Наука Плоского мира
Шрифт:
Лунные образцы, доставленные кораблями «Аполлон», сделали происхождение Луны еще более загадочным. В некотором отношении горные породы Луны и Земли удивительно похожи друг на друга, но этого все же недостаточно для пересмотра теории о происхождении двух небесных тел из одного пылевого облака. Лунные образцы похожи не на горные породы Земли в целом, а только на ее мантию. Современная теория, предложенная в начале 1980-х, состоит в том, что Луна когда-то была частью Земной мантии. Но отделилась она не из-за вращения Земли. Около четырех миллиардов лет тому назад небесное тело размером с Марс зацепило Землю, в результате чего фрагмент мантии оказался в космосе. Компьютерные расчеты показывают, что при подходящих условиях такой удар может вырвать приличную часть мантии и в
Первые модели, подтверждающие эту теорию происхождения Луны, имели ряд общих недостатков; в частности, для достижения правильного вращательного момента Луны удар должен был произойти достаточно рано по сравнению со временем формирования самой Земли. Если бы это действительно было так, то в результате последующих ударов и на Земле, и на Луне образовались бы значительные запасы железа. Однако на Луне (или в ее недрах) железа очень мало. Более поздние исследования разрешили эту проблему, показав, что подходящий вращательный момент мог быть достигнут и при более позднем столкновении. Но они также предсказывают, что около 80 % небесного тела, столкнувшегося с Землей, должно было стать частью Луны. Так что если Луна близка к Земной мантии, это тело также должно быть на нее похоже.
Это следствие, возможно, ставит под сомнение саму теорию, поскольку изначально именно сходство Лунных образцов с мантией Земли требовало объяснения — именно так возникла гипотеза о происхождении Луны в результате «гигантского столкновения». Любое объяснение сходства между ударившим по Земле объектом и ее мантией, например, «он возник на том же расстоянии от Солнца, что и Земля», подойдет и для объяснения Луны и без вспомогательного небесного тела. Возможно, и Земля, и Луна являются частями большего объекта, отколовшимися после его соударения с чем-то другим.
Поскольку на Земле есть погода — а раньше это была просто «Погода» с большой буквы — эрозия сравняла с землей все ударные кратеры, связанные с этим событием. На Луне же погода отсутствует, поэтому эрозия не разрушает кратеры, и большая их часть сохранилась до наших дней. Наиболее привлекательная сторона этой теории — возможность разом объяснить многие характерные особенности Луны: ее сходство с Земной мантией; тот факт, что 4 миллиарда лет назад ее поверхность, судя по всему, очень быстро нагрелась до высокой температуры; ее кратеры, ее размер, вращение, даже лунные «моря», возникшие в процессе медленного охлаждения прото-Луны. Ранняя Солнечная система отличалась своим агрессивным характером.
Так что неудавшееся солнце Декана могло и в самом деле принести нам пользу… Влияние Луны на жизнь Земных организмов включает, по меньшей мере, два или три фактора. Возможно, на самом деле их насчитывается несколько десятков, просто мы о них не знаем.
Самое очевидное влияние, которое оказывает Луна, — это приливы и отливы, поставившие в тупик волшебников. Как это часто бывает в науке, история о приливах далеко не так проста, как мы могли бы ожидать, полагаясь на свой здравый смысл. Здравый смысл подсказывает нам, что притяжение Луны воздействует на Землю — особенно на ближайшую к ней сторону планеты. Суша на это притяжение практически не реагирует, а вот вода, занимающая более половины поверхности Земли, может образовывать скопления. Такое объяснение — «ложь для детей», оно не соответствует реальному положению дел. Оно заставляет нас думать, будто прилив происходит в любом месте Земли, когда Луна находится точно над ним, или, по крайней мере, в наивысшей точке своей траектории. Это означало бы, что прилив наступает каждый день, точнее, учитывая более сложное движение системы Земля-Луна, каждые 24 часа и 50 минут.
На самом же деле прилив наступает дважды в сутки с интервалом 12 часов и 25 минут, то есть ровно в два раза чаще.
И это еще не все: сила притяжения Луны на поверхности Земли в десять миллионов раз меньше силы притяжения самой Земли, а сила притяжения
Солнца — меньше еще раза в два. Даже будучи сложенными вместе, эти силы не в состоянии поднять всю массу воды на высоту до 70 футов (21 метр) — такова максимальная высота прилива на Земле, зарегистрированная в заливе Фанди между Новой Шотландией и Нью-Брансуиком.Приемлемое объяснение появилось только после того, как Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения и выполнил ряд расчетов. Впоследствии его идеи уточнялись и совершенствовались, но общую картину он описал верно.
Для простоты забудем обо всех небесных телах, кроме Земли и Луны и будем считать, что Земля целиком состоит из воды. «Водяная» Земля вращается вокруг своей оси, поэтому на нее действует центробежная сила, из-за которой вода скапливается в области экватора. Кроме того, на воду действует силы притяжения Луны и самой Земли.
Форма, которую принимает вода при таких воздействиях определяется свойствами жидкости. В обычных условиях поверхность стоячего водоема расположена горизонтально, потому что в противном случае вода с приподнятых участков перетекла бы в более низкие. То же самое происходит и под воздействием дополнительных сил: поверхность воды располагается под прямым углом к направлению результирующей силы.
Если произвести расчеты для трех упомянутых сил, то получится, что вода принимает форму эллипсоида, которая похожа на слегка вытянутую сферу. При этом растяжение направлено в сторону Луны, а центр совпадает с центром Земли. В результате вода скапливается как на стороне, обращенной к Луне, так и на противоположной. Так что притяжение близко расположенной воды со стороны Луны — это только один из факторов, отвечающих за изменение формы. Кстати говоря, движение по большей части происходит не вверх, а в стороны. Эти боковые силы переносят воду в одну часть океана и забирают из другой. Суммарный эффект оказывается почти незаметным — поверхность моря поднимается и опускается на величину 18 дюймов (полметра).
Заметные приливы/отливы возникают на побережье, где море примыкает к суше. Большая часть воды движется не вверх, а вдоль поверхности, так что характер ее движения зависит от формы береговой линии. Если вода поступает в сужающийся туннель, то поднимается выше среднего уровня. Именно так и происходит в заливе Фанди. Кроме того, приливный эффект усиливается из-за того, что у побережья глубина воды невелика, и энергия движения оказывается сосредоточенной в более тонком слое жидкости — это приводит к более интенсивным и быстрым движениям.
Теперь вспомним про наше Солнце. Оно оказывает похожее влияние, только более слабое. Когда Луна и Солнце расположены на одной линии с Землей — либо по одну сторону (новолуние), либо по разные стороны (полнолуние), их силы притяжения складываются. В этом случае возникает эффект «сизигийного прилива», при котором приливы становятся выше, а отливы — ниже. Заметим, что эти приливы не имеют ничего общего со сменой времен года [64] . Когда же Солнце и Луна образуют прямой угол с вершиной на Земле (первая и последняя четверти луны) сила притяжения Солнца частично компенсирует притяжение Луны, что приводит к «квадратурному приливу» с меньшими колебаниями уровня воды (связи с квадратурным временем года здесь тоже, судя по всему, нет…).
64
В оригинале этот эффект называется «spring tide» (букв. «весенний прилив», часто также используется в значении «половодье»). Авторы намекают на отсутствие связи со словом «spring» в значении «весна». В русском языке такая путаница не возникает — прим. пер.
При учете описанных эффектов, а также наличии достоверных сведений о прошлых приливах и отливах становится возможным предсказывать время и высоту движения воды в любом месте на Земле.
Похожим приливным силам подвержена и атмосфера Земли, и ее суша (соответственно в больших и меньших масштабах). Их можно обнаружить и на других телах Солнечной системы, а также за ее пределами. Считается, что спутник Юпитера Ио, поверхность которого в основном состоит из серы и покрыта множеством действующих вулканов, нагревается в результате периодических «сдавливаний» приливными силами со стороны Юпитера.