Отдаление луны от земли


Прили́вное ускоре́ние — эффект, вызванный гравитационно-приливным взаимодействием в системе естественный спутник — центральное тело. Главными следствиями этого эффекта являются изменение орбиты спутника и изменение вращения центрального тела вокруг оси, как это наблюдается в системе Земля — Луна. Другим следствием является разогрев недр планет, который наблюдается у Ио и Европы и, предположительно, оказывал значительное влияние на Землю в прошлом.

Масса Луны в 81,5 раз меньше массы Земли. Такое соотношение является нетипичным по сравнению с другими спутниками планет в Солнечной системе: остальные спутники имеют существенно меньшую массу по отношению к их планетам-хозяевам (за исключением системы Плутон — Харон). По этой причине Луна и Земля могут рассматриваться скорее как двойная планетная система, нежели как планета со спутником. В пользу такой точки зрения свидетельствует то, что плоскость лунной орбиты лежит весьма близко к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца, а не в экваториальной плоскости Земли. Практически все остальные спутники в Солнечной системе имеют орбиты, лежащие почти точно в экваториальной плоскости своих планет-хозяев.

Объяснение эффекта[править | править код]


Масса Луны сравнительно велика, и сама она находится довольно близко, вызывая приливы на Земле. В океанских водах на обращённой к Луне стороне формируется приливная волна (такая же волна формируется и на противоположной стороне)[1]. Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, приливная волна находилась бы точно под Луной, которая притягивает её к себе, и бежала бы по поверхности Земли с запада на восток, совершая полный оборот за один сидерический лунный месяц (27 дней 7 часов 43,2 минуты).

Однако Земля вращается «под» этой волной, совершая один оборот за сидерический день (23 часа 56 минут 4,091 секунды). В результате приливная волна бежит по поверхности Земли с востока на запад, совершая один полный оборот за 24 часа 48 минут. Из-за того, что Земля вращается с большей уголовой скоростью, чем вокруг нее обращается Луна, приливная волна смещается вперёд по направлению вращения Земли, опережая Луну[1].

Следствием такого опережения является то, что значительная часть массы океанских вод (то есть и часть массы всей Земли) смещается вперёд с линии, соединяющей центры масс Земли и Луны, на угол, равный примерно 2°[1]. Эта смещённая вперёд масса притягивает к себе Луну, создавая силу, действующую перпендикулярно линии Земля — Луна. В результате на Луну действует момент силы, ускоряющий её обращение по орбите вокруг Земли.


Обратным следствием всего этого является то, что на берега материков, когда они «набегают» на приливную волну, действует (по третьему закону Ньютона) противоположно направленная сила, которая «тормозит» их. Таким образом Луна создаёт приложенный к планете момент силы, который замедляет вращение Земли.

Как и во всех физических процессах, здесь действуют закон сохранения момента импульса и закон сохранения энергии. Момент импульса вращения Земли уменьшается, орбитальный момент импульса Луны увеличивается. С увеличением орбитального момента импульса Луна переходит на более высокую орбиту, а её собственная скорость (по третьему закону Кеплера) уменьшается. Получается так, что приливное ускорение Луны приводит к замедлению её обращения по орбите. Кинетическая энергия Луны уменьшается, а её потенциальная энергия увеличивается. При этом растёт и полная механическая энергия Луны.

С уменьшением момента импульса вращения Земли её вращение замедляется, длительность суток увеличивается. Соответствующая кинетическая энергия вращения тратится в процессе трения приливной волны о берега материков, превращаясь в тепло и рассеиваясь. Прилив действует и на мантию Земли, выделяемое тепло остаётся в недрах. Для малых тел вблизи больших планет, например для Ио вблизи Юпитера, это явление превосходит тепло от радиоактивного распада.


Приливные силы действуют не только в океанских водах. Приливные волны формируются также в земной коре и мантии. Но благодаря неподатливости земной коры амплитуда этих «твёрдых» волн значительно уступает амплитуде океанских приливных волн, а длина, наоборот, составляет многие тысячи километров. Поэтому «твёрдые» приливные волны бегут в земной коре, почти не испытывая сопротивления, а связанный с ними тормозящий момент сил (и вызванные им замедление Земли и ускорение Луны) гораздо меньше.

Луна удаляется от Земли со скоростью примерно 3,8 сантиметра в год[2][3], длительность суток на Земле постепенно увеличивается. Этот механизм работает в течение 4,5 миллиардов лет, с тех пор, как на Земле сформировались океаны. Существуют геологические и палеонтологические свидетельства того, что Земля в далёком прошлом вращалась быстрее, а лунный месяц был короче (поскольку Луна была ближе к Земле).

Такой процесс будет продолжаться до тех пор, пока период вращения Земли не сравняется с периодом обращения Луны вокруг Земли. После этого Луна всегда будет находиться над одной точкой земной поверхности. Очевидно, на самой Луне это уже давно произошло: гораздо более сильное тяготение Земли создавало в твёрдом теле Луны приливные волны, которые замедлили вращение Луны и синхронизировали его с периодом обращения вокруг Земли, так что Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной (то есть вращается с периодом, равным периоду оборота вокруг Земли).


Система Плутон — Харон является хорошим примером приливного эволюционирования орбит и периодов вращения своих участников. Данная система завершила свою эволюцию: и Плутон, и Харон всегда повёрнуты друг к другу одной стороной.

Приливное ускорение является одним из примеров необратимых пертурбаций орбиты, которые нарастают со временем и не являются периодическими. Взаимные гравитационные пертурбации планетарных орбит в Солнечной системе являются периодическими, то есть осциллируют между крайними значениями. Приливные эффекты вводят в уравнения движения квадратичный член, который непрерывно возрастает.

Количественная оценка[править | править код]

Движение Луны по орбите может быть прослежено с точностью до нескольких сантиметров с применением лазерной локации Луны. Для этого используются зеркальные уголковые отражатели, оставленные на Луне советскими лунными станциями и американскими экспедициями. Эти отражатели возвращают назад посланные с Земли короткие лазерные импульсы, время возвращения импульсов позволяет рассчитать дистанцию с очень высокой точностью. Результаты этих измерений подставляются в уравнения движения Луны. Это дает численные значения ряда параметров, и среди них значение необратимого ускорения. За период с 1969 по 2001 год данные по изменению движения Луны таковы:


−25,858 ± 0,003 "/столетие² — по долготе эклиптики[4] 
+3,814 ± 0,07 м/столетие — по радиусу орбиты[5] 

Эти результаты хорошо соответствуют данным лазерной локации искусственных спутников. Способ сходен с радиолокацией Луны. Полученные данные позволяют построить точную модель гравитационного поля Земли, включая гравитацию приливных волн. На основе этой модели можно рассчитать гравитационное действие на Луну, получая очень близкие результаты.

Помимо всего перечисленного, древние наблюдения солнечных затмений дают довольно точное положение Луны на тот период. Изучение этих наблюдений также дает результаты, сходные с вышеуказанными[6].

Следствием приливного ускорения Луны является замедление вращения Земли. Однако скорость вращения Земли непрерывно меняется по множеству других причин, причём с различной периодичностью — от нескольких часов до нескольких столетий. На этом фоне незначительный эффект приливного торможения трудно уловить за короткий период времени. Зато можно обнаружить накапливающуюся из ежедневных миллисекунд за несколько столетий разницу против точно измеряемого времени (эфемеридное время, атомное время). От некоторого момента в прошлом прошло больше дней и часов, измеренных в полных оборотах Земли (всемирное время), по сравнению с количеством дней и часов, вычисленным на основе показаний стабильных часов, настроенных на современную, более долгую продолжительность суток.


Эта накапливающаяся разница обозначается как ΔT (Дельта T). Современные значения ΔT и действительной продолжительности суток предоставляются Международной Службой Вращения Земли — (IERS, International Earth Rotation and Reference Systems Service[7]). Данные о значениях на историческом интервале получаются из анализа записей о наблюдениях солнечных и лунных затмений[8].

Именно исторические свидетельства о нескольких солнечных затмениях, бывших до нашей эры, и позволили сделать первые оценки векового замедления вращения Земли до изобретения атомных часов. Суть этого подхода состоит в том, что вычисляются обстоятельства полных солнечных затмений древности, приняв, что скорость вращения Земли постоянна. При этом получается, что эти затмения должны были бы наблюдаться на несколько десятков градусов западнее тех точек, где они на самом деле наблюдались[1].

Исходя из наблюдаемого ускорения Луны, можно вычислить величину соответствующего изменения продолжительности суток:

+2,3 мс/столетие 

Однако, если исходить из данных исторических записей о солнечных затмениях за последние 2700 лет[6][9], получается следующее среднее значение:


+1,70 ± 0,05 мс/столетие 

Существует и другой эффект, который ускоряет вращение Земли. Земля является не шаром, а эллипсоидом, сплюснутым от полюсов к экватору. Лазерные измерения со спутников показывают, что эта эллипсоидность уменьшается, межполюсное расстояние увеличивается. Этому даётся следующее объяснение: во время последнего ледникового периода у полюсов образовались большие массы льда, которые продавили нижележащие слои земной коры. С окончанием оледенения около 10000 лет назад эти полярные шапки начали таять. Однако земная кора до сих пор не достигла гидростатического равновесия с мантией и в настоящее время продолжает «выпрямляться» — происходит послеледниковый подъём суши (необходимый для завершения этого процесса промежуток времени оценивается в 4000 лет). Как следствие, межполюсной диаметр Земли увеличивается, а экваториальный диаметр уменьшается, поскольку плотность и объём Земли остаются неизменными.

В результате уменьшения экваториального диаметра уменьшается момент инерции Земли, вследствие чего скорость вращения Земли по закону сохранения момента импульса возрастает. Это явление известно как «эффект фигуристки»: вращаясь на коньках, фигуристка прижимает руки к телу и начинает крутиться ещё быстрее.

Исходя из наблюдаемого изменения формы Земли и её момента инерции, было рассчитано соответствующее ускорение вращения и изменение длительности суток. Среднее значение за исторический период должно составлять примерно:

−0,6 мс/столетие 

Это примерно соответствует разнице между данными исторических наблюдений и расчетной величиной замедления вращения Земли.

См. также[править | править код]

  • Приливные силы
  • Дельта T

Источник: ru.wikipedia.org

Думаю каждый, кто немного интересовался космосом знает, что Луна медленно отдаляется от Земли. Иногда нас спрашивают:

Почему Луна отдаляется? Значит ли это, что в будущем Луна улетит от Земли?

В этой статье мы ответим на эти вопросы.

Согласно современным научным представлениям Луна сформировалась когда протопланета размером примерно с Марс столкнулась с Землёй примерно 4.5 миллиардов лет назад. В результате столкновения в космос было выброшено вещество, из которого сформировалась Луна.

Моделирование столкновения Земли с протопланетой, приведшее к формированию Луны


Исследования показывают, что во время своего формирования Луна была гораздо ближе к Земле — на расстоянии всего около 22500 километров. Для сравнения сейчас расстояние до Луны составляет 384 000 километров. Луна продолжает удаляться от Земли со скоростью примерно 3.78 сантиметра в год.

Чем обусловлено отдаление Луны от Земли?

Причиной, по которой Луна отдаляется от Земли является приливное ускорение. Земля своим притяжением удерживает Луну на орбите. При этом Луна также обладает заметной массой и её гравитационное притяжение также действует на Землю. Притяжение Луны проявляется в виде приливов и отливов.

Вращение Земли вокруг собственной оси приводит к тому, что приливная волна или как еще говорят приливный горб (tidal bulge) немного обгоняет Луну.

Благодаря тому, что приливный горб находится чуть впереди Луны он немного изменяет направление вектора притяжения Земли действующего на Луну и Луна чуть-чуть ускоряется. За счёт этого небольшого ускорения Луна и переходит на немного более высокую орбиту.


Таким образом Земля передает часть своей энергии вращения приливной волне, а та в свою очередь тратит часть этой энергии на ускорение Луны. За счёт этого Луна переходит на более высокую орбиту, но кроме того — за счёт этого же вращение Земли вокруг своей оси немного замедляется!

Картинка для обложки поста

Выше му уже писали, что Луна сформировалась гораздо гораздо ближе к Земле, чем она есть сейчас. За прошедшие миллиарды лет расстояние между Землёй и Луной увеличилось почти в 20 раз. Но это привело также и к существенному замедлению вращения Земли вокруг собственной оси. Так согласно расчётам японского астрофизика Таканори Сасаки до формирования Луны Земля делала полный оборот вокруг своей оси за примерно 4 часа.

Источник: zen.yandex.ru

Каменноугольный период

350 миллионов лет назад, в эпоху палеозоя, еще до появления динозавров, сутки на Земле длились менее 23 часов. Ученые установили это, изучая окаменелые остатки кораллов. А длительность года составляла 385 дней. В то время Луна находилась на 13 300 километров ближе, чем сейчас. И ее угловые размеры на небе были несколько большими, чем в наши дни.

В будущем сутки на нашей планете будут длиться все больше и больше. Они будут увеличиваться до тех пор, пока Луна и Земля не синхронизируют свои орбиты. Один оборот Земли вокруг своей оси будет равен по времени одному обороту Луны вокруг Земли. Однако это никак не повлияет на нашу планету. Потому что это произойдет уже после того, как Солнце станет красным гигантом. И выживет ли при этом Земля — большой вопрос.

Что же заставляет Луну удаляться?

Причина этого явления кроется в приливной связи между двумя телами. Луна уже приливно заблокирована Землей. Один оборот вокруг своей оси она совершает ровно за то же время, за которое оборачивается вокруг нашей планеты. Именно поэтому мы видим всегда только одну сторону ее поверхности. Однако Земля, пока еще, как было сказано выше, свою орбиту по отношению к Луне не синхронизировала.

Гравитационное притяжение Луны деформирует поверхность нашей планеты. По оси Луна-Земля. Это проявляется не только в океанских приливах, но и в твердой части поверхности нашей планеты. Просто это не так заметно. Приливная кромка поверхности Земли всегда движется в направлении Луны. Это постоянное приливное движение приводит к интересному эффекту. Для того, чтобы система оставалась стабильной, Земля должна замедляться.

Но поскольку угловой момент системы Земля-Луна никуда не исчезает, а Земля замедляет свое вращение, Луне приходится ускоряться. Это приводит к тому, что наш спутник, махая нам заплаканным платочком, улетает в глубокий космос. Стремительно. Со скоростью 3,8 сантиметра в год, как говорилось в начале этой статьи.

И, в конце концов, в результате этого процесса Земля получит скорость вращения, идентичную орбитальному периоду Луны.

Подобные процессы происходят не только здесь

Еще один известный пример подобного процесса — система Плутон-Харон. Оба тела уже находятся на синхронной орбите, поэтому Харон виден только с одной стороны Плутона.

Если же разница в массах между телами, вращающимися вокруг друг друга, очень велика, возникает другое интересное явление: орбитальный резонанс. Самый наглядный пример — вращение Меркурия. Поскольку Солнце намного больше него, вместо того, чтобы находиться на синхронной орбите, Меркурий имеет орбитальный резонанс 3:2 (т. е. вращается 3 раза вокруг своей оси за каждые два оборота вокруг Солнца).

В случае с Сатурном некоторые из его спутников тоже находятся в орбитальном резонансе друг с другом. Титан находится в орбитальном резонансе 3: 4 с Гиперионом (на каждые 3 орбиты Титана вокруг Сатурна, Гиперион делает 4). Ганимед и Европа находятся в орбитальном резонансе с Юпитером с параметрами 1: 2: 4 (то есть на каждые 2 и 4 оборота Юпитера Европа и Ганимед совершают 1 соответственно).

Может ли Луна сбежать от Земли?

Ответ-нет. Как бы ей этого не хотелось. В конце концов Луна настолько удалится от Земли, что деформация силой тяжести не сможет больше влиять скорость вращения нашей планеты. Наш спутник как бы зависнет над одной точкой земной поверхности. И его можно будет наблюдать только с одной стороны Земли. Некоторые астрономы считают, что это произойдет лишь через 50 миллиардов лет. Вряд ли кто-то из нас доживет до этого события…

Источник: alivespace.ru

По его словам, Луна действительно удаляется от Земли, но очень медленно — со скоростью около 38 миллиметров в год. «За несколько миллиардов лет период обращения Луны просто вырастет в полтора раза, и все», — сказал Попов.

«Луна не может совсем уйти. Ей негде взять энергию для того, чтобы сбежать», — отметил он.

Пятинедельные сутки

Другой сотрудник ГАИШ Владимир Сурдин сообщил, что процесс удаления Луны от Земли не будет бесконечным, в конечном счете он сменится приближением. «Утверждение «Луна может покинуть орбиту Земли и превратиться в планету» неверно», — сказал он РИА Новости.

По его словам, удаление Луны от Земли под влиянием приливов вызывает постепенное уменьшение скорости вращения нашей планеты, а скорость ухода спутника будет постепенно снижаться.

Примерно через 5 миллиардов лет радиус лунной орбиты достигнет максимального значения — 463 тысячи километров, а продолжительность земных суток составит 870 часов, то есть пять современных недель. В этот момент скорости вращения Земли вокруг оси и Луны по орбите станут равными: Земля будет смотреть на Луну одной стороной, так же, как Луна сейчас смотрит на Землю.

«Казалось бы, приливное трение (торможение собственного вращения под действием лунной гравитации) при этом должно исчезнуть. Однако 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», — сказал астроном.

«Такую картину рисуют нам небесно-механические расчеты, оспаривать которые сегодня никто, я думаю, не станет», — отметил Сурдин.

Потеря Луны не превратит Землю в Венеру

Даже если Луна исчезнет, это не превратит Землю в копию Венеры, заявил РИА Новости заведующий лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского РАН Александр Базилевский.

«На условиях на поверхности Земли уход Луны мало скажется. Не будет приливов и отливов (они в основном, лунные) и ночи будут безлунными. Переживем», — сказал собеседник агентства.

«По пути Венеры, с жутким разогревом, Земля может пойти из-за нашей глупости — если доведем ее выбросами парниковых газов до уж очень сильного разогрева. Да и то не уверен, что нам удастся так необратимо испоганить наш климат», — сообщил ученый.

По его словам, гипотеза, что Меркурий был спутником Венеры, а потом ушел с орбиты спутника и стал самостоятельной планетой, действительно выдвигалась. В частности, об этом в 1976 году, в статье, опубликованной в журнале Icarus, писали американские астрономы Томас ван Фландерн (Thomas van Flandern) и Роберт Харрингтон (Robert Harrington).

«Расчеты показали, что это возможно, что, однако, не доказывает, что так оно и было», — сказал Базилевский.

В свою очередь Сурдин отмечает, что «более поздние работы практически отвергли ее (эту гипотезу)».

Комментируя слова Райкунова о том, что первоначально Венера, Земля и Марс развивались в одинаковых условиях и были похожи, но в последующем их развитие пошло по различным путям, Базилевский сказал, что «это лишь отчасти так».

Он отметил, что в атмосфере Венеры повышенное содержание тяжелого изотопа водорода — дейтерия.

«Это может быть связано с тем, что на Венере когда-то было сравнительно много воды, и при разложении воды в верхних слоях атмосферы на водород и кислород легкий изотоп водорода убегал в космос быстрее тяжелого, и получилась наблюдаемая аномалия. 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», — сказал Базилевский.

Что касается Марса, то сейчас, по словам ученого, появляется все больше данных, что на этой планете 4 миллиарда лет назад и ранее была более плотная атмосфера, было теплее, чем сейчас, и на поверхности была жидкая вода.

«Климат Марса был похож на земной и это поддерживает надежды, что там могла зародиться жизнь или сохраняться, развиваться — жизнь, привнесенная извне, например с Земли. Но вряд ли там было так же комфортно, как в большинстве мест на Земле. Все-таки Марс дальше от Солнца, и там в любом варианте должно было быть холоднее, чем на Земле, со всеми вытекающими последствиями», — сообщил ученый.

Источник: ria.ru

Что нас ждет в далеком будущем

Некоторые ученые считают, что в ближайшие десятилетия человечеству ничего не грозит, так как расстояние, на которое отдалится естественный спутник ничтожно мало. Однако в очень далеком будущем, считают исследователи, расстояние между Землей и Луной может настолько увеличится, что вращение планеты ощутимо замедлится. День на нашей планете станет длинней на десятки и возможно даже на сотни часов.

Источник: esoreiter.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.