Ритмы Земли и Луны - Ритмы в природе

Большинство изменений в окружающих нас полях происходит в суточном ритме, который возникает из-за вращения Земли в пространстве. Период вращения Земли есть промежуток времени, за который она делает один оборот относительно определенного направления. Если фиксировать направление на неподвижные звезды, получаются звездные сутки. Направление на Солнце дает солнечные сутки. Длительность звездных и солнечных суток различается потому, что Земля не только вращается вокруг своей оси, но и обращается вокруг Солнца. Продолжительность солнечных суток (как промежутка времени между двумя одинаковыми положениями Солнца на небе) в течение года слегка варьируется, поскольку орбита Земли не окружность, а эллипс. Поэтому, исчисляя время, пользуются понятием средних (за год) солнечных суток.

Вращение Земли не является идеально равномерным. Неравномерность эта очень мала, ее можно заметить только при помощи тонких астрономических наблюдений. Слегка изменяются и скорость вращения, и направление оси вращения. И в том и в другом случае есть изменения медленные, регулярные (их называют вековыми), а есть быстрые, нерегулярные.

Медленные изменения скорости и направления оси вращения вызваны гравитационным влиянием Луны и Солнца, но прежде всего Луны.

Одно из них - Прецессия оси вращения Земли с периодом 25800 лет. Если бы Земля была идеально круглой, прецессии не возникало бы. Причина прецессии - гравитационное притяжение к Луне экваториальных утолщений земной фигуры. "Лишняя" масса на экваторе Земли притягивается Луной. Создается момент сил, стремящихся развернуть волчок, уменьшить наклон оси вращения Земли. Но, по законам вращающихся тел, вместо этого возникает медленное вращение самой оси вращения - прецессия.

Если бы Луны не было, земная ось все равно прецессировала бы под аналогичным воздействием Солнца и планет, но период прецессии был бы тогда не 25800 лет, а в несколько раз больше (около 100 тыс. лет).

Установлено, что вращение Земли постепенно замедляется. Причиной замедления является Луна, ее приливное воздействие на Землю.

Ответ на вопрос о причине этого явления был дан в конце XVII в. Ньютоном, объяснившим происхождение приливов и создавшим их первую теорию. Причина приливов и отливов - гравитационное влияние Луны и Солнца, точнее то возмущение, которое вносят Луна и Солнце в гравитационное поле Земли.

Гравитационное поле Земли в первом приближении можно представить как поле массивного шара. При этом на каждое тело, находящееся на поверхности Земли, действует сила притяжения, направленная к центру Земли. Эта сила зависит от массы тела и называется весом этого тела. Притяжение Луны действует таким образом, что создает добавку к весу тела. Эта добавка называется приливной силой и может быть направлена как к центру Земли (тогда вес тела увеличивается), так и от центра (вес тела уменьшается).

Аналогично действует Солнце. Оно неизмеримо массивнее Луны, однако приливная сила Солнца из-за его удаленности оказывается вдвое меньше лунной. Приливные силы Луны и Солнца складываются по правилу сложения векторов. Сумма максимальна, когда они находятся на одной линии или близко к тому, то есть в периоды новолуний, полнолуний и особенно затмений.

Приливные силы слегка вытягивают атмосферу Земли в сторону Луны. Они вызывают деформацию твердого тела Земли. Однако наиболее заметно откликается на приливное воздействие океан. Приливные силы, направленные по касательной к поверхности Земли, то есть горизонтальные, сгоняют в океане воду в направлении подлунной и противоположной ей точек, образуя в них поднятие воды (прилив). В открытом океане высота поднятия воды немного меньше одного метра. Вращение Земли и движение Луны непрерывно смещают подлунные точки и заставляют приливную волну бежать вслед за Луной, встречая препятствия в виде материков. Вблизи берегов, в заливах и узких проливах приливы достигают большой высоты, а иногда становятся грозным явлением. Рекордная разность между высокой и низкой водой (19,6 м) регистрируется в заливе Фанди (Bay of Fundy) в Канаде.

Солнечные приливы бывают два раза в сутки, то есть чередуются с периодом 12 ч. Для того чтобы найти период лунных приливов, необходимо кроме вращения Земли учесть и орбитальное движение Луны вокруг Земли. Из-за него период лунных приливов удлиняется на 26 мин., то есть составляет 12 ч 26 мин.

Накладываясь один на другой, лунные и солнечные приливы могут взаимно усиливаться или ослабляться.

Как уже отмечалось, максимальные приливы бывают в периоды новолуний и полнолуний, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются вдоль одной линии.

Таким образом, приливы и отливы, подчиняясь в основном суточному ритму (два прилива в сутки), изменяют свою амплитуду в ритме Лунного месяца. Лунный месяц - период между двумя одинаковыми фазами Луны, скажем, от полнолуния до полнолуния, составляет 29 суток 14 часов 6 часов.

Итак, приливы стремятся затормозить вращение Земли и в конечном счете повернуть Землю одной стороной к Луне. Луна уже повернулась к Земле одной стороной, поскольку земные приливы на поверхности Луны значительно сильнее, чем лунные на поверхности Земли (в первом случае приливная сила в 36 раз больше, чем во втором).

Другая двойная планета солнечной системы, Плутон - Харон, уже завершила свою приливную эволюцию.

Вращение Плутона и Харона полностью и навечно синхронизовано, периоды осевого вращения равны между собой и равны периодам обращений одного вокруг другого по относительным орбитам, так что планета и спутник всегда "смотрят" друг на друга одной стороной.

Похожие статьи




Ритмы Земли и Луны - Ритмы в природе

Предыдущая | Следующая