Орбіта місяця. Вплив місяця на землю
Місяць - супутник нашої планети, з незапам`ятних часів притягає погляди вчених і просто цікавих людей. У стародавньому світі і астрологи, і астрономи присвячували їй значні трактати. Від них не відставали і поети. Сьогодні в цьому сенсі мало що змінилося: орбіта Місяця, особливості її поверхні і надр ретельно вивчаються астрономами. Укладачі гороскопів також не зводять з неї очей. Вплив супутника на Землю вивчається і тими і іншими. Астрономи досліджують, як взаємодія двох космічних тіл відбивається на русі і інших процесах кожного. За час вивчення Місяця знання в цій області значно збільшилися.
Содержание
походження
За дослідженнями вчених, Земля і Місяць утворилися приблизно в один час. Вік обох тел становить 4,5 мільярда років. Існує кілька теорій походження супутника. Кожна з них пояснює окремі особливості Місяця, але залишає кілька невирішених питань. Найбільш близькою до істини сьогодні вважається теорія гігантського зіткнення.
Відповідно до гіпотези, планета, за своїми розмірами подібна до Марсом, зіткнулася з молодою Землею. Удар прийшовся по дотичній і став причиною викиду в космос здебільшого речовини цього космічного тіла, а також деякої кількості земного «матеріалу». З цієї речовини і сформувався новий об`єкт. Радіус орбіти Місяця спочатку становив шістдесят тисяч кілометрів.
Гіпотеза гігантського зіткнення добре пояснює багато особливостей будови і хімічного складу супутника, більшість характеристик системи Луна-Земля. Однак, якщо брати теорію за основу, все ж залишаються незрозумілими деякі факти. Так, дефіцит заліза на супутнику можна пояснити лише тим, що на час зіткнення на обох тілах сталася диференціація внутрішніх шарів. На сьогоднішній день немає доказів, що подібне мало місце. І тим не менше, не дивлячись на подібні контраргументи, гіпотеза гігантського зіткнення вважається основною у всьому світі.
параметри
Місяць, як і більшість інших супутників, не має атмосфери. Виявлено лише сліди кисню, гелію, неону і аргону. Температура поверхні на освітлених і затемнених ділянках тому сильно відрізняється. На сонячному боці вона може підніматися до +120 º-С, а на темній опускатися до -160 º-С.
Середня відстань між Землею і Місяцем становить 384 км. За формою супутник - практично ідеальний куля. Різниця між екваторіальним і полярним радіусом невелика. Вони складають 1738,14 і 1735,97 км відповідно.
Повний оборот Місяця навколо Землі займає трохи більше 27 днів. Рух супутника по небу для спостерігача характеризується зміною фаз. Час від одного повного місяця до іншого дещо більше зазначеного періоду і становить приблизно 29,5 днів. Різниця виникає тому, що Земля і супутник також рухаються навколо Сонця. Місяці, щоб опинитися в первісному положенні, доводиться долати трохи більше одного кола.
Система «Земля-Місяць»
Місяць - супутник, кілька відрізняє від інших подібних об`єктів. Головна його особливість у цьому сенсі - це маса. Вона оцінюється в 7,35 * 1022 кг, що становить приблизно 1/81 від аналогічного параметра Землі. І якщо сама маса не є чимось незвичайним на космічних просторах, то її співвідношення з характеристикою планети нетипово. Як правило, відношення мас в системах «супутник-планета» дещо менше. Аналогічним співвідношенням можуть похвалитися тільки Плутон і Харон. Ці два космічні тіла деякий час назад стали характеризувати як систему двох планет. Схоже, що таке позначення справедливо і у випадку з Землею і Місяцем.
Рух Місяця по орбіті
Супутник робить один оборот навколо планети щодо зірок за сидеричний місяць, який триває 27 днів 7 годин і 42,2 хвилини. Орбіта Місяця за формою являє собою еліпс. У різні періоди супутник розташовується ближче до планети, то далі від неї. Відстань між Землею і Місяцем при цьому змінюється від 363 104 до 405 696 кілометрів.
З траєкторією руху супутника пов`язано ще один доказ на користь припущення про те, що Землю із супутником необхідно розглядати як систему, що складається з двох планет. Орбіта Місяця розташовується не поблизу екваторіальній площині Землі (як це властиво більшості супутників), а практично в площині обертання планети навколо Сонця. Кут між екліптикою і траєкторією руху супутника становить трохи більше 5º-.
Орбіта руху Місяця навколо Землі схильна до впливу багатьох чинників. У зв`язку з цим визначення точної траєкторії супутника - завдання не найпростіше.
Трохи історії
Теорія, яка пояснює, як рухається Місяць, була закладена ще в 1747 році. Автором перших розрахунків, які наблизили учених до розуміння особливостей орбіти супутника, став французький математик Клеро. Тоді, в далекому вісімнадцятому столітті, звернення Місяця навколо Землі часто висувалося як аргумент проти теорії Ньютона. Розрахунки, зроблені з використанням закону всесвітнього тяжіння, сильно розходилися з видимим переміщенням супутника. Клеро дозволив цю задачу.
Дослідженням питання займалися такі відомі вчені, як Даламбер і Лаплас, Ейлер, Хілл, Пюїзе і інші. Сучасна теорія обертання Місяця фактично почалася з робіт Брауна (1923 р). Дослідження британського математика і астронома допомогли усунути розбіжності між розрахунками і наглядом.
непроста задача
Рух Місяця полягає в двох основних процесах: обертання навколо осі і обертання навколо нашої планети. Вивести теорію, яка пояснює переміщення супутника, було б не так вже й складно, якщо б його орбіта Не піддавайте камеру впливу різних чинників. Це і тяжіння Сонця, і особливості форми Землі, і гравітаційні поля інших планет. Подібні дії обурюють орбіту і передбачити точне положення Місяця в конкретний період стає важким завданням. Для того щоб зрозуміти, в чому тут справа, зупинимося на деяких параметрах орбіти супутника.
Висхідний і спадний вузол, лінія апсид
Як вже говорилося, орбіта Місяця нахилена до екліптики. Траєкторії руху двох тіл перетинаються в точках, названих висхідним і спадним вузлами. Знаходяться вони на протилежних сторонах орбіти щодо центру системи, тобто Землі. Уявна пряма, яка з`єднує дві ці точки, позначається як лінія вузлів.
Найближче до нашої планети супутник виявляється в точці перигею. Максимальна відстань розділяє два космічних тіла, коли Місяць опиняється в апогеї. Пряма, що з`єднує дві ці точки, називається лінією апсид.
обурення орбіти
В результаті впливу на переміщення супутника відразу великої кількості факторів по суті воно являє собою суму декількох рухів. Розглянемо найбільш помітні з виникаючих збурень.
Перша з них - це регресія лінії вузлів. Пряма, що з`єднує дві точки перетину площини місячної орбіти і екліптики, що не зафіксована на одному місці. Вона дуже повільно переміщається в напрямку, протилежному (тому і називається регресією) руху супутника. Іншими словами, площина орбіти Місяця повертається в просторі. На один повний оборот їй потрібно 18,6 років.
Рухається і лінія апсид. Переміщення прямої, що з`єднує апоцентр і перицентр, виражається в повороті площини орбіти в ту ж сторону, куди рухається Місяць. Відбувається це набагато швидше, ніж у випадку лінії вузлів. Повний оборот займає 8,9 років.
Крім того, місячна орбіта відчуває коливання певної амплітуди. З плином часу змінюється кут між її площиною і екліптикою. Діапазон значень - від 4 ° 59 `до 5 ° 17`. Так само, як і в випадку з лінією вузлів, період таких коливань становить 18,6 років.
Нарешті, орбіта Місяця змінює свою форму. Вона трохи витягується, потім знову повертається до початкової конфігурації. При цьому змінюється ексцентриситет орбіти (ступінь відхилення її форми від окружності) від 0,04 до 0,07. Зміни та повернення в початкове положення займають 8,9 років.
Не все так просто
По суті, чотири фактори, які необхідно враховувати під час розрахунків, - це не так вже й багато. Однак ними не вичерпуються всі обурення орбіти супутника. Насправді, кожен параметр руху Місяця відчуває постійний вплив великої кількості факторів. Все це ускладнює завдання з прогнозування точного розташування супутника. А облік всіх цих параметрів часто є найважливіше завдання. Наприклад, розрахунок траєкторії руху Місяця і його точність впливає на успішність місії космічного апарату, відправленого до неї.
Вплив Місяця на Землю
Супутник нашої планети порівняно малий, проте його вплив добре помітно. Мабуть, всім відомо, що саме Місяць формує припливи на Землі. Тут відразу потрібно обмовитися: Сонце також викликає схожий ефект, але через набагато більшої відстані приливної вплив світила мало відчутно. Крім того, зміна рівня води в морях і океанах пов`язано і з особливостями обертання самої Землі.
Гравітаційний вплив Сонця на нашу планету приблизно в двісті разів більше, ніж аналогічний параметр Місяця. Однак приливні сили в першу чергу залежать від неоднорідності поля. Відстань, що розділяє Землю і Сонце, згладжує їх, тому вплив близької до нас Місяця більш потужне (в два рази більша, ніж в разі світила).
Приливна хвиля утворюється на тому боці планети, яка в даний момент звернена до нічного світила. На протилежному боці також виникає приплив. Якби Земля була нерухомою, то хвиля рухалася б із заходу на схід, розташовуючись точно під Місяцем. Її повний оборот завершувався б за 27 з невеликим днів, тобто за сидеричний місяць. Однак період обертання Землі навколо осі становить трохи менше 24 ч. В результаті хвиля біжить по поверхні планети зі сходу на захід і один оборот завершує за 24 години і 48 хвилин. Оскільки хвиля постійно зустрічається з материками, вона зміщується вперед у напрямку руху Землі і випереджає в своєму бігу супутник планети.
Видалення орбіти Місяця
Приливна хвиля викликає переміщення величезної маси води. Це безпосереднім чином впливає на рух супутника. Значна частина маси планети зміщується з лінії, що з`єднує центри мас двох тіл, і притягує до себе Місяць. В результаті супутник відчуває вплив моменту сили, який прискорює її рух.
При цьому материки, набігають на приливну хвилю (вони рухаються швидше хвилі, оскільки Земля обертається з більшою швидкістю, ніж звертається Місяць), відчувають вплив сили, яка гальмує їх. Це призводить до поступового уповільнення обертання нашої планети.
В результаті приливної взаємодії двох тіл, а також дії законів збереження енергії і моменту імпульсу, супутник переходить на більш високу орбіту. При цьому зменшується швидкість Місяця. За орбіті вона починає рухатися повільніше. Щось схоже відбувається і з Землею. Вона сповільнюється, наслідком чого є поступове збільшення тривалості доби.
Місяць віддаляється від Землі приблизно на 38 мм в рік. Дослідження палеонтологів і геологів підтверджують розрахунки астрономів. Процес поступового уповільнення Землі і видалення Місяця почався приблизно 4,5 мільярда років тому, тобто з моменту утворення двох тіл. Дані дослідників свідчать на користь припущення, що раніше місячний місяць був коротше, а Земля оберталася з більшою швидкістю.
Приливна хвиля виникає не тільки в водах світового океану. Схожі процеси відбуваються і в мантії, і в земній корі. Однак вони менш помітні, оскільки ці шари не настільки податливі.
Видалення Місяця і уповільнення Землі не відбуватиметься вічно. Зрештою, період обертання планети зрівняється з періодом обертання супутника. Місяць «зависне» над однією ділянкою поверхні. Земля і супутник будуть завжди повернені однієї і тієї ж стороною один до одного. Тут доречно згадати, що частина цього процесу вже завершена. Саме приливну взаємодію призвело до того, що на небі завжди видно одна і та ж сторона Місяця. У космосі є приклад системи, яка перебуває в подібному рівновазі. Це вже називалися Плутон і Харон.
Місяць і Земля знаходяться в постійній взаємодії. Не можна сказати, яке з тіл більше впливає на інше. При цьому обидва піддаються і впливу Сонця. Значну роль відіграють і інші, більш віддалені, космічні тіла. Облік всіх подібних факторів робить досить важкою задачу точного побудови і опису моделі руху супутника по орбіті навколо нашої планети. Однак величезна кількість накопичених знань, а також постійно вдосконалює апаратура дозволяють більш-менш точно спрогнозувати положення супутника в будь-який час і передбачити майбутнє, яке чекає кожен об`єкт в окремість і систему Земля-Місяць в цілому.
