Как луна влияет на приливы и отливы
Предки считали, что Луна оказывает значительное влияние на нашу планету. Самое яркое проявление связано с изменениями в водоемах, особенно хорошо это прослеживается в морях и океанах. В статье рассмотрим, влияние Луны на приливы и отливы.
Механизм явления: приливы и отливы
Уровень вод мирового океана зависит от расположения Земли по отношению к Солнцу и Луне. Наша планета, вращаясь, изменяет горизонтальное положение толщи воды. Этот процесс, происходящий в водоемах, ученые подразделяют на три степени.
- Явление полной воды – вода поднимается до максимального уровня.
- Отлив – постепенный отток, который наблюдается на протяжении 6 часов.
- Явление малой воды – минимальное снижение воды в водоеме.
Луна изменяет уровень вод мирового океана и приподымает их. Весь процесс занимает в среднем 12,5 часов. Когда бывает новолуние и полнолуние, расстояние между уровнями минимального и максимального подъема увеличиваются. При влиянии Луны на приливы и отливы происходит сближение амплитуд больших и малых вод.
Причины возникновения приливов и отливов на Земле
На приливы и отливы оказывают действие два небесных тела: Луна и Солнце. Рассмотрим особенности их влияния.
Воздействие лунной энергии
Почему Луна влияет на приливы и отливы? Она – ближайшая спутница Земли. Лунное притяжение поднимает ближайший к спутнику участок водоема, а вращение Земли заставляет повышаться противоположную часть. Водяной гребень движется к берегу, увеличивая уровень. Так происходят приливы. Приливные выступы с излишком воды образуются одновременно с двух сторон Земли: в обращенной к Луне и противоположной. Из-за этого в перпендикулярных точках уровень воды понижается и наблюдается отлив.
Фазы Луны влияют на приливы и отливы в часовых поясах. В противоположных полушариях они происходят в одинаковое время.
- Луна, проходя первую фазу, движется против часовой стрелки. Ее наблюдают в западной части неба. Амплитуда водных колебаний уменьшается;
- В фазе первой четверти правая сторона Луны освещается, а Солнце снижает воздействие гравитации;
- Находясь во второй фазе, расстояние между Луной и Солнцем растет. Видимость Селены увеличивается. Наступает полнолуние, повышается амплитуда водных колебаний;
- Полнолуние – это максимальное удаление гидросферы Земли от Луны и Солнца. Небесные тела дают свои отливы и приливы. После этой точки происходит обратный эффект.
Влияние деятельности Солнца
Солнце находится на большом расстоянии от Земли, соответственно сила его воздействие меньше. Приливы называют солнечными и лунными, когда Земля, Солнце и Луна выстраиваются в прямую линию. Солнечный приток происходит ровно за одни сутки, лунный занимает около 25 часов.
Основные разновидности приливов и отливов
Лунные приливы и отливы разделяют по степени длительности.
- Полусуточные – полная вода сменяется малой. Такое явление проходит два раза за одни сутки. Амплитуды практически одинаковы;
- Суточные – по одному отливу и приливу. Когда Луна движется через экватор, уровень водоемов практически не изменяется. Если угол отклонения Луны невелик, то происходят маломощные приливы, если угол увеличивается – они набирают силу;
- Смешанные – это подъем воды, описанные в п. 1 и 2 с несвойственными проявлениями;
- Аномальные проходят в водоемах с небольшой глубиной. Время на водный приток сокращено.
Приливы практически незаметны в тех морях, которые отделены неширокими проливами от океанов.
График приливов и отливов на Земле
Для людей, чья деятельность связана с морями и океанами, разработаны таблицы с графиком приливов и отливов. В них обозначены периоды и пики этих явлений, фазы восхода Луны и Солнца, расчет амплитуды изменения уровня вод. Явления происходят летом и зимой в одно и то же время по меридиану. Весной и летом с отклонением на 23 градуса от линии максимального водяного притока и оттока. Графики дают только ориентировочную информацию, так как природа не подвластна человеку. Ее каприз может случиться в любое время.
Влияние приливов и отливов на окружающую среду и человека
Изменение уровня водоемов имеет большое значение для прибрежных обитателей, промышленной деятельности человека, обустройства курортов. Стихия может не только нанести значительный вред, но и оказать помощь и положительное воздействие на организацию отдыха человека.
Волны – убийцы: гипотезы и последствия явления
Человеку кажется, что воздействие небесных тел на Землю хорошо изучено, но катаклизмы все равно случаются. Когда наиболее сильно воздействует Луна и Солнце, образуются гигантские водяные глыбы, достигающие 25 метров в высоту. Волны с огромной амплитудой способны унести в открытое море даже огромные танкеры. Природа их возникновения мало изучена: стремительное формирование и резкое исчезновение до сих пор вызывают споры ученых. Зафиксировать явление удалось с помощью спутников-радаров. Аномальные гребни волн угрожают тем, кто живет в прибрежных районах, разрушает пляжи, наносят вред жилищам.
На организмы населяющие землю
Морские животные больше всех испытывают на себе воздействие уровня водяных колебаний. Моллюски и устрицы начинают активно увеличивать свою популяцию во время приливов.
Небольшим животным колебания уровня воды приносит неудобства. Они вынуждены менять места обитания и перебираться ближе к берегу, чтобы отлив не унес их в море, а прибывшие волны не затопили дома.
На жизнедеятельность человека
Человек начал использовать силу притяжение и воздействия Луны в середине XX века. В разных уголках мира стали появляться гидроэлектростанции. Их принцип работы связан с приливной силой и кинетической энергии вращения нашей планеты. Такие станции строят на морских берегах, где уровень воды подвержен изменению два раза в сутки, а амплитуда может достигать 18 м. В России в 1968 году была введена в эксплуатацию приливная электростанция на берегу Баренцева моря.
В судоходстве фазы полной воды используются для разгрузки судов, следующих вверх по течению рек. В этом помогают графики, по ним капитаны определяют ориентировочное время поднятия воды и амплитуду волны.
Время и сила приливной волны влияют на обустройство курортных зон и пляжей, занятия морскими видами спорта. Люди научились использовать энергию Луны в своих целях, хотя непредвиденные обстоятельства способны нарушить все планы.
Живу по лунному календарю с 2012 года. Все практики, о которых рассказываю сначала опробовала на себе.
Источник
Начала физики. 20. Приливные силы и эволюция системы Земля-Луна.
Приливные силы — это разность гравитационных сил притягивающего тела на «концах» притягиваемого тела. Они растягивают оба тела вдоль прямой, соединяющей центры масс этих тел. Земля растягивает Луну, а Луна, в свою очередь, растягивает Землю. Этот эффект на Земле мы наблюдаем в виде дважды в сутки набегающих на берега океанов приливов и последующих отливов.
1. Приливные силы.
Получить закон приливного тяготения просто. Рассмотрим систему планета-спутник с планетой массы М и радиуса R 0 и спутником массы m и радиуса R 1 , обращающемся вокруг планеты. Для простоты рассуждений будем считать планету Землей, а спутник — Луной. Если расстояние между центрами планеты и спутника есть r, то действующая со стороны планеты на спутник приливная сила есть
F зл = GmM/(r — R 1 ) ² — GmM/(r + R 1 ) ², (1)
а действующая со стороны спутника на планету приливная сила есть
F лз = GmM/(r — R 0 ) ² — GmM/(r + R 0 ) ². (2)
Мы видим, что эти выражения отличаются только размером (радиусом) притягиваемого тела.
Заметим, в случае системы Земля-Луна r >> R 0 и r >> R 1 . Будем считать эти соотношения стандартом, то есть не будем рассматривать слишком близкие друг к другу планету и спутник. Тогда выражения (1) и (2) можно разложить в ряд Тэйлора по малым параметрам r/ R 0 и r/ R 1 и в первом приближении по этим малым параметрам отношений радиусов планеты и спутника к расстоянию между их центрами выражения (1) и (2) можно заменить на:
F зл ≈ 4GMm R 1 /r ³, (3)
F лз ≈ 4GMm R 0 /r ³, (4)
Откуда видно, что приливные силы обратно пропорциональны кубу расстояния между небесными телами и пропорциональны размеру притягиваемого тела.
2. Что творят эти приливные силы?
Поскольку небесные тела не абсолютно тверды, то приливные силы растягивают их вдоль линии, соединяющие их центры. А поскольку они не абсолютно упруги, то деформация растяжения приводит к диссипации энергии в их недрах. Вдобавок, если эти тела вращаются вокруг своих осей и периоды таких вращений не совпадают с их орбитальными периодами (как ныне у Луны), то их растяжение бежит по недрам и поверхности тел с угловой скоростью, равной разности угловых скоростей орбитального и собственного (вокруг своей оси) вращений. В результате деформация растяжения сменяется деформацией сжатия тела с частотой, равной разности угловых скоростей орбитального и собственного вращений. Что приводит к непрерывной диссипации энергии вращения небесного тела.
Эта диссиппация энергии уменьшает момент импульса вращения небесного тела вокруг своей оси. В случае достаточно малых тел (спутники планет) этот процесс завершается синхронизацией орбитального периода с периодом вращения вокруг своей оси за достаточно малое по космологическим меркам времени. Именно это произошло с Луной, Галилеевыми спутниками Юпитера и еще рядом спутников планет солнечной системы. И факт завершения этого процесса называют приливным захватом спутника. В этом случае приливной горб на спутнике, ориентированный по линии, соединяющей планету и спутник, стоит на месте, деформация спутника стационарна и диссипация энергии прекращена.
Приливные силы взаимны. Поэтому Луна растягивает Землю в направлении на себя. Но Земля вращается вокруг своей оси гораздо быстрее, чем Луна вокруг нее. И поэтому деформация растяжения (приливной горб) бежит по Земле и совершает оборот примерно за сутки (приливных горба — два, один на стороне Луны, другой — на противоположной стороне). Периодическая деформация тела Земли из-за диссипации ее энергии замедляет вращение Земли вокруг своей оси. Но из-за существенной разницы в массах Земли и Луны этот процесс идет чрезвычайно медленно. Насколько?
По последним геологическим данным примерно 1,4 миллиарда лет назад длительность земных суток составляла 18,7 нынешних земных часов, а не 24 часа, как сейчас. Другими словами — длительность земных суток убывает на один час примерно за 265 миллионов лет. А поскольку история Земли как небесного тела насчитывает примерно 4,5 млрд. лет, то в начале своей истории (оценка по грубой линейной аппроксимации) длительность земных суток составляла около 7 нынешних земных часов.
Вдумчивый студент сразу заметит — «Простите, момент импульса вращения Луны вокруг своей оси уменьшился до некоей минимальной величины, момент импульса вращения Земли вокруг своей оси продолжает уменьшаться, но система Земля-Луна является замкнутой в том смысле, что в окружающем эту систему пространстве нет тормозящих ее вращение сил. Значит, и момент импульса этой системы должен сохраняться! Куда же он девается?«
Задав такой вопрос этот студент неявно на него и ответил. Момент импульса системы Земля-Луна должен сохраняться. Но убыль момента импульса из вращательных движений Земли и Луны вокруг их осей должна полностью компенсироваться прибылью момента импульса в орбитальном движении Луны вокруг Земли. Другими словами, радиус орбиты Луны должен непрерывно увеличиваться. И астрономические наблюдения последних лет полностью подтверждают этот вывод — радиус орбиты Луны увеличивается темпом в 3,9 сантиметра в год. А полный момент импульса системы Земля-Луна, действительно, сохраняется.
Есть еще один вопрос. А каковы действующие на Землю приливные силы от Солнца и какова их роль? Да, Солнце почти в 27 млн. раз массивней Луны, но зато почти в 400 раз дальше Луны. И если масса входит в выражение приливной силы линейно, то расстояние — в третьей степени. Надо, очевидно, посчитать. Расчет для средних расстояний Солнца и Луны от Земли показывает, что действующие на Землю приливные силы от Солнца оказываются чуть меньше половины приливных сил от Луны. Поэтому приливы в земных океанах, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются вдоль одной прямой, оказываются максимальными.
Источник
Гравитация Земли ощутимо деформирует поверхность Луны
Фото: NASA/LRO/Arizona State University/Smithsonian Institution
Земля вызывает на Луне своеобразные «приливные волны», которые, в свою очередь, приводят к деформации поверхности естественного спутника Земли. Об этом стало известно после детального изучения фотографий поверхности Луны, полученных астрономами благодаря использованию Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Аппарат сделал уже множество снимков, и на некоторых из них видны геологические структуры, нечто вроде продольных откосов, которые, возможно, являются следствием воздействия гравитационного поля Земли на Луну в прошлом или даже настоящем.
По мнению ученых, особенно сильную деформацию поверхности Луны Земля вызывала еще тогда, когда горячая поверхность Луны остывала, но не была полностью твердой. «Приливные волны», вызываемые Землей, приводили к тому, что поверхность Луны деформировалась. Возможно, этот процесс продолжается и сейчас, считают ученые.
На одном из фото, присланным LRO, хорошо видно 14 откосов (обрывов), протяженность которых составляет несколько километров. Оказывается, такие структуры встречаются на Луне очень часто, их там многие тысячи — если точнее, то ученые насчитали 3200 подобных объектов.
Карта Луны с нанесенными «уступами» (красные линии и точки)
Воздействие Земли на свой спутник максимально сильно проявляется на поверхности самого близкого и самого дальнего от себя региона Луны. Тем не менее, Земля оказывает на Луну гораздо более слабое влияние, чем Луна на Землю. Разница может быть в 50 или даже 100 раз. Хотя Луна и вращается вокруг своей оси, она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть обращение Луны вокруг Земли и вращение вокруг собственной оси синхронизировано. Эта синхронизация вызвана трением приливов, которые производила Земля в оболочке Луны. Согласно законам механики, Луна ориентирована в поле тяготения Земли так, что на Землю направлена большая полуось лунного эллипсоида
Толщина коры Луны в среднем составляет 68 км, изменяясь от 0 км под лунным морем Кризисов до 107 км в северной части кратера Королёва на обратной стороне. Под корой находится мантия и, возможно, малое ядро из сернистого железа (радиусом приблизительно 340 км и массой, составляющей 2 % массы Луны). Любопытно, что центр масс Луны располагается примерно в 2 км от геометрического центра по направлению к Земле. По результатам миссии «Кагуя» было установлено, что в Море Москвы толщина коры наименьшая для всей Луны — почти 0 метров под слоем базальтовой лавы толщиной 600 метров.
Если гипотеза ученых верна, то на Луне могут возникать лунотрясения, и довольно сильные — их сможет обнаружить земной сейсмограф, установленный на поверхности Луны. Сейчас астрономы продолжают изучение спутника Земли, внимательно обследуя фотографии, присылаемые LRO.
Источник