Луна и её влияние на планету (информация для справки)
Согласно наиболее распространенной в научном сообществе (но не единственной) теории, Луна образовалась около 4,5 миллиардов лет назад в результате столкновения Земли с другой планетой, предположительно размером с Марс. Сегодня эта гипотетическая планета носит имя Тея. В пользу модели ударного формирования Луны говорит схожий изотопный состав кислорода на Земле и Луне и ряд других данных. В то же время есть исследования, показывающие, что по своему составу Лунная мантия близка скорее к протопланете Тея.
Период обращения Луны вокруг Земли приблизительно равен календарному месяцу. Если бы в календаре допускались дробные месяцы, то у нас должно было бы быть 12,37 месяца в году, потому что средняя длина месяца составляет 29 дней 12 часов 44 минуты 2,78 секунд. Этот период, называемый синодическим месяцем, есть промежуток времени, в течение которого Луна проходит последовательность фаз, находясь сначала в новолунии, затем в первой четверти, в полнолунии, в последней четверти и завершает, наконец, полное обращение, возвращаясь в прежнее положение относительно Солнца. Поскольку Земля за это время успевает продвинуться на 30° вперёд по своей орбите, то истинный, или сидерический, месяц, характеризующий возвращение Луны в прежнее положение относительно звёзд, должен быть короче синодического месяца, причём разница составляет несколько более двух дней; средняя продолжительность сидерического месяца равна 27 дней 7 часов 43 минут 11,47 секунд.
Причину различной продолжительности синодического и сидерического месяцев легко понять из рис. Будем исходить из положения новолуния, когда Солнце, Луна и Земля расположены на одной прямой; мы видим, что Луна возвращается к тому же положению относительно звёзд, раньше, чем она снова достигнет фазы новолуния, поскольку Земля за это время совершит часть своего обращения вокруг Солнца.
Когда мы видим Луну над головой, она примерно на 6400 км ближе к нам, чем в моменты своего восхода или захода. Земная атмосфера вызывает удивительный эффект при наблюдениях восхода и захода Луны. Лучи света отклоняются атмосферой на такой угол, что весь диск Луны (Или Солнца)) может быть виден ещё до восхода или после захода Луны.
Каждому, конечно, известен тот странный факт, что Луна кажется нам больше, когда она стоит низко над горизонтом, чем тогда, когда мы её видим высоко в небе. На самом деле измерение показывает, что видимый диаметр Луны меньше, когда Луна находится вблизи от горизонта, вследствие небольшой разницы в расстоянии, о которой говорилось выше, а также вследствие того, что рефракция несколько сплющивает диск.
Последние исследования психологов показали, что рассматриваемый эффект объясняется особым свойством человеческого мозга и глаза. Когда мы видим объект прямо перед собой, причём наши глаза сидят прямо в глазных впадинах, то объект кажется нам больше, чем тогда, когда мы смотрим на него под углом, сверху или снизу. Если наблюдатель ляжет на спину, то Луна покажется ему больше, когда она будет у него над головой, чем тогда, когда она будет стоять низко над горизонтом.
Луна производит приливы и отливы. Приливо-образующая сила Луны является непосредственным следствием закона всемирного тяготения. Говоря простым языком, часть Земли, ближайшая к Луне, притягивается сильнее, чем часть, удалённая от Луны. Сила в центре равна среднему значению, которое как раз достаточно для удержания Луны на её орбите. Разница в силе притяжения стремится вытянуть земной шар вдоль линии, соединяющей Землю и Луну. Поскольку Земля при этом вращается вокруг своей оси, рождаются приливы.
Причем приливное воздействие оказывается не только на водные территории, но и на земную кору, однако из-за плотности последней она останется незамеченной.
Кстати, приливное воздействие на планету оказывает не только Луна, но и Солнце, хотя влияние Солнца является более слабым в силу его расстояния от Земли. Высота солнечных приливов вдвое меньше, чем лунных.
Когда оба эти тела находятся почти на одной прямой с Землёй, как во время новолуния или полнолуния, их приливные действия складываются. Когда направления на Солнце и Луну образуют прямые углы, как в первой или в последней четверти, их приливные действия стремятся уничтожить друг друга. В результате в новолунии и в полнолунии мы имеем сильные, наиболее высокие приливы и наиболее низкие отливы. В промежутках, в первой и последней четверти, приливы слабы, и разница между уровнями воды в моменты прилива и отлива уменьшается более чем вполовину по сравнению с сильными приливами. В образовании приливов играет роль ещё один фактор. Когда Луна ближе всего к Земле, в перигее, её приливообразующая сила больше, чем когда она дальше всего от Земли, в апогее. Эта разница расстояний даёт до 30% изменения высоты лунной части приливов. Изменения величины лунных приливов, наряду с изменениями, происходящими от комбинированного действия лунных и солнечных приливов, - всё это вместе взятое даёт весьма значительные колебания высоты приливов в океанах.
В идеальном случае каждые сутки происходит два прилива, так как Земля вращается, и наблюдатель последовательно оказывается находящимся в вершинах обоих приливных выступов. Приливы происходят, когда Луна выше всего поднимается над головой и когда она находится к противоположной точке с другой стороны Земли, а отливы происходят в промежутках между этими двумя положениями. Вследствие обращения Луны вокруг Земли приливы запаздывают каждые сутки на 50 минут.
Дважды в месяц, в новолуние и в полнолуние, происходят наибольшие приливы, когда лунный и солнечный приливы складываются. В промежутках между наибольшими приливами, в первой и в последней четвертях, происходят наименьшие приливы, когда солнечный прилив вычитается из лунного.
Обычно один раз в год новолуние происходит в то время, когда Луна находится вблизи перигея, а шесть месяцев спустя вблизи перигея происходит полнолуние. Наибольшие приливы, происходящие в эти два периода, бывают особенно высокими, так как сила лунных приливов при этом значительно возрастает. Эти особенно высокие приливы каждый год запаздывают более чем на месяц, так как направление перигея обладает постоянным движением вперёд вдоль лунной орбиты с периодом около девяти лет.
Однако в любом месте берега время, в течение которого приливная волна достигает своей максимальной величины, целиком зависит от контуров дна океана. Во многих местах поэтому прилив запаздывает на несколько часов. Это запаздывание известно под названием "прикладного часа" данного пункта и им пользуются при предсказании приливов. Если нам известны фаза Луны и прикладной час пункта, где мы находимся, то мы легко можем определить время приливов и отливов с ошибкой, не превышающей часа. Во время новолуний и полнолуний прикладной час представляет собой просто число часов после полдня или полночи, через которое наступает прилив. В первой и последней четверти такой же расчёт даёт время отлива. Добавляя поправку в 50 минут за каждые сутки, истекшие со времени ближайшей предшествовавшей фазы Луны, мы получим время приливов в любой день.
Движение воды в океане создаёт приливное трение, что в свою очередь влияет на местное повышение температуры, создаёт тёплые и холодные течения.
Через длительные промежутки времени, благодаря исключительному стечению обстоятельств, Луна оказывается в таком положении, что её тень закрывает солнечный свет в какой-либо точке Земли.
На рис. показана тень Луны, падающая на Землю. Наблюдатель, находящийся внутри тёмного конуса (конуса полной тени), не видит прямых солнечных лучей; он может видеть только корону - внешнюю часть атмосферы Солнца. Вне конуса тени, в области полутени закрыта часть солнечного диска. По мере того как тень Луны проходит по поверхности Земли и приближается к данному пункту, солнечный свет начинает медленно тускнеть, и это потускнение продолжается в течение часа или более. Когда солнечный свет ослабевает и остаётся видным только узкий серп солнечного диска, в воздухе разливается прохлада и воцаряется необычайная тишина. Оставшийся серп ещё настолько ярок, что на него можно смотреть только через закопчённое стекло. Как раз перед полной фазой, когда последние лучи Солнца светят сквозь долины неровной лунной поверхности, серп распадается на ряд кружков. Эти кружки, так называемые чётки Бэйли, сверкают только в течение нескольких секунд. К этому времени Луна оказывается полностью окружённой сияющим кольцом и если, как это иногда бывает, ещё остаётся видна одна яркая капля, то получается впечатление сияющего бриллиантового кольца. Небо мгновенно становится тёмным, как вечером, в сумерки. В этот момент кажется, что корона вспыхивает по всем направлениям вокруг Солнца. Длинные языки света, иногда протяжением в несколько диаметров Солнца, выступают из сияющего ореола и простираются в тёмной синеве неба. Иногда бывает видно несколько ярких звёзд или планет. Тишина и похолодание становятся пугающими, а великолепие серебристой короны не может быть выражено никакими словами. Очень скоро вся картина нарушается благодаря появлению ослепительных лучей от чёток, показавшихся на западном краю Солнца. После полной фазы свет чёток кажется гораздо более ярким и более режущим глаза, чем до полной фазы, так как глаз привык к полутьме. Вскоре серп Солнца освещает ландшафт, и частные фазы затмения повторяются в обратном порядке, пока Солнце не откроется окончательно.
Полное затмение не может длиться более 7 минут, обычно же оно бывает более коротким, но всё же зрелище с избытком вознаграждает наблюдателя за его путешествие в зону полного затмения. Астрономам затмение даёт случай наблюдать до сих пор ещё загадочную корону, которая представляет собой далеко простирающуюся, но исключительно разреженную оболочку газа (и пыли?) вокруг центрального тела Солнца. Во время затмения можно также видеть солнечные протуберанцы - вырывающиеся из солнечной поверхности гигантские вихри или облака водорода и газообразного кальция.
Хотя солнечные затмения довольно часты - от двух до пяти каждый год, но площадь Земли, покрываемая тенью, очень мала; ширина полной тени составляет лишь несколько десятков километров. В каждом данном месте полное солнечное затмение бывает видимо в среднем только раз в 360 лет. Бывает, что только полутень Луны касается Земли, и тогда происходит частное затмение; иногда Луна так далека от Земли, что её диск не полностью покрывает Солнце. В последнем случае затмение является кольцеобразным: края солнечного диска в виде кольца видны вокруг тёмного диска Луны.
Лунные затмения, во время которых Луна входит в конус земной тени, не так часты, как солнечные. Бывают годы, когда не происходит ни одного лунного затмения, максимальное же число их в году равно трём. Максимальное число затмений в одном календарном году равно семи: пять солнечных и два лунных или четыре солнечных и три лунных. Но каждое из них можно наблюдать более чем на половине всей поверхности Земли.
Когда Луна полностью входит в конус земной тени, она обычно приобретает тусклый меднокрасный оттенок вследствие того, что некоторое количество солнечного света преломляется в земной атмосфере; явление производит впечатление захода Солнца. В редких случаях затмеваемая Луна бывает очень тёмной, потому что земная атмосфера в сумеречной зоне совершенно закрыта облаками.
Старинные наблюдения солнечных затмений сослужили неоценимую службу, показав, что Луна стремится увеличить длину суток, действуя как тормоз на вращение Земли. Отсутствие точных приборов для измерения времени в древности не служило помехой при этом исследовании, так как место, где могло наблюдаться полное затмение Солнца, являлось, конечно, само по себе хорошим мерилом времени и указывало положение Луны в момент затмения. Для того чтобы тень от Луны упала на определённое место земного шара, Земля должна была повернуться на определённый угол, а Луна должна была занимать совершенно определённое положение. Вычисления, основанные на наблюдениях затмений, происходивших в древности, показали, что продолжительность суток возрастает примерно на одну тысячную секунды в каждые сто лет.
Если бы Луна не замедляла вращение, Земля бы так быстро вращалась, что в скором времени день был бы равен шести часам. Изменения повлияли бы на развитие растений и животных, а также привело к увеличению воздушных потоков, в результате штормы и ураганы стали бы обыкновенным явлением.
Магнитное поле Луны играет важную роль в формировании магнитного поля Земли и его взаимодействии с солнечным ветром. Однако оно крайне слабо, и по своей интенсивности значительно уступает магнитному полю Земли. Магнитное поле Луны образуется за счет движения лунного ядра, состоящего из расплавленного железа и других металлов. Это приводит к возникновению электрических токов, которые, в свою очередь, создают это поле.
Влияние магнитного поля Луны на Землю проявляется в двух основных аспектах:
- защита Земли от солнечного ветра: магнитное поле Луны действует как своеобразный щит, отражая большую часть солнечного ветра, который иначе мог бы нанести вред магнитосфере Земли и ее атмосфере.
- магнитное поле Луны вносит свой вклад в формирование магнитного поля Земли, образуя так называемую “лунную дипольную волну”. Эта волна представляет собой небольшие колебания магнитного поля Земли, вызванные взаимодействием с Луной.
Гравитация Луны так же защищает планету от падения на её поверхность большей части астероидов.
Наличие естественного спутника у Земли приводит к приблизительно одинаковому периоду времени на протяжении суток (приблизительно равная продолжительность дня и ночи). Луна способствует стабилизации земной орбиты, а также оси вращения, что влияет на формирование времен года. Вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, а также движение Луны вокруг Земли приводят к изменениям в атмосферной циркуляции, что влияет на климат и погоду на планете.
Луна ежегодно отдаляется на 4 см от Земли, орбита Луна представляет собой спираль. Если расстояние между спутником и нашей планетой будет увеличиваться, то изменится угол наклона земной оси, это приведет к тому, что растают полярные льды и потом смоет всё живое.
