный момент импульса пропорционален радиусу орбиты и скорости. Орбитальная скорость обратно пропорциональна корню квадратному из радиуса. Поэтому орбитальный момент пропорционален корню квадратному из радиуса. Если радиус орбиты уменьшится на два процента, то момент уменьшится на один процент. И этот процент в силу сохранения передастся Земле. Учитывая, что современный период вращения Земли в одни сутки соответствует 25 процентам лунного орбитального момента, то одному проценту будет соответствовать период в 25 суток. Этот период будет короче лунного месяца, который в силу третьего закона Кеплера уменьшится только на три процента и составит примерно 28 дней. То есть Земля будет вращаться БЫСТРЕЕ, чем Луна. Следовательно, Луна НЕ сможет приблизиться к Земле даже на 2 процента, а приблизится чуть меньше.
Будущее системы Земля-Луна в общих чертах такое.
Сначала Луна будет продолжать удаляться от Земли, получая от неё момент импульса. Но момента импульса у Земли осталось не так много – 25% от орбитального момента импульса Луны. Поэтому максимум, что может получить Луна – это увеличить свой момент импульса на 25%. Радиус её орбиты при этом возрастёт в 1,5 раза (1,25 в квадрате). А лунный месяц увеличится примерно 2 раза (по Третьему закону Кеплера нужно 1,5 возвести в степень 3/2) и составит 60 дней. Соответственно, земные сутки также возрастут до 60 дней. Это МАКСИМАЛЬНОЕ расстояние, на которое Луна может удалиться от Земли.
Сколько времени понадобится Луне, чтобы отойти от Земли на это расстояние (половина радиуса её современной орбиты)?
Расстояние до луны 380 тыс. км, скорость удаления 3,8 см/год. Нетрудно подсчитать, что половину радиуса Луна пройдёт за пять миллиардов лет, если будет удаляться с постоянной скоростью. Но скорость удаления будет постепенно уменьшаться. Так что придётся накинуть ещё несколько миллиардов лет.
Что будем потом?
Солнце продолжит тормозить вращение Земли (солнечные приливы).
Но как только вращение Земли замедлится, Луна чуть-чуть приблизится и вращение снова ускорится. Солнце опять его затормозит, а Луна снова приблизится и ускорит и так далее. Земле в каком-то смысле повезло с Луной. В пору своей молодости, когда наша планета вращалась очень быстро, она передала свой импульс Луне и таким образом сохранила его. Ведь под действием лунных приливов момент импульса Земли не теряется, а только перераспределяется в системе Земля-Луна. А под действием более слабых солнечных приливов теряется. Но эти приливы могут забрать момент импульса только у Земли. Но уже давно основная часть момента импульса системы Земля-Луна сосредоточена в орбитальном движении Луны. И солнечные приливы ничего сделать с ним не могут. Земля отдала львиную долю своего вращения Луне, и там эта доля пребывает в целости и сохранности. А спустя многие миллиарды лет Луна будет постепенно возвращать вращение Земле.
Мы привыкли к тому, что Луна — спутник Земли. Однако будет ли так всегда? По мнению генерального директора Центрального научно-исследовательского института машиностроения Геннадия Райкунова, наше ночное светило может рано или поздно покинуть земную орбиту и стать самостоятельной планетой. В таком случае Земля превратится в безжизненную пустыню…
Райкунов уверяет, что Луна вполне может повторить судьбу Меркурия, который, как предполагается, когда-то был спутником Венеры, но затем "улетел" от нее. После этого условия на Венере стали непригодными для жизни, несмотря на то что это планета земного типа.
"Луна тоже каждый год отходит от Земли, и когда-то, по всей видимости, если не случится обратных процессов, она должна Землю покинуть, — такое заявление сделал директор ЦНИИмаш на проходящем авиасалоне в Бурже. — Не получится ли так, что Земля пойдет по пути Венеры, когда образуются условия, не пригодные для существующих форм жизни — агрессивная атмосфера, огромное давление, парниковый эффект и т.д.?"
По словам ученого, сейчас проводятся космические исследования, которые помогут выяснить, изменятся ли условия жизни на нашей планете, если она утратит свой естественный спутник, и каким образом можно предотвратить худший вариант развития событий.
Геннадия Райкунова уже давно волнует судьба Луны. Ранее он назвал спутник "седьмым континентом" и заявил, что необходимо создать на нем постоянно функционирующую базу, сотрудники которой будут заниматься исследованиями и использованием ресурсов этого небесного тела.
Сейчас Луна движется вокруг Земли по орбите, близкой к эллиптической, против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса) со средней скоростью 1,02 километра в секунду. На самом деле движение нашего естественного спутника представляет собой довольно сложный процесс, на который влияют различные возмущения, обусловленные притяжением Солнца, планет и сплюснутой формой Земли. Насколько же вероятен сценарий развития событий, предложенный Райкуновым?
Научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ (ГАИШ) Сергей Попов подтвердил, что Луна действительно удаляется от Земли, но очень медленно — скорость удаления составляет около 38 миллиметров в год. "За несколько миллиардов лет период обращения Луны просто вырастет в полтора раза, и все, — заявил Попов. — Луна не может совсем уйти. Ей негде взять энергию для того, чтобы сбежать".
Как утверждает Сурдин, под влиянием солнечных приливов (движения водных масс, вызванного притяжением не Луны, а Солнца. — Ред. ) скорость вращения нашей планеты постепенно уменьшается, а скорость удаления спутника будет постепенно снижаться. Примерно через пять миллиардов лет радиус лунной орбиты достигнет максимального значения — 463 тысячи километров, а продолжительность земных суток увеличится до 870 часов.
"Утверждение "Луна может покинуть орбиту Земли и превратиться в планету" неверно, — прокомментировал Владимир Сурдин слова своего коллеги Райкунова. — Солнечные приливы будут продолжать тормозить Землю. Но теперь уже Луна будет опережать вращение Земли, и приливное трение начнет тормозить ее движение. В результате Луна станет приближаться к Земле, правда очень медленно, так как сила солнечных приливов невелика".
Но, даже если представить себе, что Луна больше не является спутником Земли, это еще не превратит нашу планету в подобие безжизненной Венеры, считают ученые. Так, заведующий лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского РАН Александр Базилевский прокомментировал: "На условиях на поверхности Земли уход Луны мало скажется. Не будет приливов и отливов (они в основном, лунные), и ночи будут безлунными. Переживем".
Не совсем согласны коллеги Райкунова и с его утверждением относительно того, что Меркурий был когда-то спутником Венеры. "Расчеты показали, что это возможно, что, однако, не доказывают, что так оно и было", — заявил Базилевский. К тому же, считает он, развитие Земли и Венеры не может идти одинаковыми путями, так как в венерианской атмосфере наблюдается повышенное содержание тяжелого изотопа водорода — дейтерия.
"Это может быть связано с тем, что на Венере когда-то было сравнительно много воды. При разложении воды в верхних слоях атмосферы на водород и кислород легкий изотоп водорода убегал в космос быстрее тяжелого, и получилась наблюдаемая аномалия, — говорит ученый. — Но не факт, что на поверхности Венеры была жидкая вода, а не пар в атмосфере, то есть не факт, что не было там так же жарко, как сейчас".
Влияние Луны на Землю переоценить сложно. В частности, она удерживает Землю под наклоном в 66 градусов от орбитальной плоскости. Благодаря этому климат на большей части нашей планеты вполне себе ничего.
Каким боком Земля повернется к Солнцу, если Луна уйдет странствовать по космосу, предсказать невозможно. Предположительно, в прямом смысле ляжет набок. Ледники растают, пустыни замерзнут, о приливах и отливах можно будет забыть. Чтобы понять, чем это грозит всему живому на планете, достаточно посмотреть любой апокалиптический фильм.
Между тем российские уфологи уже взяли версию с удалением Луны на карандаш и выдвинули теорию в своем стиле.
Уфологи давно рассматривают Луну как ближайшую к нам базу инопланетных цивилизаций, - рассказал «Вечерке» уфолог Юрий Сенькин. - То, что телескопы, луноходы и люди, побывавшие на Луне несколько раз, их там не застали, объясняется просто - мы исследовали только одну сторону спутника. Обратной стороны никто не изучал.
Чем вызвано отдаление Луны, сказать трудно, однако не исключено, что это дело рук - или что там у них вместо рук - пришельцев. И даже если это так, вряд ли делалось это для того, чтобы навредить нашей цивилизации. Инопланетные расы могут преследовать совсем другие задачи. Луна, к примеру, богата ресурсами, в том числе и теми, которые на Земле в жутком дефиците.
Журналистов «Вечерки» перспектива потерять спутник Земли не вдохновила ничуть: во-первых, ночью без нее будет довольно скучно, во-вторых, хочется еще пожить. Поэтому мы сразу обратились в Государственный астрономический институт имени П. К. Штернберга за разъяснениями.
Заведующий отделом Луны и планет, доктор физико-математических наук Владислав Шевченко долго смеялся, выслушав вопрос. Попросил повторить. И снова смеялся без остановки.
Ох сказочники! - отдышавшись, сказал он. - Но если серьезно, Луна действительно удаляется от Земли, но надо понимать, что происходит это на протяжении четырех миллиардов лет, с тех самых пор, как сформировалась сама Луна.
По словам Шевченко, удаление спутника Земли - вполне закономерное физическое явление - вспоминаем школьную программу по физике, - называемое инерцией. Представьте, что вы катаетесь на карусели. Раскручиваясь все быстрее, чувствуете, как вас начинает клонить в сторону, противоположную оси карусели. И если вы не схватитесь за что-нибудь, вас просто-напросто может выбросить. А вот Луне зацепиться не за что. Скорость, с которой она вращается вокруг Земли, задает такую инерцию, что гравитационное поле Земли бессильно удержать этот шарик. И нужно понимать, что земное притяжение воздействует на наш спутник все меньше по мере его удаления.
По расчетам, Луна удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год, - продолжает Владислав Шевченко. - Сейчас расстояние до нее составляет 384 тысячи километров. А когда Луна только формировалась, оно было около 60 тысяч километров. Рукой подать! Понадобилось около четырех миллиардов лет, чтобы расстояние это увеличилось в шесть раз.
И еще несколько миллионов лет понадобится, чтобы Луна удалилась, перестав полностью закрывать Солнце при затмении. Поэтому переживать по этому поводу пока что рано. Просто знайте: когда это случится, «Вечерняя Москва» известит лично вас в первую очередь.
Версий происхождения Луны несколько, но в последние десятилетия ученые склоняются к теории гигантского столкновения. Случилось это порядка 4,6 миллиарда лет назад: гипотетическая планета Тейя столкнулась с Землей по касательной, вырвав из нашей многострадальной планеты огромный кусок. Земля тут же вскипела, едва не вывернувшись наизнанку, а та ее часть, что вырвала Тейя, была захвачена гравитационным полем Земли, чтобы спустя миллиарды лет мы могли задрать голову и сказать: «Луна сегодня офигенная!»
ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ
Жители южного полушария видят Луну наоборот: у них она растет слева, убывает - направо.
Первым искусственным спутником Солнца стала советская станция «Луна-1» в 1959 году. Из-за ошибки в расчетах она на второй космической скорости проскочила мимо спутника Земли.
Смартфон, с которым ходит ваш сосед-мальчишка, в разы мощнее компьютера, который управлял высадкой астронавтов на Луну.
