Почему Луна повернута к Земле одной стороной
Тысячелетиями люди видят на небе наш естественный спутник. Самые любознательные разглядели моря и кратеры и даже задумались, почему Луна повернута к Земле одной стороной.
В глубокой древности мудрецы и обыватели считали, что мир создан богами, устроен мудро, а принимать его нужно таким, какой он есть. Со звездами и планетами были связаны мифы, в которых небесные тела одушевлялись, вступали друг с другом в конфликты и жили, с высоты взирая на смертных. Развитие науки привело к появлению обоснованных теорий, изобретение телескопов и новых математических методов позволило взглянуть на проблему под другим углом, не ссылаясь на божественное происхождение космических объектов. Фантастические гипотезы не канули в прошлое, напротив, даже придуманы новые, по одной из них, наш спутник — замаскированный инопланетный корабль. Некоторые думают, что спутник вообще не вращается или даже является голографической проекцией. Но погоня за сенсациями не отменяет научных фактов и доказательств, которые отвечают на одно из многочисленных «почему». Луна повернута к Земле одной стороной из-за приливного взаимодействия небесных тел.
Половина и еще чуть-чуть
Если наблюдать за ночным небом регулярно, можно заметить, что видно неровно половину светила, а немного больше. Это из-за особенностей лунной орбиты. Ось вращения спутника наклонена к его орбитальной плоскости, так что по мере движения ночного светила вокруг нашей планеты мы видим то северный, то южный полюс Луны, по 6,5 градусов сверху и снизу. Из-за вытянутой орбиты спутник движется по ней с переменной скоростью, но крутится вокруг оси с незначительными изменениями скорости. С Земли заметна такая неравномерность вращения, отчего и открываются небольшие участки обратной стороны, с каждого края по 7,5 градусов. Эти колебания называются лунными либрациями, они открывают взгляду 59% лунной поверхности.
Как приливные силы повлияли на движение планет
Лунное притяжение заставляет подниматься воду в земных океанах. Возникают две огромных выпуклости: одна со стороны, что обращена к Луне, другая — с противоположной. Спутник вращается вокруг планеты, поэтому горбы следуют за ночным светилом по поверхности Земли, набегая на побережья, где уровень воды иногда повышается на несколько метров. За сутки это случается дважды, днем и ночью, с разницей 12 часов. Но притяжению поддается и земная кора, она тоже вздымается, правда, заметить это непросто: подъем незначителен и составляет максимум десятки сантиметров. Кора деформируется, внутри нее возникает трение, на его преодоление тратится энергия, отчего происходит потеря скорости осевого вращения планеты.
На Луне происходит то же самое, но без воды. Поскольку Земля крупнее, она действует на спутник с большей силой. Миллиарды лет назад осевое вращение Луны начало замедлятся из-за действия земной гравитации. Это явление называют приливным захватом, наблюдается оно и у других планет, имеющих спутники. Время, которое уходит на один оборот Луны, совпадает с тем, которое требуется ей, чтобы облететь нашу планету. Таково объяснение, почему Луна всегда повернута к Земле одной своей стороной. Планета и спутник за миллиарды лет скорректировали свое вращение, которое стало синхронным, хотя в самом начале картина была другой: обе стороны ночного светила показывались над Землей, где тогда еще не было жизни.
Приливные силы
Ускорение Луны
Два приливных горба, которые появляются с обеих сторон Земли, отличаются по размерам: тот, что на обращенной к спутнику стороне, больше того, что возникает на противоположной. Он немного опережает ход Луны, ведь Земля оборачивается вокруг оси за меньшее время. Большой горб оказывает ответное воздействие на ночное светило: словно бы тянет за собой и ускоряет его движение по орбите. Это приводит к тому, что наша постоянная спутница каждый год отдаляется на 3,8 см. Когда-то она находилась ближе, но ее оттолкнули все те же приливные силы.
Со временем расстояние увеличится, орбитальная скорость Луны возрастет, Земля тоже будет обращена к ней одним боком и при этом замедлит вращение. Это уже произошло с Плутоном и его спутником Хароном: они как будто скреплены невидимым стержнем. Наша планета достигнет такого же идеала, но человечество его не увидит, ведь случится это спустя триллионы лет, когда Солнце израсходует всю энергию, а условия для жизни на Земле станут неподходящими. Например, подсчитано, что при увеличении расстояния в полтора раза продолжительность земных суток увеличится в пятьдесят раз! Равновесие в космосе не всегда означает гармонию по человеческим меркам.
Выяснив, почему же Луна повернута к Земле одной стороной, многие спросят, не улетит ли разогнавшийся спутник в космические дали? Этого не произойдет, потому что Солнце тоже вызывает приливы, действуя на небесные тела. Поэтому на определенной дистанции беглянка снова начнет сближаться с планетой. В теории может случиться так, что Луна подойдет чересчур близко и разрушится под действием гравитационных сил. Эту гипотезу проверить тоже не удастся, поэтому остается лишь наблюдать за спутником с Земли и из космоса, стараясь постичь его тайны.
Источник
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 повёрнута к нам одной стороной?
Луна всегда обращена к Земле только одной стороной. Но почему так происходит?
Луна — наш единственный природный спутник. Время его обращения вокруг нашей планеты составляет около 28 суток. Но самое удивительное то, что оборот вокруг своей оси Луна также делает за 28 суток. Это и является причиной того, что наблюдатель с Земли всегда видит только одну её сторону. Почему оба периода настолько точно совпали? Это не случайно, как многие думают.
Наша космическая соседка оказывает сильное влияние на нашу планету. Так, своей силой гравитации она притягивает к себе огромные массы воды — образуется так называемый приливный эффект. На той стороне планеты, которая в данный момент находится ближе к Луне, образуются приливы, а по бокам, соответственно, наблюдаются отливы.
Пока Земля вращается вокруг своей оси, приливные волны «бегут» вслед на Луной. Те же приливные силы действуют и на луну. В результате под воздействием силы гравитации Земли, Луна слегка «вытянулась» в ее сторону. Именно поэтому спутник давно совместил периоды обращения вокруг Земли и вращения вокруг собственной оси.
Кроме этого, приливные волны Земли создают импульсы, заставляющие Луну ускорять свое вращение как вокруг нашей планеты, так и вокруг её собственной оси. В результате этого ночное светило каждый год отдаляется от нас на несколько сантиметров.
Интересный факт: мы видим не ровно половину Луны, а чуть больше (около 55%). По широте это происходит из-за небольшого наклона оси вращения спутника относительно плоскости его орбиты. По мере обращения он поворачивается к нам разными полюсами и мы видим небольшую часть «обратной» стороны. Также небольшую часть «тёмной стороны» можно наблюдать и по долготе, благодаря эллиптической орбите Луны.
Источник
Почему Луна повернута одной стороной к земле?
Луна повёрнута к Земле только одной стороной потому что находится в приливном захвате. Со школьных уроков всем знаком закон всемирного тяготения. По формуле, которая выражает этот закон видно, что с удалением (увеличением расстояния) притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния, то есть быстро, да еще и с ускорением.
Школьный учитель всегда скажет: «Для простоты берём расстояние между центрами тел», так как тела считаются шарообразными и однородными, а их диаметры считаются несущественными по сравнению с расстоянием. Или другими словами, тела считаются сравнительно далёкими друг от друга, как Солнце и Земля, например.
Между тем, даже школьнику должно быть понятно, что вся масса тела не сосредоточена в центре. Т.е. к Земле притягивается не центр Луны, а каждая её частичка. Чтобы понять, что же там происходит не прибегая при этом к интегралам, можно мысленно разделить Луну на две половинки — ближнюю к нам (видимую) и дальнюю — и посчитать силу притяжения для обеих (для центра тяжести полушара есть сокращённые формулы, их легко найти). Получится, что видимая половинка притягивается к Земле чуть-чуть сильнее, чем дальняя, так как она ближе. Эта разница тем сильнее, чем теснее вращаются друг к другу тела. (Это из-за того. что r стоит в квадрате)
Начиная с определённого расстояния эта разница может приводить к деформации спутника. Каждый раз поворачиваясь вокруг своей оси деформированный спутник будет преодолевать тормозящий момент сил, создаваемый этой разницей. Так работает приливное трение.
За несколько тысяч миллионов лет такого торможения Луна замедлила своё вращение настолько, что её собственная угловая скорость вращения совпала с угловой скоростью обращения вокруг Земли.
В таком положении приливное трение Луны минимально, и потому это состояние является стабильным. Дальнейшего замедления уже не происходит.
Из-за того, что орбита Луны не точно круговая, Луну раз в месяц немного заносит и она чуть-чуть показывает нам свой правый бок, а через полмесяца — левый. Эти колебания называются либрациями. Из-за них с Земли реально наблюдается не половина Луны, а в совокупности почти 60% её поверхности. Приливное трение всегда успокаивает эти либрации и по этому происходит также и стабилизация орбиты самой Луны, но это очень медленный процесс.
Расстояние (радиус орбиты) на котором начинается приливный захват можно рассчитывать. Для этого нужно знать массы двух тел, их собственные диаметры, а также плотности. Например. часто мы можем слышать о многих открытых в последнее время экзопланетах, что они тоже находятся в приливном захвате у своих звёзд. То есть всегда повёрнуты к ним только одной своей стороной.
Если вращающееся по тесной орбите тело продолжит сближение со своим компаньоном, то на некотором критическом расстоянии приливные силы (то есть разница между притяжением ближней и дальней стороны) могут превзойти гравитационные силы удерживающие это тело в целом состоянии. И тогда произойдёт разрушение спутника и образование системы колец, как у Сатурна. Паре Земля-Луна это не грозит, так как Луна не приближается, а удаляется.
- Две половинки Луны притягиваются к Земле не одинаково. Ближняя — сильнее.
- Эта разница достаточно велика, чтобы затормозить вращение Луны, немного деформировать её и окончательно запереть в таком относительном положении.
- Это явление называется приливным захватом. Не только Луна находится в приливном захвате. В таком же положении кроме Луны находятся многие другие спутники в нашей Солнечной системе, а также и целые планеты в системах многих других звёзд.
Источник