Гравитационное влияние луны на землю

В данной главе мы рассмотрим, как Луна воздействует своим гравитационным полем собственно на саму Землю, т.е. на ее тело и ее движение по орбите. Последствия данного воздействия для различных земных сфер – литосферы, гидросферы, ядра, атмосферы, магнитосферы и др., а также для биосферы будут рассмотрены в следующих главах.

ВНИМАНИЕ!
Графики гравитационного взаимодействия Луны и Земли см. с помощью сервиса
ЛУННЫЙ ФАКТОР

3.1. Параметры лунной гравитации.

Расчетные соотношения и константы

Для расчета гравитационного воздействия Луны воспользуемся формулой классической физики, определяющей силу F взаимного притяжения двух тел с массами M1 и M2, центры масс которых находятся друг от друга на расстоянии R:

(1) F (н) = (G x M1 x M2) / R 2 ,

где G = 6,67384 х 10 -11 – гравитационная постоянная.

Данная формула дает значение силы притяжения в единицах системы СИ – ньютонах (н). Для целей нашего трактата удобнее и понятнее будет оперировать килограммами силы (кгс), которые получаются делением F на коэффициент 9,81, т.е.:

(2) F (кгс) = (G x M1 x M2) / (9,81 х R 2 )

Для дальнейших расчетов нам потребуются следующие константы:

  1. масса Луны – 7,35 х 10 22 кг;
  2. среднее расстояние от Земли до Луны – 384400 км;
  3. средний радиус Земли – 6371 км;
  4. масса Солнца – 1,99 х 10 30 кг;
  5. среднее расстояние от Земли до Солнца – 149,6 млн. км;

Сила лунного притяжения на Земле

В соответствии с формулой (2), сила притяжения Луной тела массой 1 кг, находящегося в центре Земли, при расстоянии между Луной и Землей, равном его среднему значению, равна:

(3) F = (6,67 х 10 -11 х 7,35 х 10 22 х 1) / (9,81 х 384400000 2 ) = 0, 000003382 кгс

т.е. всего 3,382 микрограмма. Для сравнения расчитаем силу притяжения того же тела Солнцем (также для среднего расстояния):

(4) F = (6,67 х 10 -11 х 1,99 х 10 30 х 1) / (9,81 х 149600000000 2 ) = 0, 000604570 кгс,

т.е. 604,570 микрограмм, что почти в 200 (двести!) раз больше, чем сила притяжения Луной.

Кроме того, вес тела, находящегося на поверхности Земли, изменяется в гораздо более существенных пределах из-за отклонения формы Земли от идеальной, неравномерности рельефа и плотности, а также влияния центробежных сил. Так, например, вес тела массой в 1 кг на полюсах больше веса на экваторе примерно на 5,3 грамма, причем одна треть этой разницы обусловлена сплюснутостью Земли с полюсов, а две трети – центробежной силой на экваторе, направленной против силы тяжести.

Как видно, прямое гравитационное воздействие Луны на конкретное тело, находящееся на Земле, является в прямом смысле микроскопическим и при этом существенно уступает гравитационному воздействию Солнца и геофизических аномалий.

Градиент силы лунного притяжения

Обратимся к рис.3.1. Для среднего значения расстояния Земля – Луна сила притяжения Луной тела массой 1 кг, расположенного на поверхности Земли в ближайшей к Луне точке составляет 3,495 микрограмм, что на 0,113 микрограмм больше, чем сила притяжения того же тела, но расположенного в центре Земли. Сила же притяжения тела, находящегося на поверхности Земли, Солнцем (также для среднего значения расстояния) составит 604,622 микрограмма, что больше силы притяжения того же тела, но расположенного в центре Земли, на 0,052 микрограмма.

Рис.3.1 Лунная и солнечная гравитация

Т.о, несмотря на неизмеримо меньшую массу Луны по сравнению с Солнцем, градиент силы ее тяготения на орбите Земли в среднем в два с лишним раза больше градиента силы тяготения Солнца.

3.2. Влияние на тело Земли

Для иллюстрации воздействия гравитационного поля Луны на тело Земли обратимся к рис. 3.2.

Рис.3.2 Влияние гравитационного поля Луны на тело Земли.

Данный рисунок представляет весьма и весьма упрощенную картину реакции тела Земли на воздействие лунной гравитации, но достоверно отражает суть процесса – изменение формы земного шара под воздействием т.н. приливных (или приливообразующих) сил, направленных вдоль оси Земля – Луна, и противодействующих им сил упругости тела Земли. Приливные силы возникают из-за того, что точки Земли, расположенные ближе к Луне, притягиваются к ней сильнее, чем точки, расположенные дальше от нее. Иными словами, деформация тела Земли является следствием градиента силы притяжения Луны и противодействующих ему сил упругости тела Земли. В результате действия этих сил размер Земли увеличивается в направлении действия приливных сил и уменьшается в поперечном направлении, вследствие чего на поверхности образуется волна, именуемая приливной. Эта волна имеет два максимума, находящиеся на оси Земля – Луна и перемещающиеся по поверхности Земли в направлении, противоположном направлению ее вращения. Амплитуда волны зависит от широты местности и текущих параметров орбиты Луны и может достигать нескольких десятков сантиметров. Максимальное значение она будет иметь на экваторе при прохождении Луной ее перигея.

Читайте также:  Зона отдыха в комнате

Солнце также вызывает приливную волну в теле Земли, но существенно меньшую из-за меньшего градиента силы его тяготения. Совместное гравитационное воздействие Луны и Солнца на тело Земли зависит от их взаимного расположения. Максимально значение приливных сил и, соответственно, максимальная амплитуда приливной волны достигается при расположении всех трех объектов на одной оси, т.е. в состоянии т.н. сизигии (выравнивания), что имеет место при новолунии (Луна и Солнце в «соединении») или при полнолунии (Луна и Солнце в «оппозиции»). Данные конфигурации иллюстрируются рис. 3.3 и 3.4.

Рис.3.3 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли
в «соединении» (в новолуние).

Рис.3.4 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли
в «оппозиции» (в полнолуние).

По мере отклонения Луны и Солнца от линии сизигии вызываемые ими приливные силы и, соответственно, приливные волны начинают приобретать самостоятельный характер, их сумма уменьшается, а степень их противодействия друг другу растет. Противодействие достигает максимума, когда угол между направлениями на Луну и Солнце из центра Земли равен 90°, т.е. данные тела находятся в «квадрате», а Луна, соответственно, находится в фазе четверти (первой или последней). В этой конфигурации приливные силы Луны и Солнца действуют на форму тела Земли строго противоположно, соответствующие приливные волны на поверхности максимально разнесены, а их амплитуда минимальна, что иллюстрируется рис. 3.5.

Рис.3.5 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли в «квадрате».

Примечание. «Соединение», «оппозиция», «квадрат» (или «квадратура») – термины, используемые в астрономии и астрологии для определения геометрии взаимного расположения двух небесных тел или точек относительно Земли. Подробнее см. Лунные аспекты.

Физика земных приливных процессов под воздействием гравитационных полей Луны и Солнца весьма сложна и требует учета большого числа параметров. На эту тему было разработано большое число различных теорий, проведено много экспериментальных исследований, написано огромное количество статей, монографий и диссертаций. Даже на сегодняшней день в этой области остается много «белых» пятен, противоречащих друг другу точек зрения и альтернативных подходов. Для желающих углубиться в проблематику земных приливов можно рекомендовать фундаментальное исследование П. Мельхиора «Земные приливы» (пер. с англ., М., «Мир», 1968 г. 483 страницы).

3.3. Влияние на орбиту Земли

Как было отмечено в п.1.1 главы 1, Луна для естественного спутника планеты обладает аномально большой массой, поэтому более корректно считать, что Земля и Луна образуют двойную планетную систему, вращающуюся вокруг общего центра масс, который смещен относительно центра Земли в среднем на 4670 км. Вследствие этого Земля, вращаясь вокруг своей центральной оси, одновременно вращается и вокруг этого центра масс с периодом, равным синодическому лунному месяцу, т.е. 29,530588 солнечных суток. В результате на эллиптическую орбиту Земли накладывается переменнная «модулирующая» составляющая с соответствующей амплитудой и периодом (см. рис.3.6).

Рис.3.6 Модуляция орбиты Земли лунной гравитацией

Эта составляющая изменяет расстояние от Земли до Солнца, что приводит к колебаниям солнечной гравитации примерно на ± 450 мкгс, практически не влияя на ее градиент. Кроме того, она создает определенные силы инерции, внося дополнительный вклад в изменение силы тяжести в зависимости от положения тела на поверхности Земли, а также незначительно влияет на величину достигающей Земли солнечной энергии (см. здесь).

3.4. Краткое резюме

Следствием воздействия лунной гравитации на Землю являются два фундаментальных явления:

  1. Лунные приливы на поверхности Земли – периодических изменений уровня земной поверхности, синхронизированные с суточным вращением Земли и перемещением Луны по орбите.
  2. Наложение на земную орбиту переменной составляющей, синхронизированной с вращением системы Земля – Луна вокруг общего центра масс.

Данные явления являются главными механизмами воздействия Луны на земные сферы – литосферу, гидросферу, земное ядро, атмосферу, магнитосферу и др. Более подробно об этом – в следующей главе.

Перепечатка без согласования с автором запрещена.
При цитировании обязательно указание автора, названия и активной ссылки на данную страницу
или ссылки на титульную страницу публикации.

Прекрасная и таинственная Луна волновала умы древнейших мыслителей еще задолго до появления современной астрономии. О ней складывались легенды, ее прославляли сказители. В те же времена были подмечены многие особенности поведения ночного светила. Уже тогда люди начали понимать, в чем выражается влияние Луны на Землю. Во многом для древних ученых оно проявлялось в управлении некоторыми аспектами поведения людей и животных, воздействии на магические ритуалы. Однако Луна и ее влияние рассматривались не только с точки зрения астрологии. Так, уже в период Античности была замечена взаимосвязь лунного цикла и приливов. Сегодня науке известно о воздействии ночного светила на нашу планету практически все.

Общие сведения

Луна — естественный спутник Земли. Она удалена от нашей планеты на 384 с небольшим тысяч километров. Причем обращается ночное светило по слегка вытянутой орбите, а потому в разное время указанная цифра несколько уменьшается или увеличивается. Один оборот вокруг Земли Луна делает за примерно 27,3 суток. При этом полный цикл (от полнолуния до нового полнолуния) занимает чуть больше 29,5 суток. У этого несовпадения есть интересное следствие: бывают месяцы, когда полной Луной можно любоваться не один, а два раза.

Читайте также:  Священный жук египтян 8 букв

Пожалуй, всем известно, что ночное светило всегда смотрит на Землю только одной своей стороной. Обратная сторона Луны долгое время была недоступна для изучения. Переломило ситуацию стремительное развитие космонавтики в прошлом веке. Теперь есть достаточно подробные карты всей лунной поверхности.

«Спрятавшееся» Солнце

Влияние Луны на Землю заметно в нескольких природных явлениях. Самое впечатляющее из них — это солнечное затмение. Сейчас достаточно трудно представить ту бурю эмоций, которую вызывал этот феномен в древности. Затмение объяснялось гибелью или временным исчезновением светила по вине злых божеств. Люди верили, что если не совершить определенных ритуальных действий, они могут больше никогда не увидеть солнечный свет.

Сегодня механизм феномена изучен достаточно хорошо. Луна, проходя между Солнцем и Землей, преграждает путь свету. Часть планеты попадает в тень, и ее жители могут наблюдать более или менее полное затмение. Интересно, что не всякий спутник смог бы проделать такое. Для того чтобы мы могли периодически любоваться полным затмением, должны соблюдаться определенные пропорции. Будь у Луны другой диаметр, или располагайся она чуть дальше от нас, и с Земли можно было наблюдать лишь частичные затмения дневного светила. Впрочем, есть все основания полагать, что в далеком будущем реализуется один из этих сценариев.

Земля и Луна: взаимное притяжение

Спутник, по данным ученых, удаляется от планеты каждый год почти на 4 см, то есть со временем исчезнет возможность увидеть полное затмение. Однако до этого момента еще очень далеко.

В чем же причина лунного «побега»? Она кроется в особенностях взаимодействия ночного светила и нашей планеты. Влияние Луны на земные процессы в первую очередь проявляются в приливах и отливах. Этот феномен — результат действия сил гравитационного притяжения. Причем приливы возникают не только на Земле. Наша планета таким же образом воздействует на спутник.

Механизм

Достаточно близкое расположение делает влияние Луны на Землю таким заметным. Естественно, сильнее притягивается та часть планеты, к которой ближе подошел спутник. Если бы Земля не вращалась вокруг оси, возникшая приливная волна двигалась с востока на запад, располагаясь точно под ночным светилом. Характерная периодичность приливов и отливов возникает из-за неравномерного воздействия то на одни, то на другие участки планеты.

Вращение Земли приводит к тому, что приливная волна движется с запада на восток и несколько опережает движение спутника. Вся толща воды, бегущей чуть впереди ночного светила, в свою очередь воздействует на него. В результате Луна ускоряется, изменяется ее орбита. Это и является причиной удаления спутника от нашей планеты.

Некоторые особенности явления

Еще до нашей эры было известно, что «дыхание» океана вызывает Луна. Приливы и отливы, однако, особо тщательному изучению подверглись гораздо позже. Сегодня хорошо известно, что явление имеет определенную периодичность. Полную воду (момент, когда прилив достигает максимума) отделяет от малой воды (самый низкий уровень) примерно 6 часов и 12,5 минут. После прохождения точки минимума снова начинает нарастать приливная волна. В течение суток или чуть больше, таким образом, возникает два прилива и отлива.

Было замечено, что амплитуда приливной волны непостоянная. На нее оказывают влияние фазы Луны. Своего наибольшего значения амплитуда достигает в полнолуние и новолуние. Наименьшее значение возникает в первой и последней четверти.

Продолжительность дня

Приливная волна порождает не только специфическое движение океанских вод. Влияние Луны на земные процессы на этом не заканчивается. Образующаяся приливная волна постоянно встречается с материками. В результате вращения планеты и ее взаимодействия со спутником возникает сила, противоположно направленная движению земной тверди. Следствием этого становится замедление вращения Земли вокруг оси. Как известно, именно продолжительность одного оборота и является эталоном длительности суток. С замедлением вращения планеты увеличивается продолжительность дня. Она растет достаточно медленно, но каждые несколько лет Международная служба вращения Земли вынуждена несколько изменять эталон, с которым сверяются все часы.

Будущее

Земля и Луна воздействуют друг на друга уже около 4,5 миллиарда лет, то есть со дня своего появления (по версии ряда ученых, спутник и планета сформировались одновременно). Весь этот период, как и сейчас, ночное светило удалялось от Земли, а наша планета замедляла свое вращение. Однако полной остановки, как и окончательного исчезновения не предвидится. Замедление планеты будет продолжаться до тех пор, пока ее вращение не синхронизируется с движением Луны. В этом случае наша планета повернется к спутнику одной стороной и так и «застынет». Приливные волны, которые вызывает на Луне Земля, уже давно привели к подобному эффекту: ночное светило всегда смотрит на планету «одним глазом». К слову, на Луне нет океанов, но есть приливные волны: они образуются в коре. Такие же процессы протекают и на нашей планете. Волны в коре малозаметны по сравнению с движением в океане, и эффект от них незначительный.

Читайте также:  Содержание поросят в домашних условиях для начинающих

Сопутствующие изменения

Когда наша планета синхронизирует свое движение со спутником, влияние Луны на Землю будет несколько иным. Приливные волны по-прежнему будут зарождаться, однако они перестанут обгонять ночное светило. Волна будет располагаться точно под «зависшей» Луной и неотступно следовать за ней. Тогда же прекратится увеличение расстояния между двумя космическими объектами.

Астрология

Кроме физического воздействия, Луне приписывается способность влиять на судьбы людей и государств. Подобные верования имеют очень глубокие корни, и отношение к ним — дело личное. Однако существует ряд исследований, косвенно подтверждающих такое воздействие ночного светила. Например, в средствах массовой информации упоминалось о данных аналитиков одного из австралийских банков. На основе самостоятельно проведенного исследования они утверждают факт заметного влияния фаз Луны на изменение индексов мировых финансовых рынков. А вот влияние Луны на рыбу в процессе специального исследования подтверждено не было. Впрочем, подобные научные изыскания требуют тщательной проверки.

Мы с трудом можем представить себе наш мир без Луны. В нем точно не было бы приливов и отливов, а может, и самой жизни. По одной из версий возникновение ее на Земле стало возможным в том числе и благодаря специфическому воздействию Луны, приводящему к замедлению вращения планеты.

Изучение влияния спутника на Землю помогает понять законы Вселенной. Взаимодействия, характерные для системы «Земля — Луна», не являются специфическими. Подобным образом складываются отношения всех планет и их спутников. Образец будущего, которое, возможно, ждет Землю и ее компаньона — это система Плутон — Харон. Они уже давно синхронизировали свое движение. И тот и другой постоянно обращены к своему «коллеге» одной и той же стороной. Подобное ждет и Землю с Луной, но при условии, что остальные факторы, влияющие на систему, будут неизменными, однако это в условиях непредсказуемого космоса маловероятно.

Гравитационное притяжение Земли, непрерывно воздействующее на Луну, образует определенные структуры на ее поверхности, говорят исследователи. Так же, как гравитационное притяжение Луны вызывает приливы и отливы в морях и океанах на Земле, так и Земля оказывает приливные воздействия на Луну. Ученые знали об этом уже давно, однако теперь они обнаружили, что сила земного притяжения образует на поверхности Луны своеобразные наплывы. “Мы знаем, что тесные отношения между Землей и Луной восходят к их истокам, однако для нас был большим сюрпризом тот факт, что Земля по-прежнему помогает формироваться Луне”, сказал ведущий автор исследования Томас Уоттерс (Thomas Watters), планетолог из Смитсоновского института.

Исследователи проанализировали данные переданные аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), который был запущен в 2009 году. В 2010 году космический аппарат помог ученым обнаружить, что Луна уменьшается. А после более чем шести лет работы на орбите и визуализации почти трех четвертей поверхности Луны, LRO обнаружил более 3200 наплывов на поверхности нашего спутника. Эти образования являются наиболее распространенными тектоническим образованиями на Луне, и, как правило, составляют десятки метров в ширину и несколько километров в длину.

Предыдущие исследования показали, что они были сформированы меньше, чем 50 миллионов лет назад, и, вероятно, по-прежнему активно формируются сегодня. Если бы формирование этих образований происходило бы только в результате охлаждения поверхности Луны, то их ориентация должна была бы быть абсолютно случайной, поскольку силы сжатия будут равны по своему значению во всех направлениях, говорят исследователи. “Для нас было большим сюрпризом то, что все наплывы сформированы в одном и том же направлении, а, следовательно, формирование этих образований происходит под действием еще как минимум одного фактора, действующего в глобальном масштабе,” отметил Уоттерс в своем заявлении. “И это ни что иное как гравитационное притяжение Земли”, добавил он.

Приливные силы Земли не действуют одинаково на всей поверхности Луны. Вместо этого они действуют наиболее сильно в тех районах Луны, которые либо ближе всего, либо дальше всего от Земли. В результате этого большинство наплывов протянулись с севера на юг на низких, средних широтах и вблизи экватора Луны, а в высоких широтах и вблизи полюсов Луны – с востока на запад. “С LRO, мы смогли изучить Луну с беспрецедентной точностью в глобальном масштабе. Наш спутник изучен лучше, чем любой другой объект Солнечной системы.

Данных переданные LRO позволили изучить важные процессы, которые в противном случае остались бы непонятыми” подчеркнул Джон Келлер (John Keller). Если наша теория верна, то вдоль этих наплывов могут происходить не очень мощные лунотрясения, наиболее частые в те моменты, когда Луна находится в дальней точке своей орбиты. “Сеть сейсмометров на поверхности Луны может в один прекрасный день обнаружить эти землетрясения”, сказал Уотерс. Уоттерс и его коллеги подробно представили свои выводы в октябрьском выпуске журнала Geology.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

14 − 6 =

Adblock detector