Почему Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной
Это довольно популярный вопрос, на который многие не знают ответа. Некоторые даже видят в этом какие-то происки инопланетян и строят очередные теории заговора. Но ответ прост – Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной, потому что находится в приливном захвате.
Что это означает и как так произошло, давайте попробуем разобраться без математических формул, хотя это вполне укладывается в школьный курс.
Как Луна оказалась повёрнутой к Земле одной стороной
Луна на самом деле вращается вокруг своей оси, но полный её оборот занимает столько же времени, сколько и оборот по орбите, поэтому мы всегда видим только одну её сторону. Мало того, это явление наблюдается и у многих других спутников других планет, особенно крупных – Юпитера и Сатурна. Там происходит то же самое, что и у нас с Луной.
Как вы знаете, Луна – довольно массивное и большое тело, имеющее в поперечнике 3474 километра. Она оказывает гравитационное влияние на Землю, вызывая приливы и отливы. При обороте Луны по орбите по водной поверхности Земли движется выпуклость, которая на побережье и вызывает прилив. Она огибает Землю вместе с Луной и всегда находится напротив неё. А с обратной стороны Земли, наоборот, уровень воды немного понижается и там наблюдается отлив.
Конечно, Луна оказывает влияние и на твёрдую поверхность Земли, но мы этого не замечаем. Всё-таки она гораздо твёрже и не так пластична, как вода. К тому же, расстояние большое.
В свою очередь, Земля тоже оказывает своё гравитационное воздействие на Луну, но оно гораздо сильнее, ведь наша планета гораздо больше и массивнее. И именно это за миллиарды лет привело к тому, что Луна практически «остановилась».
Дело в том, что Луна – не точка. Это огромный каменный шар, имеющий в поперечнике 3474 км. А сила гравитации сильно меняется с расстоянием, и эти 3474 довольно существенны. Почему?
Представьте себе, что Луна вращается вокруг своей оси. При этом та половина, которая повёрнута к Земле, притягивается к неё сильнее, чем обратная. Можно даже подсчитать, что она притягивается на 1.7% сильнее. И при повороте Луны возникает некоторый дисбаланс – более близкая к Земле половина оказывается всегда «тяжелее». Поэтому вращение Луны будет постепенно замедляться – это называется приливным трением.
Конечно, Луна – большое и массивное тело, его вращение очень сложно затормозить. Но раньше она находилась гораздо ближе к Земле, и разница между притяжением на близкой и дальней точке была гораздо больше. Поэтому замедление вращения происходило гораздо быстрее. И за миллиарды лет Луна оказалась полностью синхронизирована с вращением планеты – теперь она всегда повернута к Земле одной стороной.
Миллиарды лет назад Луна была гораздо ближе к Земле.
Кстати, и Земля раньше вращалась гораздо быстрее, но Луна замедлила её вращение таким же образом. Ведь она была ближе в 15 раз и воздействовала на Землю гораздо сильнее. Длительность суток была 5 часов, а за 4 миллиарда лет растянулась до 24 часов. Когда динозавры только появились, сутки длились уже 22 часа 40 минут и с тех пор удлинились не очень сильно. Дело в том, что Луна удаляется от Земли, и её гравитационное влияние ослабевает.
Представьте, какие приливы были, когда она была в 15 раз ближе, чем сейчас. Это, вероятно, было похоже на ежедневные катаклизмы. Землетрясения и извержения вулканов тогда также происходили гораздо чаще и повсеместно, и приливное действие Луны к этому тоже имело отношение.
Почему мы видим больше, чем половину Луны
На самом деле мы видим не точно половину Луны, а больше – примерно 60%. Потому что она иногда поворачивает больше то одну сторону, то другую, и мы можем как бы заглядывать дальше за её край. Это называется либрацией.
Почему так происходит, если Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной? Здесь всё тоже просто – дело в том, что орбита Луны не строго круговая, а немного вытянутая. Поэтому иногда, когда она находится в этих самых удалённых точках эллипса, нам становится поверхность «за лунным горизонтом».
Приливной захват на других планетах
Практически все спутники у других планет также находятся в приливном захвате у своих планет и повёрнуты к ним одной стороной. Даже Фобос и Деймос у Марса, несмотря на свои малые размеры, тоже синхронизировали своё вращение с планетой.
Самое интересное проявление приливного захвата можно наблюдать у Плутона и его спутника Харона. Они не очень отличаются по размерам и оба попали в приливной захват. То есть Харон всегда повёрнут к Плутону одной стороной, но и Плутон также повёрнут одной стороной к Харону.
А вот другие, мелкие спутники Плутона, в захвате не находятся, и вращаются каждый сам по себе. Что любопытно – центр тяжести (барицентр) системы Плутон – Харон находится над поверхностью Плутона, и они оба вращаются вокруг этого центра, повернувшись друг к другу одной стороной.
А что будет, если спутник окажется слишком близко к планете? Тогда приливные силы окажутся сильнее, чем собственная сила гравитации, и спутник просто разорвёт на части. Так образовались кольца Сатурна и других планет-гигантов, из раздробленных в пыль остатков разорванных гравитацией спутников.
В нашей Солнечной системе в приливном захвате находятся только спутники планет, но ни одна планета не повёрнута к Солнцу одной стороной, даже Меркурий. Но в других системах это вполне возможно, например, в системах красных карликов планеты должны находиться очень близко к звезде и находиться под действием приливного захвата. Такие близкие экзопланеты уже известны, и их довольно много.
Источник
Почему Луна повернута к Земле одной стороной? Невидимая сторона Луны
Луна — естественный спутник Земли.Таинственная и прекрасная, она с древних времен притягивала взоры астрономов. Уже тогда были подмечены многие ее особенности: смены фаз, время восхода и захода, продолжительность лунного месяца. Заметили древние ученые и постоянность лика ночного светила. Правда, в те времена они не задавались вопросом о том, почему Луна повернута к Земле одной стороной. Для них это было единственно возможное положение, вполне соответствующее бытовавшим поверьям о структуре неба.
Сегодня дела обстоят несколько иначе. Наши представления о движении и взаимодействии космических объектов, подкрепленные многочисленными наблюдениями, сильно отличаются от бытовавших в древние времена. И практически все со школьной скамьи знают, почему Луна повернута к Земле одной стороной.
Начало истории
На сегодняшний день одна из тайн, которые Луна упорно не хочет нам открывать, это ее происхождение. Различные исследования, проведенные с целью получить окончательный ответ на этот вопрос, пока породили несколько версий. По одной из них Луна и Земля — сестры, образовавшиеся примерно в одно и то же время из общего протопланетного облака. В пользу этого говорят результаты радиоизотопного анализа, позволившего определить одинаковый возраст двух космических тел. Однако существуют и данные, свидетельствующие о больших различиях в составе нашей планеты и ее спутника. Под стать им выдвигается и версия: Луна образовалась где-то далеко в космосе и, приблизившись к Земле, была ею захвачена. Близка к ней и гипотеза, предполагающая, что притянуты были несколько космических объектов, которые через некоторое время столкнулись и образовали Луну. Наконец, есть и теория, согласно которой наша планета — скорее мать для своего спутника: Луна появилась в результате столкновения Земли с огромным телом. Выбитая часть и стала впоследствии вращаться по орбите вокруг «прародительницы».
Система «спутник — планета»
Как бы там ни было, доподлинно известно лишь то, что Луна — естественный спутник Земли. Согласно астрономическим данным, ночное светило во времена своего образования располагалось гораздо ближе к нашей планете. Более того, оно быстрее облетало Землю и поворачивалось то одной, то другой стороной. Такое положение характерно для начального этапа эволюции системы «спутник — планета». Пример итога развития таких «взаимоотношений» — это Плутон и сопровождающий его Харон. Оба космических тела всегда повернуты друг другу одной стороной, их вращение синхронизировано. Но обо всем по порядку.
Приливное ускорение
Молодая Луна сразу же начала воздействовать на Землю. Выражалось это в формировании приливных волн в недавно появившихся океанах, а также и в коре. У этого воздействия два основных следствия. Во-первых, в результате некоторых особенностей строения Земли и ее вращения приливная волна опережает Луну. Вся масса нашей планеты, заключенная в подобных волнах, в свою очередь, воздействует на спутник, придает ему ускорение, и Луна начинает двигаться быстрее, постепенно удаляясь от Земли. Во-вторых, в этом процессе возникает и противоположно направленная сила, тормозящая движение материков. Как следствие, уменьшается скорость вращения Земли вокруг оси, увеличивается протяженность суток.
Луна удаляется от нашей планеты примерно на 4 см в год. Однако это не вечный процесс, и вероятность потери Землей своего спутника ничтожно мала. Завершится «побег» Луны в тот момент, когда вращение Земли вокруг оси синхронизируется с движением спутника по орбите. В этом случае наша планета будет всегда смотреть на ночное светило одной и той же стороной.
Аналогичный процесс
Легко предположить, что ответ на вопрос о том, почему Луна повернута к Земле одной стороной, связан с подобным же явлением. И действительно, сила тяготения Земли вызывает в недрах спутника аналогичные приливные волны. Поскольку наша планета более массивная, сила ее воздействия гораздо ощутимее. Повинуясь ей, Луна уже давно синхронизировала свое вращение с движением вокруг Земли. В результате появилась всегда доступная для наблюдения и невидимая сторона Луны.
Чуть больше половины
Внимательный астроном-любитель достаточно быстро может обнаружить, что лик ночного светила все же несколько изменяется. Видимая сторона Луны не занимает ровно ее половину. Орбита ночного светила отклоняется от плоскости вращения Земли вокруг Солнца (эклиптики) примерно на 5º. Кроме того, на 1,5º относительно траектории движения Луны смещена ее ось. В результате для наблюдения доступны до 6,5º над и под полюсами спутника. Этот процесс называется либрацией лунной широты. Аналогично происходит колебание долготы спутника. К нему приводит изменение скорости движения Луны в зависимости от расстояния до Земли. Скрытая от глаз часть спутника за счет этого сокращается, а другая сторона Луны, освещенная, увеличивается до 7º долготы. Так и получается, что в общей сложности наблюдать можно до 59% лунной поверхности.
В далеком будущем
Итак, вопрос о том, почему Луна всегда одной стороной смотрит на Землю, находит ответ в особенностях воздействия силы тяготения планеты на спутник. Однако, как было сказано, аналогичный процесс спустя определенное время приведет к тому, что и Земля будет смотреть на ночное светило только одной своей частью, вне зависимости от того, в какой фазе Луна. По расчетам Джона Дарвина, внука основоположника теории эволюции, длительность суток к этому моменту будет равняться пятидесяти привычным нам дням. Расстояние, разделяющее Землю и Луну, увеличится при этом примерно в полтора раза. Это и будет то самое идеальное состояние системы «спутник — планета».
Солнечные приливы
Есть, правда, некоторая вероятность, что Луне никогда не суждено достигнуть достаточного удаления. Причина такой возможности кроется в солнечный приливах. Дневное светило оказывает аналогичное лунному воздействие как на планету, так и на спутник. Если в теоретическое построение будущего двух космических тел включить этот факт, получается, что на определенном расстоянии от Земли Луна снова станет приближаться. У этого сокращения дистанции будут разрушительные последствия. Когда Луна окажется на расстоянии 2,9 радиусов Земли, она будет разорвана на части силами притяжения.
Еще одно «но»
Однако и эта картина может не реализоваться. Дело в том, что по прогнозам, удаление Луны, затем ее приближение и, наконец, гибель займут несколько триллионов лет. За это время может случить катастрофа более серьезного масштаба, по крайней мере для всего живого на планете. Потухнет Солнце, исчерпавшее все запасы звездного топлива. Вслед за этим изменятся и все условия взаимодействия в планетной системе светила.
Исследование
Другая сторона Луны, недоступная непосредственному наблюдению, длительное время представляла собой тайну, в буквальном смысле покрытую мраком. Лишь начало космической эры подарило возможность познакомиться с ней поближе. Первым летательным аппаратом, сфотографировавшим около 70% поверхности скрытой части, была советская «Луна-3». Снимки, переданные на Землю, показали, что рельеф обратной стороны несколько отличен от характера видимой поверхности. Здесь практически отсутствовали равнины морей. Обнаружено было только два подобных образования, впоследствии названные Морем Москвы и Морем Мечты.
Гигантский кратер
В 1965 году к Луне направился космический аппарат «Зонд-3». Он завершил съемку невидимой части спутника. Изображение оставшихся 30% поверхности лишь подтвердили сделанные ранее выводы: поверхность в этой части покрыта кратерами и горами, но морей на ней практически нет.
Наиболее впечатляющими размерами обладает один из кратеров, размещающийся именно на темной стороне Луны. Его протяженность составляет 2250 км, а глубина — 12 км.
Гипотезы
Сегодня тайны обратной стороны Луны во многом разгаданы. Однако человеческому уму свойственно фантазировать о тех вещах и явлениях, которые недоступны непосредственному наблюдению. Потому на просторах интернета легко встретить самые причудливые гипотезы, имеющее отношение ко всей Луне в целом или только к ее скрытой от глаз стороне. Есть предположения об искусственном происхождении спутника, его населенности внеземным разумом и намеренном сокрытии одной из сторон. Встречаются и упоминания о таинственной космической базе, размещенной на темной части спутника. Подобные версии довольно трудно как подтвердить, так и опровергнуть. Насколько бы они ни были правдивы или ложны, в их основе лежит та же причина, что подвигла людей на освоение космоса: надежда найти в безбрежных просторах Вселенной собратьев по разуму, желание прикоснуться к неизведанному.
Однако сегодня достаточно точно известно, почему Луна повернута к Земле одной стороной. Да и предположение об искусственном происхождении не получило сколько-нибудь серьезного продолжения. Ответ на этот вопрос стал столь же очевиден, как и понимание, в какой фазе Луна сегодня и почему. Нельзя, правда, сказать, что мы знаем о земном спутнике все и никаких открытий в будущем не ожидается. Напротив, ночное светило под стать древним божествам, олицетворявшим его, остается таинственным и не спешит делиться секретами. Человечеству еще предстоит узнать немало интересного о спутнике нашей планеты. Возможно, новый этап изучения, начавшийся совсем недавно, принесет плоды уже в ближайшее время. Совершенно точно, что огромное значение в этом смысле имеет реализация некоторых проектов НАСА. Среди них «Аватар», заключающийся в разработке костюма телеприсутствия. Он позволит, находясь на Земле, с помощью роботов проводить эксперименты на Луне. Огромные надежды возлагаются и на проект колонизации, реализация которого выльется в размещение научной базы на спутнике нашей планеты.
Источник