Орбіта Місяця. Вплив Місяця на Землю

Місяць — супутник нашої планети, з незапам'ятних часів притягує погляди вчених і просто цікавих людей. В стародавньому світі і астрологи, і астрономи присвячували їй значні трактати. Від них не відставали і поети. Сьогодні в цьому сенсі мало що змінилося: орбіта Місяця, особливості її поверхні і надр ретельно вивчаються астрономами. Укладачі гороскопів також не зводять з неї очей. Вплив супутника на Землю вивчається і тими і іншими. Астрономи досліджують, як взаємодія двох космічних тіл відбивається на рух і інших процесах кожного. За час вивчення Місяця знання в цій області значно збільшилися.

Походження

За дослідженнями вчених, Земля і Місяць утворилися приблизно в один час. Вік обох тіл становить 45 мільярда років. Існує кілька теорій походження супутника. Кожна з них пояснює окремі особливості Місяця, але залишає кілька невирішених питань. Найбільш близькою до істини сьогодні вважається теорія гігантського зіткнення. Згідно гіпотезі, планета, за своїми розмірами схожа з Марсом, зіткнулася з молодою Землею. Удар прийшовся по дотичній і став причиною викиду в космос більшої частини речовини цього космічного тіла, а також деякої кількості земного «матеріалу». З цієї речовини і сформувався новий об'єкт. Радіус орбіти Місяця спочатку становив шістдесят тисяч кілометрів. Гіпотеза гігантського зіткнення добре пояснює особливості будови та хімічного складу супутника, більшість характеристик системи Місяць-Земля. Проте, якщо брати за основу теорію, все ж залишаються незрозумілими деякі факти. Так, дефіцит заліза на супутнику можна пояснити лише тим, що до часу зіткнення на обох тілах відбулася диференціація внутрішніх шарів. На сьогоднішній день немає доказів, що подібне мало місце. І тим не менш, незважаючи на такі контраргументи, гіпотеза гігантського зіткнення вважається основною у всьому світі.

Параметри

Місяць, як і більшість інших супутників, не має атмосфери. Виявлено лише сліди кисню, гелію, неону і аргону. Температура поверхні на освітлених і затемнених ділянках тому сильно відрізняється. На сонячній стороні вона може підніматися до +120 oС, а на темній опускатися до -160 С. Середня відстань між Землею і Місяцем складає 384 км За формою супутник — практично ідеальний куля. Різниця між екваторіальним та полярним радіусом невелика. Вони складають 173814 і 173597 км відповідно. Повний оборот Місяця навколо Землі займає трохи більше 27 днів. Рух супутника по небу для спостерігача характеризується зміною фаз. Час від одного повного місяця до іншого дещо більше зазначеного періоду і становить приблизно 295 днів. Різниця виникає тому, що Земля і супутник також рухаються навколо Сонця. Місяці, щоб опинитися в початковому положенні, доводиться долати трохи більше одного кола.

Система «Земля-Місяць»

Місяць — супутник, кілька відрізняє від інших подібних об'єктів. Головна його особливість в цьому сенсі — це маса. Вона оцінюється в 735*10 22 кг, що становить приблизно 1/81 від аналогічного параметра Землі. І якщо сама маса не є чимось незвичайним на космічних просторах, то її співвідношення з характеристикою планети нетипово. Як правило, відношення мас в системах «супутник-планета» дещо менше. Аналогічним співвідношенням можуть похвалитися тільки Плутон і Харон. Ці два космічні тіла деякий час тому почали характеризувати як систему двох планет. Схоже, що таке позначення справедливо і у випадку з Землею і Місяцем.

Рух Місяця по орбіті

Супутник робить один оборот навколо планети відносно зірок за сидеричний місяць, який триває 27 днів 7 годин і 422 хвилини. Орбіта Місяця за формою являє собою еліпс. У різні періоди супутник розташовується ближче до планети, то далі від неї. Відстань між Землею і Місяцем при цьому змінюється 363 від 104 до 405696 кілометрів. З траєкторією руху супутника пов'язано ще один доказ на користь припущення про те, що Землю з супутником необхідно розглядати як систему, що складається з двох планет. Орбіта Місяця розташовується поблизу екваторіальної площини Землі (як це властиво більшості супутників), а практично в площині обертання планети навколо Сонця. Кут між екліптикою і траєкторією руху супутника становить трохи більше 5o. Орбіта руху Місяця навколо Землі схильна впливом багатьох факторів. У зв'язку з цим визначення точної траєкторії супутника — завдання не найпростіша.

Трохи історії

Теорія, що пояснює, як рухається Місяць, була закладена ще в 1747 році. Автором перших розрахунків, що наблизило науковців до розуміння особливостей орбіти супутника, став французький математик Клеро. Тоді, у далекому вісімнадцятому столітті, звернення Місяця навколо Землі часто висувалася як аргумент проти теорії Ньютона. Розрахунки, зроблені з використанням закону всесвітнього тяжіння, сильно розходилися з видимим переміщенням супутника. Клеро дозволив цю задачу.
Дослідженням питання займалися такі відомі вчені, як Даламбер та Лапласа, Эйлер, Хілл, Пюизо та інші. Сучасна теорія звернення Місяця фактично почалася з робіт Брауна (1923). Дослідження британського математика і астронома допомогли усунути розбіжності між розрахунками та наглядом.

Непросте завдання

Рух Місяця полягає в двох основних процесах: обертання навколо осі й обіг навколо нашої планети. Вивести теорію, що пояснює переміщення супутника, було б не так вже і складно, якщо б його орбіта не піддавалася впливу різних факторів. Це і тяжіння Сонця, і особливості форми Землі, і гравітаційні поля інших планет. Такі дії обурюють орбіту і передбачити точне положення Місяця в конкретний період стає важким завданням. Для того щоб зрозуміти, в чому тут справа, зупинимося на деяких параметри орбіти супутника.

Висхідний і спадний вузол, лінія апсид

Як вже говорилося, орбіта Місяця нахилена до екліптики. Траєкторії руху двох тіл перетинаються в точках, що називаються висхідним і спадним вузлами. Розташовуються вони на протилежних сторонах орбіти відносно центру системи, тобто Землі. Уявна пряма, що з'єднує ці дві точки, позначається як лінія вузлів. Найближче до нашої планети супутник опиняється в точці перигею. Максимальна відстань розділяє два космічні тіла, коли Місяць опиняється в апогеї. Пряма, що з'єднує ці дві точки, називається лінією апсид.

Збурення орбіти

В результаті впливу на переміщення супутника відразу великого числа факторів по суті воно являє собою суму декількох рухів. Розглянемо найбільш помітні з виникаючих збурень. Перша з них — це регресія лінії вузлів. Пряма, що з'єднує дві точки перетину площини місячної орбіти і екліптики, не зафіксована на одному місці. Вона дуже повільно переміщається в напрямку, протилежному (тому і називається регресією) руху супутника. Іншими словами, площина орбіти Місяця повертається в просторі. На один повний оборот їй потрібно 186 років. Рухається і лінія апсид. Переміщення прямої, що з'єднує апоцентр і перицентр, виражається в повороті площини орбіти в той бік, куди рухається Місяць. Відбувається це значно швидше, ніж у випадку лінії вузлів. Повний оборот займає 89 років. Крім того, місячна орбіта відчуває коливання певної амплітуди. З плином часу змінюється кут між площиною і екліптикою. Діапазон значень — від 4°59' до 5°17'. Так само, як і у випадку з лінією вузлів, період таких коливань становить 186 років. Нарешті, орбіта Місяця змінює свою форму. Вона трохи витягується, потім знову повертається до початкової конфігурації. При цьому змінюється ексцентриситет орбіти (ступінь відхилення її від форми окружності) від 004 до 007. Зміни і повернення в початкове положення займають 89 років.

Не все так просто

В сутності, чотири фактори, які необхідно враховувати під час розрахунків, — це не так вже й багато. Однак ними не вичерпуються всі збурення орбіти супутника. Насправді, кожен параметр руху Місяця відчуває постійний вплив великої кількості факторів. Все це ускладнює завдання з прогнозування точного розташування супутника. А облік всіх цих параметрів часто являє собою важливу задачу. Наприклад, розрахунок траєкторії руху Місяця і його точність впливає на успішність місії космічного апарату, відправленого до неї.

Вплив Місяця на Землю

Супутник нашої планети порівняно малий, проте його вплив добре помітно. Мабуть, усім відомо, що саме Місяць формує припливи на Землі. Тут відразу потрібно обмовитися: Сонце також спричиняє схожий ефект, але з набагато більшої відстані приливної вплив світила мало відчутно. Крім того, зміна рівня води в морях і океанах пов'язано і з особливостями обертання самої Землі. Гравітаційний вплив Сонця на нашу планету приблизно у двісті разів більше, ніж аналогічний параметр Місяця. Однак приливні сили в першу чергу залежать від неоднорідності поля. Відстань, що розділяє Землю і Сонце, згладжує їх, тому вплив близькою до нас Місяця більш потужний (у два рази більше, ніж у випадку світила). Приливна хвиля утворюється на тій стороні планети, яка в даний момент звернена до нічного світила. На протилежній стороні також виникає приплив. Якби Земля була нерухомою, то хвиля рухалася б із заходу на схід, розташовуючись точно під Місяцем. Її повний оборот завершувався б за 27 з невеликим днів, тобто за сидеричний місяць. Однак період обертання Землі навколо осі становить трохи менше 24 год. внаслідок хвиля біжить по поверхні планети зі сходу на захід і один оборот завершує за 24 години 48 хвилин. Оскільки хвиля постійно зустрічається з материками, вона зміщується вперед по напрямку руху Землі і випереджає у своєму бігу супутник планети.

Видалення орбіти Місяця

Приливна хвиля викликає переміщення величезної маси води. Це безпосереднім чином впливає на рух супутника. Значна частина маси планети зміщується з лінії, що з'єднує центри мас двох тіл, і притягує до себе Місяць. У результаті супутник відчуває вплив моменту сили, який прискорює її рух. При цьому материки, що набігають на приливну хвилю (вони рухаються швидше хвилі, оскільки Земля обертається з більшою швидкістю, ніж звертається Місяць), відчувають вплив сили, що гальмує їх. Це призводить до поступового уповільнення обертання нашої планети. В результаті приливного взаємодії двох тіл, а також дії законів збереження енергії і моменту імпульсу, супутник переходить на більш високу орбіту. При цьому зменшується швидкість Місяця. По орбіті вона починає рухатися повільніше. Щось схоже відбувається і з Землею. Вона сповільнюється, наслідком чого є поступове збільшення тривалості доби. Місяць віддаляється від Землі приблизно на 38 мм в рік. Дослідження палеонтологів і геологів підтверджують розрахунки астрономів. Процес поступового уповільнення Землі і видалення Місяця почався приблизно 45 мільярда років тому, тобто з моменту утворення двох тел. Дані дослідників свідчать на користь припущення, що раніше місячний місяць був коротший, а Земля оберталася з більшою швидкістю. Приливна хвиля виникає не тільки у водах світового океану. Схожі процеси відбуваються і в мантії, і в земній корі. Однак вони менш помітні, оскільки ці верстви не настільки податливі. Видалення Місяця і уповільнення Землі не буде відбуватися вічно. Зрештою, період обертання планети зрівняється з періодом обертання супутника. Місяць «зависне» над однією ділянкою поверхні. Земля і супутник будуть завжди повернені однією і тією ж стороною один до одного. Тут доречно згадати, що частина цього процесу вже завершена. Саме приливне взаємодія призвело до того, що на небі завжди видна одна і та ж сторона Місяця. В космосі є приклад системи, що перебуває в подібному рівновазі. Це вже називалися Плутон і Харон. Місяць і Земля знаходяться в постійній взаємодії. Не можна сказати, яке з тіл більше впливає на інше. При цьому обидва піддаються впливу Сонця. Значну роль відіграють й інші, більш віддалені космічні тіла. Облік всіх таких чинників робить досить важким завдання точного побудови та опису моделі руху супутника по орбіті навколо нашої планети. Однак величезна кількість накопичених знань, а також постійно вдосконалює апаратура дозволяють більш або менш точно спрогнозувати положення супутника в будь-який час і передбачити майбутнє, яке чекає кожен об'єкт в окремість і систему Земля-Місяць у цілому.