Если б не было Луны: Условия стабильности
Считается, что без стабилизирующего влияния Луны ось вращения нашей планеты колебалась бы так сильно, что Солнце то находилось бы над экватором, а то проходило над полюсами. Мы писали в заметке «Бесценный спутник», что лишь «успокаивающий» эффект крупного спутника делает поведение Земли предсказуемым, и поддерживает ровный, постоянный климат, оптимальный для развития сложных форм жизни. Без Луны не было бы и нас — но так ли это.
Новое (разумеется, теоретическое) исследование, проведенное Джеймсом Барнсом (Jason Barnes) и его коллегами, показывает, что отклонения земной оси даже в отсутствии спутника не превышали бы 10−20 градусов. Вполне терпимо. Спасибо крупным планетам-соседкам: они удержали бы Землю от крайностей.
Впрочем, обо всем по порядку. Представьте себе планету, как вращающийся волчок. Ось его совершает медленные (в сравнении с собственной скоростью вращения волчка) колебания, прецессирует. Так же выглядела бы и Земля, с той только разницей, что эта прецессия занимала бы десятки тысяч лет. А если добавить сюда также известную прецессию плоскости земной орбиты, их общее действие способно сделать движение планеты практически хаотичным.
И как здорово, что у нас есть Луна, самый крупный относительно размеров самой планеты из известных нам спутников — она легче Земли всего примерно в сотню раз (для примера, Марс в 60 млн раз тяжелее своего Фобоса). Ее притяжение оказывает удивительно успокаивающий эффект — хотя и от обратного. Луна сильно ускоряет прецессию оси вращения планеты, но тем самым не дает ей синхронизироваться с прецессией орбитальной плоскости. Отклонения минимальны, система остается стабильной.
Такая картина, к слову, серьезно снижает наши шансы на обнаружение иной развитой жизни во Вселенной. Ведь если сами по себе каменистые планеты на подходящем расстоянии от своих звезд — уже довольно большая редкость, то наличие возле них достаточно крупной Луны делает Землю еще более уникальной. Впрочем, на деле все может оказаться совсем не так однозначно.
«Будучи самым массивным, Юпитер играет определяющее значение в плоскости вращения планет Солнечной системы», — пишут Барнс с соавторами. Проведя расчеты, они показали, что в пределах 500 млн лет земная ось даже без Луны отклонилась бы на какие-то 10−20 градусов. Заметим, что для климата этого более чем достаточно: ведь считается, что за периодические ледниковые периоды ответственна (по крайней мере, частично) именно прецессия земной оси, а она составляет не более 1−2 градусов.
Но авторы считают, что для гибкой, изменчивой жизни и 10−20 градусов за такой существенный срок — не помеха, и они не остановили бы появление все более сложных форм. И более того, если б случилось так (а в других планетных системах так вполне может случиться), что Юпитер был бы ближе к Земле, Луна, наоборот, приводила бы к дестабилизации оси вращения планеты. Все зависит от обстоятельств.
Источник
Вероятно, Вы этого не знали. Как Луна влият на жизнь на Земле?
Представьте, что Луна исчезла с орбиты. Как думаете, изменится ли что-нибудь для обитателей нашей планеты? Многие не знают, но Луна оказывает большое влияние на жизнь, находящуюся на Земле. Ее исчезновение может привести к катастрофическим последствиям. Да, наш спутник не просто источник света ночью и удобный объект для астрономических наблюдений! И сейчас мы разберемся в вопросах: как Луна влияет на земную жизнь, и что произойдет, если наша планета останется без своего спутника.
Луна способствует созданию условий для жизни на нашей планете
Наш естественный спутник оказывает немалое влияние на Землю, рассмотрим четыре области взаимодействия Луны с нашей планетой.
Область первая: угол наклона Земли
Именно Луна стабилизирует угол наклона земной оси. Благодаря этому мы имеем предсказуемую смену времен года и можем просчитать ее на годы вперед. Сейчас наклон оси составляет примерно 23,5 градуса, и именно это является причиной смены времен года (больше информации можно узнать в статье «Смена времен года – забытые знания» ). Исчезновение Луны привело бы к тому, что угол наклона потерял бы свою стабильность. Тогда на Земле периодами вообще не было бы смены времен года, а периодами они были очень экстремальными. Ученые считают, что в течение времени угол наклона мог бы меняться на десятки градусов.
Область вторая: скорость вращения Земли вокруг своей оси
Если бы у Земли не было массивного спутника, наши сутки были бы гораздо привычных нам 24 часов. Более быстрое вращение Земли, в свою очередь приведет к постоянным ураганам и тайфуном, что также не способствовало бы комфортному существованию жизни.
Область третья: приливы и отливы
О том, что Луна влияет на приливы отливы на Земле знают многие. Сам принцип действия приливной силы я планирую подробно описать в отдельной статье. Не пропустите. Но стоит заметить, что от приливов и отливов зависит существование многих экосистем.
Область четвертая: источник света ночью
Хотя для современных людей не проблема организовать освещение в месте своего проживания. Даже появился такой термин, как световое загрязнение, которое мешает в городах наблюдать за звездным небом. Но для многих животных свет Луны и имеет большое значение для выживания.
Что будет, если Луна исчезнет
Теперь давайте представим, что будет если Луны внезапно не станет. Последствия могут быть поистине катастрофическими. Почти полностью исчезнут приливы и отливы, что приведет к затоплению многих побережий. Экосистемы зависящие от приливов и отливов окажутся под угрозой исчезновения. Это приведет к вымиранию некоторых видов морских (и не только) обитателей и нарушению пищевых цепочек.
Интересно, что перечисленные выше последствия произошли бы практически сразу после исчезновения спутника нашей планеты, но в долгосрочной перспективе последствия могут быть еще более неприятными. Например, как говорилось выше, угол наклона земной оси может бы значительно поменяться, что приведет к сильному изменению климата на Земле.
Выводы
Лично меня ситуация с Луной учит, что не бывает незначительных вещей и порой то, что кажется неважным может оказывать огромное влияние на мою жизнь. Ведь среди тех кто не владеет темой, мало кто считает, что исчезновение Луны может сильно отразиться на жизни на Земле. Где мы, и где Луна. Так и в обычной жизни – мы можем даже не догадываться на сколько сильно может повлиять на нашу жизнь исчезновение каких-то людей или предметов. А что Вы думаете по этому поводу? Пишите свое мнение в комментариях.
Источник
Луна — окно в прошлое и будущее Земли
Лунная ночь — это больше, чем просто ночь. Лунная ночь — это прогулка вдвоем по берегу моря, теплый весенний вечер, силуэты стогов на скошенном поле, тихая гладь реки с серебристой лунной дорожкой. Лунная ночь — это поэзия. Земля и Луна — космические соседи; они постоянно взаимодействуют, но не создают друг другу проблем. Иное дело — Солнце. Это опасный сосед: оно может согреть, а может и убить. Недаром у жителей пустынь есть казнь Солнцем: человека зарывают в песок по горло и оставляют на солнцепеке медленно умирать. В отличие от Солнца, Луна — наш друг и помощник. Она не греет, но и не убивает; с ней светло и не одиноко по ночам. Любуясь Луной, любитель астрономии делает свой первый «шаг» во Вселенную, а нередко — и в большую науку. Вооружившись биноклем или подзорной трубой, юный ученый ловит в объектив лунный свет и замирает от восхищения: перед ним иная планета, совсем рядом, с горами и долинами, с круглыми цирками и россыпями мелких кратеров. Ему еще предстоит узнать, что его простенький оптический прибор, наведенный на Луну, превращается в машину времени и «переносит» своего хозяина на миллиарды лет назад, в ту далекую эпоху, когда сформировалась и навсегда застыла в почти неизменном виде поверхность Луны.
Рис. 8.7. Изобразив Луну в одном масштабе с нормальной планетой (Меркурий), карликовой планетой (Церера) и крупным астероидом (Веста), мы понимаем, что по своим физическим параметрам Луна принадлежит к группе планет.
Рис. 8.8. Планета-спутник Луна сопровождает Землю миллиарды лет.
Сегодня мы видим на поверхности Луны следы событий, происходивших миллиарды (!) лет назад. Повторяю — мы не обнаруживаем их с помощью хитроумных научных приборов, а просто видим, глядя на Луну в маленький телескоп, в простой бинокль и даже невооруженным глазом. Ничего подобного нельзя сказать о Земле и большинстве других планет: их лик изменчив. Только поверхности Меркурия и отчасти Марса «помнят» свое далекое прошлое, которое неразделимо с прошлым Солнечной системы. Этим они и интересны.
Разумеется, даже у таких «замороженных» тел, как Луна и Меркурий, поверхность понемногу эволюционирует под действием ударного вскапывания микрометеоритами. Оценки показывают, что верхний сантиметр лунного грунта перемешивается примерно за 10 млн лет, а слой толщиной в 1 м — за 1 млрд лет. Если это так, то на глубине всего нескольких метров залегают слои возрастом в миллиарды лет! Конечно, такое счастье ждет планетологов не в любом месте лунной поверхности, а лишь там, где в ближайшие эпохи не падали крупные метеориты, разрушающие порядок слоев лунной коры.
Все, что происходило в космосе в окрестности Земли, неминуемо отражалось и на Луне: изменение активности Солнца, периоды интенсивной метеоритной бомбардировки, эволюция орбиты — все это Луна «помнит» лучше, чем Земля. На нашей родной и очень активной планете дождь и ветер, вулканы и движение материков быстро стирают следы космического влияния; на лунной поверхности эти следы сохраняются почти вечно. Недаром единственный геолог, побывавший на Луне, астронавт Харрисон Шмитт, назвал Луну «пыльным окном в прошлое Земли». Это, конечно, верная, но не полная характеристика нашего спутника. Исследования Луны позволяют нам заглянуть не только в прошлое, но отчасти и в будущее Земли.
Например, обладая менее сильной гравитацией, чем Земля, Луна не смогла удержать у своей поверхности летучие вещества — атмосферу и гидросферу. Такая же участь ожидает и Землю. Пока еще темп утечки невелик: Земля теряет около 3 кг водорода и 50 г гелия (два легчайших газа) в секунду; но даже такая струйка может стать существенной за геологический период, а в будущем, когда светимость Солнца заметно возрастет, темп потери газов станет значительно выше. В то же время остывающие недра Земли уже не будут выбрасывать на поверхность столько газа. Через несколько миллиардов лет земная поверхность станет такой же сухой и незащищенной, как лунная.
Присутствие Луны рядом с Землей существенно влияет на эволюцию нашей планеты. Луна стабилизирует положение земной оси и своим приливным влиянием тормозит суточное вращение Земли. Но и Земля не остается в долгу: ее момент импульса за счет того же приливного эффекта передается Луне и понемногу увеличивает радиус ее орбиты. Сейчас Луна удаляется от Земли со скоростью около 4 см/год (примерно с такой же скоростью у нас растут ногти). В будущем Луна продолжит удаляться от Земли, но всё медленнее и медленнее. Через 5 млрд лет радиус ее орбиты достигнет максимального значения — 463 тыс. км, а продолжительность земных суток составит 870 часов, или 36 современных суток. В этот момент скорости вращения Земли и Луны станут равными: Земля будет смотреть на Луну одной своей стороной, так же как Луна сейчас смотрит на Землю. Их взаимное движение синхронизируется, как это уже случилось у Плутона и Харона. Казалось бы, приливное трение при этом должно исчезнуть. Однако солнечные приливы будут продолжать тормозить Землю. Теперь уже бег Луны по орбите начнет опережать вращение Земли, и приливное трение будет тормозить движение Луны. В результате Луна станет приближаться к Земле, правда, очень медленно, так как сила солнечных приливов невелика.
Если небольшая Луна способна в будущем так заметно изменить вращение Земли, то значительно превосходящая ее по массе Земля уже давно решила эту задачу — затормозила вращение Луны. Об этом известно с незапамятных времен: к Земле всегда ориентирована видимая сторона Луны и никогда не бывает видна ее обратная сторона. А недавно мы узнали, где и когда произошел этот захват. Наблюдения за искусственными спутниками Луны позволили определить гравитационное поле Луны и ее фигуру. Если сглаженную поверхность Земли называют геоидом, то фигуру Луны естественно назвать селеноидом. Он был бы шаром, если бы Луна не вращалась и не испытывала внешнего влияния. Но селеноид — не шар: на нем отчетливо видно увеличение высоты поверхности уровня над шаром в сторону Земли на 400 м и свыше 300 м — на обратной стороне Луны. То есть фигура Луны вытянута вдоль направления на Землю. Ясно, что это результат приливного влияния Земли. Но расчеты показывают, что при современном расстоянии до Луны приливный эффект Земли на порядок меньше необходимого! Но ведь мы знаем, что Луна отдаляется от нас, значит, в прошлом она была ближе к нам, и приливный эффект был сильнее современного. Если бы Луна была ближе в 2,7 раза, то приливным влиянием можно было бы объяснить наблюдаемую вытянутость селеноида в сторону Земли. Зная современную скорость удаления Луны, легко оценить, что это было несколько миллиардов лет назад. Значит, уже тогда вращение Луны и ее обращение вокруг Земли были синхронны!
Впрочем, все это события далекого будущего и далекого прошлого, а наш нынешний интерес к Луне в значительной мере вызван современными проблемами. Сегодня она представляется источником полезных ископаемых, космическим портом для экспедиций к далеким планетам, научной базой, военным полигоном, инструментом политической борьбы. Первые лунные экспедиции — самая романтическая страница в истории космонавтики. Полеты человека на Луну стали в полном смысле слова легендой, которую многие теперь стали воспринимать как фантазию, а некоторые — как мистификацию. Кто бы мог подумать 40 лет назад, что в XXI веке придется доказывать реальность лунных экспедиций и искать их следы на поверхности Луны (рис. 8.9)?
Рис. 8.9. Следы пилотируемой экспедиции «Аполлон-17» (слева, в центре кадра — посадочная ступень лунного модуля) и автоматического «Лунохода-2», сфотографированные спутником Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) в 2009 г.
До сих пор все посадки на поверхность Луны — людей и автоматов — происходили на ее видимой стороне. Бесспорно, это стало огромным техническим достижением, демонстрацией целеустремленности и мужества людей и обычно воспринимается как первый шаг в исследовании иных планет. Но я хочу напомнить о более раннем событии, которое, на мой взгляд, было более значимым, чем посадки на Луну. Странно, что сейчас об этом событии помнят немногие, и даже его юбилей в 2009 г. не был отмечен.
Чуть более 500 лет назад цивилизованный мир узнал о самом грандиозном открытии на Земле: на «обратной» стороне нашей планеты обнаружился гигантский материк — Америка. А 50 лет назад столь же грандиозное открытие состоялось в космосе: люди впервые увидели обратную сторону Луны. Кстати, там тоже оказался — по терминологии астрономов — гигантский материк.
Это открытие совершил маленький космический аппарат «Луна-3», созданный советскими инженерами. Сейчас об этом мало кто помнит. Но, оценивая все космические открытия прошедшего полувека, следует признать, что снимки обратной стороны Луны, переданные нашим зондом, — это единственный научный результат, который в принципе не мог быть добыт с помощью наземной или даже околоземной аппаратуры. Фотографии далеких планет, переданные космическими зондами, сегодня с успехом получают и наземные телескопы. Но увидеть обратную сторону Луны никто и никогда не смог бы, не отправив за Луну космического робота. Отечественная наука смогла сделать это первой, намного опередив коллег-конкурентов из других стран. 4 октября 1959 г. к Луне стартовала ракета, а 7 октября радиоантенны в Крыму приняли изображения невидимой стороны Луны.
Рис. 8.10. Автоматическая межпланетная станция «Луна-3», впервые сфотографировавшая обратную сторону Луны (1959 г.).
Это важное событие в истории нашей науки и техники, и о нем следует помнить. Тем более, что незаслуженно забытым оказался не только его юбилей, но и 50-летие первого в истории человечества межпланетного перелета: 14 сентября 1959 г. аппарат «Луна-2» достиг поверхности Луны. Всего два года отделяло эти первые межпланетные экспедиции от запуска первого спутника. Сейчас даже трудно представить, какие сложные научные и технические проблемы пришлось решить за это короткое время ученым и инженерам в еще не восстановленной после грандиозной войны стране. Но они были решены, порою весьма остроумно и неординарно (см. книгу «Путешествия к Луне», М.: Физматлит, 2009). Именно эти достижения убедили мир в том, что отечественные ученые способны создавать не только мощные ракеты-носители для ядерных бомб, но и совершенные научные зонды для разведки дальнего космоса. Именно это подняло престиж нашей науки, заставило западные страны переводить на свои языки нашу научно-техническую литературу, перекраивать по нашим образцам свои школьные и вузовские программы, заставило их догонять. И они догнали. И перегнали. Теперь наш черед догонять. Ну что же, возможно, догоним. Если не будем забывать, что 50 лет назад были впереди.
Источник