Луна стабилизатор вращения Земли, но так будет не всегда
Раз уж я заговорил о работах Ласкара в частности и о долговременной эволюции Солнечной системы вообще, уместно написать и ещё об одном аспекте этой проблемы, чтобы, как говорят, два раза не вставать. В прошлой колонке я представил мрачные прогнозы орбитальной эволюции Солнечной системы. Но у наших отдалённых перспектив есть и другая сторона — не общесистемная, а внутрипланетная, которая, впрочем, оказывается тесно связанной с эволюцией орбит. Я имею в виду важнейший климатический параметр — наклон оси вращения планеты по отношению к плоскости её орбиты, определяющий характер смены времён года.
На всякий случай уточню, что речь идёт о взаимной ориентации осевого и орбитального вращения планеты, но не о положении оси вращения в теле планеты, то есть не о движении полюсов, например, Земли относительно коры и мантии. Это отдельная очень интересная тема, но за неё пусть отдуваются геологи.
Так вот, в прошлый раз я писал о том, насколько сильно может меняться со временем орбитальное движение планеты. Параметры осевого вращения — конкретно наклон оси вращения и период прецессии — также подвержены колебаниям, что во внутренней области Солнечной системы нагляднее всего видно на примере Марса. Его внешний облик содержит многочисленные признаки иного прошлого, климатически существенно более комфортного с человеческой точки зрения. Русла, протоки, осадочные породы, минеральный состав поверхности — очень многое указывает, что в далёком прошлом, миллиарды лет назад, на поверхности Марса могла существовать жидкая вода. Но потом что-то случилось, и климат Марса кардинально изменился не в лучшую сторону.
Подходящим кандидатом кажется изменение наклона оси вращения Марса. Параметры его орбиты, как и параметры орбит других планет, испытывают квазипериодические вариации с периодами в десятки тысяч лет. Некоторые из этих периодов совпадают с прецессионным периодом Марса, равным примерно 170 тыс. земных лет. Близость периодов приводит к спин-орбитальному резонансу, следствием которого могут быть хаотические изменения угла наклона марсианской оси. Как показывают расчёты, выполненные в том числе и Жаком Ласкаром, даже за последние десятки миллионов лет угол между экватором Марса и плоскостью его орбиты мог отклоняться от теперешних 25 градусов более чем на 10 градусов в обе стороны. Если же говорить обо всём времени существования Солнечной системы, то тут возможны скачки практически от 0° и чуть ли не до 90°.
Если вспомнить, что колебания угла между экватором Земли и плоскостью эклиптики на величину порядка градуса устроили нам ледниковый период, при таких масштабных колыханиях Марса понятна практическая неизбежность климатических катастроф на нём. С другой стороны, у Земли за последние десятки миллионов лет этот угол варьировался не более чем на один-два градуса. Возникает естественный вопрос о причинах такой устойчивости нашей планеты.
Уже давно высказано предположение, что за стабильность земного вращения (и, соответственно, климата) мы должны благодарить Луну. Прецессия земной оси, вызываемая притяжением Луны, имеет период около 26 тыс. лет — это значительно меньше, чем периоды вариаций орбитальных параметров. Поэтому попадание в спин-орбитальный резонанс и связанные с ним хаотические колебания угла наклона Земле сейчас не грозят.
Вероятно, одним из первых эту идею в 1982 году высказал Уильям Вард, но большую известность приобрели расчёты Ласкара и Робутеля, опубликованные в 1993 году. Они промоделировали эволюция вращения планеты, которую от Земли отличало только отсутствие спутника. Выяснилось, что период прецессии оси вращения безлунной Земли удлиняется до 80 с лишним тысяч лет. Это приближает её к «зоне хаоса» и создаёт, как и в случае Марса, условия для очень сильных колебаний угла между экватором и орбитой.
После этой публикации Луна вошла в общественное мнение в качестве гаранта долговременного процветания жизни на Земле. Как следствие, возникло представление о том, что и на всех прочих планетах Вселенной необходимым условием развития биосферы является наличие крупного спутника. При этом ни у одной планеты земной группы, за исключением Земли, крупного спутника нет. Следовательно, вероятность возникновения системы типа «Земля+Луна» не слишком велика, что, как кажется, заставляет существенно понизить и вероятность возникновения жизни во Вселенной, по крайней мере сложных форм жизни.
Это заключение было в некоторой степени поколеблено Джеком Лисо и его коллегами, которые в 2011 году представили результаты более точных расчётов эволюции безлунной Земли (статья вышла из печати уже в этом году). Прямое интегрирование (а не усреднённое, как у Ласкара и Робутеля) показало, что даже при отсутствии Луны пространственные колебания земной оси оказываются не такими значительными. Понятно, что эти расчёты, как любые долговременные расчёты эволюции Солнечной системы, имеют только статистический смысл и не предсказывают реального развития событий. Однако с их помощью всё-таки можно сделать некоторые выводы.
Эволюция безлунной Земли в работе Лисо и других сильно зависит от того, с какого значения угла наклона начинается расчёт. Если бы безлунная Земля всегда вращалась с периодом 24 часа и имела начальный наклон, близкий к теперешнему, её ось действительно испытывала бы достаточно сильные колебания, хотя они с большой вероятностью не были бы настолько сильны, как предсказывал Ласкар. Конечно, плюс-минус десять градусов тоже не сахар, но это не беспорядочные кувыркания Марса. Глядишь, как-нибудь приспособились бы.
Но и это ещё не всё. Важно то, что Земля, у которой никогда не было Луны, это не то же самое, что Земля, у которой Луну вдруг убрали. Наш спутник замедляет вращение Земли, и потому Земля без Луны вращалась бы гораздо быстрее, имея при этом более сплюснутую (от быстрого вращения) форму. Это сделало бы её ещё более устойчивой к колебаниям. Расчёты Лисо сотоварищи показывают, что безлунная Земля с десятичасовым периодом и начальным углом между экватором и орбитой порядка 30° испытывает колебания этого угла порядка нескольких градусов. Если же раскрутить Землю так, чтобы она совершала оборот за 2-4 часа, колебания вообще практически пропадают. Правда, возникает вопрос, захотели ли бы мы вообще жить на планете с такими короткими сутками.
Так что получается, что роль Луны как необходимого ингредиента обитаемой планеты как минимум преувеличена. Но и это ещё не всё! Как бы комфортно мы ни чувствовали себя сейчас, следует помнить, что так будет не всегда, и именно Луна может в будущем сыграть роль дестабилизирующего фактора!
Она ведь не просто замедлила вращение Земли, она продолжает делать это и сейчас, попутно удаляясь от нас. В результате прецессия земной оси будет постепенно замедляться, и на временах порядка миллиардов лет Земля сможет попасть в резонанс с колебаниями орбитальных параметров — со всеми вытекающими отсюда хаотическими последствиями. Причём это произойдёт не несмотря на наличие Луны, а именно благодаря её наличию. Так что даже если крупный спутник необходим для развития сложных форм жизни, он может оказаться нежелательным фактором для долговременного существования этой жизни.
Конечно, и здесь не нужно забывать о методической неопределённости этих расчётов и о большом количестве входящих в них плохо известных факторов — эволюция системы Земля-Луна зависит от внутреннего строения Земли, от взаимодействия планеты с атмосферой и гидросферой, от будущей конфигурации орбит других планет… Одно сочетание этих параметров может предсказать попадание в зону хаоса чуть ли не в пределах миллиарда лет, другое сочетание отодвигает его на времена, большие оставшегося времени жизни Солнца… В общем, то ли дождик, то ли снег, то ли будет, то ли нет.
Но в контексте 2012 года важно другое: ни одна из имеющихся моделей эволюции вращения Земли не предсказывает возможности быстрых изменений. Так, как оно есть сейчас, будет не всегда. Но и скоро тоже не закончится.
Источник
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
Луна стабилизирует земную ось
А вот это — интересно! Поясните, пожалуйста. Ведь, вроде как, доказано обратное.
По поводу землетрясений. Статистика показывает, что ни расстояние до Луны, ни фаза не коррелируют с частотой землетрясений. С большой натяжкой можно сказать, что на перигее землетрясения происходят чаще. Можно сделать фантастическое предположение, что землетрясения происходят, когда орбита Луны подвергается КОРРЕКЦИИ. Ее параметры далеко не случайны, продуманы, и дожны находиться в пределах согласно техническому заданию. Луна повторяет путь Солнца в земном небе, ее точки нулевого склонения зачем-то привязаны к точкам весеннего и осеннего равноденствия, большая полуось ее орбиты пульсирует с периодом 7 синодических месяцев (не полгода). Чтобы все работало как ЧАСЫ, иногда требуется коррекция).
По приливам та же картина. Нужно хорошую статистику по приливам сопоставить с фазами и расстоянием до Луны и все встанет на свои места. Я собираюсь это сделать. А пока вот ссыка:
Ученые предлагают добровольцам искать на Луне следы инопланетян
Пол Дейвис (Paul Davies) и Роберт Вагнер (Robert Wagner) из университета штата Аризона в городе Тусон (США) полагают, что их предложение хорошо дополняет существующую программу поиска внеземной жизни SETI и при этом не требует существенных финансовых вливаний.
Несмотря на мизерные шансы того, что инопланетяне оставили свои следы в виде артефактов или искусственных форм рельефа, у этой идеи есть свои преимущества — близость к Земле и практически «вечная» сохранность таких следов, — пишут ученые.
Астрономы обратили внимание на то, что человечество накопило огромные базы данных по рельефу, минеральному составу и другим свойствам Луны.
В частности, автоматическая межпланетная станция LRO непрерывно делает высококачественные снимки поверхности Луны с разрешением 50 сантиметров на пиксель. С момента запуска в июне 2009 года зонд обработал четверть поверхности спутника Земли. Общее число снимков уже достигает 340 тысяч, их количество должно достигнуть миллиона к концу срока работы аппарата на орбите Луны.
Дейвис и Вагнер полагают, что пристально изучить и обработать все эти изображений нельзя даже силами относительно крупных научных коллективов. Они предлагают два варианта решения этой проблемы, и оба они связаны с интернетом.
Первый включает в себя организацию и поддержку сети распределенных вычислений — централизованной сетевой структуры, использующей вычислительные мощности компьютеров пользователей для решения разных однотипных задач. Это не единственный проект, в котором ученые пытаются задействовать силы добровольцев для решения сложных и ресурсоемких вычислительных задач. К примеру, наиболее популярная на сегодня вычислительная сеть BOINC, организованная калифорнийским институтом Беркли в 1999 году, используется для решения целого спектра задач, в том числе, обнаружения внеземного разума (проект SETI@home) и определения пространственной структуры сложных белков на основании заранее известной последовательности аминокислот (Rosetta@Home).
Второй путь для поиска следов внеземной жизни на Луне предполагает подключение усилий самих добровольцев, а не их компьютеров. Авторы статьи предлагают отправлять по несколько фотографий астрономам-любителям, которые будут отмечать самые подозрительные места на снимках поверхности Луны и дискутировать об их, возможно, внеземном происхождении.
И эта идея также не нова: подобный подход используется НАСА для выбора самого интересного тела в поясе Койпера — самой далекой части Солнечной системы, населенной небольшими каменистыми телами.
Как считают астрономы, такой метод лучше всего подходит для обнаружения артефактов, которые их предыдущие хозяева могли оставить на Луне специально для других разумных существ. Кроме того, обе стратегии пригодны для обнаружения возможных лунных баз пришельцев в сетях из так называемых лавовых трубок — системы полых тоннелей под поверхностью спутника Земли, оставленных потоками лавы в бурном прошлом Луны.
Два спутника NASA по программе GRAIL вышли на орбиту Луны. Только в марте начнутся первые эксперименты. Непростым был и путь кораблей. Три месяца полета вместо трех суток. Издалека зашли. Первые фото доступны уже сейчас, но не всем. В марте тысячи отфотошопленных фоток разлетятся по миру. Каждый школьник сможет заглянуть в таинственный мир волшебной планеты и попытаться найти загадочные артефакты среди профессиональной ретуши.
«. Третьи считают, что сказание о Граале связано с тайным оккультным обществом, основанным в незапамятные времена и обладающим сокровенным знанием, которое передается из поколения в поколение «
Итак, NASA названием своей миссии недвусмысленно дает понять, сокровенное знание существует, и миссия ГРААЛЬ имеет своей целью его сокрытие..
В марте тысячи отфотошопленных фоток разлетятся по миру. Каждый школьник сможет заглянуть в таинственный мир волшебной планеты и попытаться найти загадочные артефакты среди профессиональной ретуши.
Эта информация из достоверных источников или предположение? Учитывая, что вопрос «Были ли американцы на Луне?» до сих пор обсуждается, это будет в любом случае интересно.
Да, я уже спрашивал Пола, как получить доступ к фотографиям. Пока молчит.
Я по диагонали посмотрел Ваш материал. У меня сразу возникает замечание.
Из законов небесной механики ниоткуда не следует, что линия узлов орбиты небесного тела должна быть перпендикулярна линия апсид. Орбита может быть ориентирована в пространстве произвольным образом. Это Ваше утверждение совершенно непонятно.
Второе. При внешних воздействиях на движение Луны, в основном со стороны Солнца, поворачивается и плоскость орбиты вокруг Земли, и ее линия апсид. Причем скорости этих движений разные. Например, для искусственных спутников Земли одним из основных воздействий является несферичность Земли. За счет этой несферичности поворачиваются и плоскость орбиты (т.е. долгота восходящего узла), и линия апсид (аргумент перигея), причем с разными скоростями. При этом искусственность спутников здесь никакой роли не играет. Поэтому неясно, что именно в изменениях параметров орбиты Луны Вас настораживает. Хотя теория движения Луны достаточно сложна, но выявленные Вами закономерности имеют естественную природу.
Я весьма благодарен Вам за выявленную мою оплошность относительно перпендикулярности линий узлов и апсид, которую Вы упорно именуете линией АСПИД.
Второе. В пертурбациях плоскости орбиты ИСЗ принято винить несферичность Земли, а в дрейфе параметров лунной орбиты-Солнце. Это логично. Луна притягивется Солнцем сильнее, чем Землей. В 2 раза. (Это шутка. Но подставновка масс и расстояний в формулу для гравитационной силы дает именно такой результат)
Поворот плоскости лунной орбиты, точнее ее эллипсоподобной незамкнутой! траектории в пространстве возможен вокруг трех осей. Не правда ли? Но по отношению к какой базовой плоскости мы должны считать эйлеровы углы? К эклиптике? Или все же к экватору? Вот главный вопрос, который я поднимаю в статье. Настораживает в изменениях парамеров орбиты Луны пожалуй их стабильность и числовая стройность, гармоничность. Как например Вы объясните период колебания размера большой полуоси в 207 суток, что составляет РОВНО 7 синодичских месяцев?
Итак, орбита Луны подвергается коррекции. Имено это факт является причиной, «достаточно сложной» теории движения Луны. Это ИСЗ. Им управляют. Управление преследует вполне разумные цели.
Уважаемый Ingus! Спасибо за указание на ошибку в написании слова апсид. Я как-то редко его ипользую, так что вкралась систематическая ошибка. На счет притяжения Солнцем Луны. Здесь никакой шутки. Солце притягивает Луну сильнее, чем Земля. Поворот плоскости орбиты за счет несферичности Земли для искусственных спутников всегда происходит вокруг оси вращения Земли, поскольку проекция момента импульса на эту ось сохраняется в поле геоида (первом приближении). Что же касается Луны, то здесь все сложнее. Но резонансность параметров орбиты и вращения Луны с параметрами вращения и орбиты Земли объясняется диссипативными процессами в недрах Луны и Земли за счет приливных сил.
Долгое время астрономы не могли понять, почему множество параметров орбит и вращательного движения отдельных планет и их спутников находятся в резонансных отношениях. Ответ был дан сравнительно недавно. Насколько я помню, где-то в 60-х годах XX века нынешним директором ГАИШ Черепащуком. Как я уже сказал, дело в диссипации энергии в недрах планет за счет приливных возмущений. Поэтому резонансность параметров Луны вызвана скорее всего теми же причинами.
Черепащук главный борец с лженаукой. А Луна вообще насквозь лженаучна. Скользкая она. Я так и не понял, есть у кого-нибудь динамическая теория ее движения? Ну хотя бы в нулевом приближении- «сферического коня в вакууме»:)
Хотелось бы посмотреть его работу по диссипации однако. Поищу.
Вот на ОЗОНЕ увидел книгу:
Резонансные вращения небесных тел
Автор: В. В. Белецкий, А. А. Хентов
Наверное то, что нужно
Уважаемый Ingus, меня заинтересовала ваша уверенность и настойчивость в продвижении своих идей и расчетов. При выставлении вашей статьи я не заметила продолжения темы
На Луну, как нам кажется, действует сила с периодом 31.8 сут (проявляющая себя в ЭВЕКЦИИ Луны), сила с периодом 27.55 сут (аномалистическая) и сила с периодом 14.8 сут (половина синодического месяца, соответствует сумме частот -эвекционной и аномалистической). Период изменения большой полуоси лунной орбиты равен РОВНО 7 синодическим месяцам.
Разложение исходной функции в ряд Фурье позволяет выделить три гармоники:
Первые две создают биения:
а третья — дает эффект асимметрии по глубине модуляции
Дни 4, 20, 21, 29 весьма хороши для землетрясений. Новолуние и стареющая квадратура- вот наиболее вероятные фазы для кваки.
Введем понятие дня апсид. А1 — апогей, А2 — следующий за апогеем день. P1- перигей, P2- ну вы поняли.
P1 и почему-то P12 — ООчень подходят для тряски земли. А также A1,A2 и А5. А теперь понятно почему P12- это почти A1! 12ый день после перигея это практически апогей!! P13, P14, P15,
P16 сами случаются редко, так что за P12 как правило следует А1.
Роковыми можно считать сочетания : 29P1 -29 лунный день в перигее, 28P1, 10A1,18P3,3P3.
Такая вот статистика. 29P1 грянет 24 ноября. Хороши еще 12 окт — полнолуние на апогей и 27 окт новолуние на перигей!
А вот как выглядит распределение землетрясений во времени- 0-нет кваки, 1-есть. Штрих-код однако получился.
Если тень от маятника подвергнем быстрому Фурье получим спектр, в котором вместо одной несущей частоты 3,13 классического кило-метрового маятника с периодом 2 с появятся две — 2.7 и 8.345. Вот она нелинейщина во всей красе -две резонансные частоты вместо одной собственной.
Дальше больше. Частот будет больше.
В лунные дни 6, 12 жди беды, зато в полнолуние — тишина.
Я где-то слышал, что Луна оказывает приливное действие на Землю))). И чем она ближе, тем землетрясения вероятнее и сильнее. Смотрим:
В целом картина обратная. На расстояниях 360-400 тыс. км. распределение вероятности почти равномерно — на уровне 18%. А вот экстремальное удаление Луны заставляет Землю содрогаться! Напротив, экстремальное приближение успокаивает Землю. Парадокс теории тяготения?
Вероятность землетрясения почти не отличается от вероятности нахождения Луны на определенном расстоянии от Земли, так что связи между землетрясениями и расстоянием до Луны возможно и нет, как и динамической реакции Земли на Луну.
«В 1968 году, за год до высадки человека на Луну, американские ученые П.Мюллер и У.Сьегрен исследовали лучевые ускорения ИСЛ Лунар Орбитер 5. Они обнаружили на морях, где обязаны быть отрицательные гравитационные аномалии, в действительности имеются крупные положительные аномалии, которые нельзя объяснить ничем, кроме как концентрацией тяжелых масс. Такие структуры они назвали масконами (mass concentrations).»
Сколько можно заблуждаться, что гравитация вызвана массами? Идите и по честному измерьте. Ускорение ближе к центрам планет возрастает. Скоро мы дадим вам формулы. Полеты станут безопаснее, ибо мы сможем управлять свободным падением самолетов)
Источник