С каждым годом Луна удаляется от Земли на 1,5 дюйма (3,8 сантиметра). Ученые измеряют расстояние до Луны, отражая лазеры от зеркал, установленных там космическими зондами и астронавтами. Измеряя количество времени, которое требуется свету, чтобы долететь до Луны и обратно, ученые могут очень точно измерить расстояние до Луны и то, как это расстояние меняется.
Расстояние до Луны на самом деле меняется в течение одного месяца, когда она обращается вокруг Земли. Обычно Луна находится на расстоянии 239 000 миль (385 000 км) от Земли, но ее орбита не является идеальным кругом и изменяется примерно на 12 400 миль (20 000 км) по мере обращения вокруг Земли. Из-за этого изменения некоторые полнолуния немного больше, чем другие; они называются суперлуниями.
Как исследователь-астрофизик, я интересуюсь движением и взаимодействием таких объектов, как планеты, звезды и галактики. Движение Земли и Луны имеет много интересных последствий, и изучение того, как они движутся с течением времени, может помочь исследователям лучше понять, как они изменились за 4,5 миллиарда лет с момента образования Земли и Луны.
Приливные силы
Итак, почему Луна удаляется от нас? Это все из-за приливов.
Приливы возникают из-за разницы в силе тяжести на разных объектах. Сила притяжения, создаваемая Луной, примерно на 4% сильнее на той стороне Земли, которая обращена к Луне, по сравнению с противоположной стороной Земли, обращенной в противоположную сторону, потому что гравитация ослабевает с расстоянием.
Эта приливная сила заставляет океаны образовывать две выпуклости, которые направлены в сторону Луны и от нее. Это происходит потому, что сила притяжения Луны к Земле - это не просто средняя сила, которая везде одинакова. Гравитация Луны наиболее сильна на ближней к Земле стороне, создавая водный шар, направленный в сторону Луны. На противоположной стороне Земли она слабее, поэтому остается еще один водяной шар, который отстает от остальной части Земли.
Когда Земля вращается, эти выпуклости перемещаются и продолжают указывать на Луну из-за ее гравитационного притяжения. В Нью-Йорке или Лос-Анджелесе уровень воды может изменяться примерно на 5 футов из-за этих приливных выпуклостей.
Эти жидкие выпуклости расположены не совсем на одной линии с Луной – они немного “ведут” ее, потому что Земля вращается и тянет их вперед. Эти выпуклости также оказывают гравитационное воздействие на Луну. Выпуклость, расположенная ближе к Луне, не только притягивает Луну к центру Земли, но и немного продвигает ее по орбите – подобно ускорению, которое получает спортивный автомобиль при прохождении кривой.
Это движение вперед, вызванное приближением приливной выпуклости, приводит к ускорению вращения Луны, что приводит к увеличению размера ее орбиты. Представьте себе бейсболиста, отбивающего хоумран. Если игрок быстрее отбивает мяч на своей площадке, он поднимается выше в небе.
Итак, суть в том, что гравитация более близкого приливного выступа на Земле притягивает Луну вперед, что увеличивает размер лунной орбиты. Это означает, что Луна немного удаляется от Земли. Этот эффект очень постепенный и заметен в среднем только через несколько лет.
Влияет ли увеличение расстояния до Луны на Землю?
Луна набирает скорость по мере того, как ее орбита становится больше. Представьте себе вращение груза, прикрепленного к веревке. Чем длиннее веревка, тем больше скорость вращения груза и тем труднее его остановить.
Поскольку Земля выполняет работу по увеличению импульса Луны, вращение Земли, в свою очередь, замедляется, поскольку ее импульс передается Луне. Другими словами, по мере увеличения орбитального импульса Луны вращательный момент Земли, в свою очередь, уменьшается. Благодаря такому обмену день становится совсем немного длиннее.
Но не волнуйтесь, эти эффекты очень малы: 1,5 дюйма в год по сравнению с расстоянием в 239 000 миль (384 000 км) - это всего лишь 0,00000001% в год. На протяжении миллионов лет будут наблюдаться затмения, приливы и отливные волны, а дни будут длиться 24 часа.
Была ли Луна ближе к нам в прошлом?
В прошлом дни на Земле были короче.
Луна, вероятно, образовалась около 4,5 миллиардов лет назад, когда молодая Земля столкнулась с протопланетой размером с Марс, в результате чего большое количество вещества было выброшено в космос.
В конце концов, из этого материала сформировалась Луна, и изначально она была намного ближе к Земле. В те времена Луна на небе была намного больше.
Изучая окаменелые раковины моллюсков в поисках материала, показывающего их суточный рост, палеонтологи обнаружили свидетельства того, что 70 миллионов лет назад – ближе к концу эры динозавров – продолжительность дня составляла всего 23,5 часа, как и предсказывали астрономические данные.
Что произойдет в будущем?
Итак, сможет ли Луна в конечном итоге вырваться из-под действия земного притяжения, когда будет удаляться?
Если мы перенесемся на десятки миллиардов лет вперед, то в конечном итоге вращение Земли может замедлиться до тех пор, пока она не столкнется с Луной. Это означает, что вращение Земли займет столько же времени, сколько вращение Луны по орбите. В этот момент Луна перестала бы удаляться, и вы бы видели Ее только с одной стороны Земли.
Но этому помешают две вещи. Во-первых, примерно через миллиард лет Солнце станет ярче и превратит океаны в кипяток. Тогда не будет больших приливных волн, из-за которых Луна отдалится еще больше. Через несколько миллиардов лет Солнце превратится в красного гиганта, что, вероятно, уничтожит Землю и Луну.
Но эти события будут происходить так далеко в будущем, что вам не стоит о них беспокоиться. Вы просто сможете насладиться приливами и отливками на пляже, солнечными затмениями и нашей прекрасной Луной.
