Почему луна повернута к земле одной стороной кратко
Обновлено: 05.07.2024
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.
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.
Как уже многие успели заметить, к Земле Луна всегда повернута одной и той же стороной. Возникает вопрос: относительно друг друга синхронно ли вращение вокруг своих осей этих небесных тел?
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.
Другая загадка: вращается ли Луна вокруг своей оси вообще? Ответ на этот вопрос кроется в разрешении семантической проблемы: кто стоит во главе угла – наблюдатель, находящийся на Земле (в этом случае Луна не вращается вокруг своей оси), или же наблюдатель, находящийся во внеземном пространстве (тогда единственный спутник нашей планеты вращается вокруг своей оси).
Проведем такой несложный эксперимент: начертите два круга одинакового радиуса, соприкасающихся между собой. А теперь представьте их в виде дисков и мысленно прокатите один диск по краю другого. При этом ободы дисков должны непрерывно соприкасаться. Итак, сколько, по вашему мнению, раз обернется вокруг своей оси катящийся диск, совершая полный оборот вокруг статичного диска. Большинство скажет, что один раз. Чтобы проверить это предположение, возьмем две монеты одного размера и повторим эксперимент на практике. И что в итоге? Катящаяся монета дважды успевает повернуться вокруг своей оси, прежде чем сделает один оборот вокруг неподвижной монеты! Удивлены?
С другой стороны, совершает ли вращение катящаяся монета? Ответ на этот вопрос, как и в случае с Землей и Луной, зависит от системы отсчета наблюдателя. Относительно начальной точки касания со статичной монетой движущаяся монета делает один оборот. Относительно же стороннего наблюдателя за один оборот вокруг неподвижной монеты катящаяся монета поворачивается дважды.
Различные эффекты, порождаемые вращением небесных тел, могут быть обнаружены при помощи устройств, подобных маятнику Фуко. Если его разместить на Луне, окажется, что Луна, вращаясь вокруг Земли, совершает обороты вокруг собственной оси.
Вместо штанги действует сила притяжения. И её "жесткое крепление" вызывает приливные явления в теле, которые постепенно или замедляют, или ускоряют вращение (в зависимости от того, слишком быстро вращается спутник, или слишком медленно).
Некоторые другие тела Солнечной системы тоже уже находятся в такой синхронизации.
Благодаря фотографии мы можем всё-таки видеть больше половины поверхности Луны, не 50% -- одна сторона, а 59%. Существует явление либрации -- кажущиеся колебательные движения Луны. Вызваны они неправильностями орбит (не идеальные окружности), наклонами оси вращения, приливными силами.
Факты о луне
На Земле есть лунные деревья
По возвращении на Землю эти семена прорастили, а полученные лунные саженцы высадили по всей территории Соединенных Штатов, в рамках празднования двухсотлетия страны в 1977 году.
Нет никакой темной стороны
На отрезке времени мы видим больше половины Луны, благодаря либрации
Луна движется по своей орбитальному пути и удаляется от Земли (со скоростью порядка одного дюйма в год), провожая нашу планету вокруг Солнца.
Если бы вы смотрели на Луну в приближении по мере ее ускорения и замедления в процессе этого путешествия, вы также увидели бы, что она покачивается с севера на юг и с запада на восток в движении, известном как либрация. В результате этого движения мы видим часть сферы, которая обычно скрыта (порядка девяти процентов).
Впрочем, мы никогда не увидим другой 41%.
Гелий-3 с Луны мог бы решить энергетические проблемы Земли
Солнечный ветер электрически заряжен и время от времени сталкивается с Луной и поглощается породами лунной поверхности. Один из наиболее ценных газов, которые имеются в этом ветре и которые поглощаются породами, это гелий-3, редкий изотоп гелия-4 (который обычно используется для воздушных шариков).
Гелий-3 отлично подойдет для удовлетворения нужд реакторов термоядерного синтеза с последующей генерацией энергии.
Сто тонн гелия-3 могли бы удовлетворить потребности Земли в энергии на год, если верить подсчетам Extreme Tech. Поверхности Луны содержит около пяти миллионов тонн гелия-3, тогда как на Земле его всего 15 тонн.
Идея такова: мы летим на Луну, добываем гелий-3 в шахте, набираем его в баки и отправляем на Землю. Правда, это может случиться очень нескоро.
Есть ли доля правды в мифах о безумии полной луны?
На самом деле нет. Предположение, что мозг, один из самых водянистых органов человеческого тела, испытывает влияние луны, уходят корнями в легенды, которым несколько тысячелетий, еще во времена Аристотеля.
Поскольку гравитационное притяжение Луны управляет приливами земных океанов, а люди состоят на 60% из воды (и мозг на 73%), Аристотель и римский ученый Плиний Старший считали, что Луна должна оказывать похожий эффект на нас самих.
В 2007 году правительство британского приморского городка Брайтон распорядилось отправлять дополнительные полицейские патрули во время полнолуний (и в зарплатные дни тоже).
И все же наука говорит, что нет никакой статистической связи между поведением людей и полной луной, согласно нескольким исследованиям, одно из которых провели американские психологи Джон Роттон и Айвен Келли. Вряд ли Луна влияет на нашу психику, скорее она просто добавляет света, при котором удобно совершать преступления.
Пропавшие лунные камни
С чего была вся эта шумиха? Кусочек лунного камня размером с горошину оценивался в 5 миллионов долларов на черном рынке.
Луна принадлежит Деннису Хоупу
По крайней мере он так считает.
Но зачем ждать? Хоуп открыл лунное посольство и начал продавать одноакровые участки по 19,99 доллара за каждый. Для ООН Солнечная система является почти такой же, как мировые океаны: за пределами экономической зоны и принадлежащие каждому жителю Земли. Хоуп утверждал, что продал внеземную недвижимость знаменитостям и трем бывшим президентам США.
Непонятно, действительно Деннис Хоуп не понимает формулировки договора или же пытается вынудить законодательные силы сделать правовую оценку своих действий, чтобы разработка небесных ресурсов началась при более прозрачных правовых условиях.
Луна
Тысячелетиями люди видят на небе наш естественный спутник. Самые любознательные разглядели моря и кратеры и даже задумались, почему Луна повернута к Земле одной стороной.
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.
Как только ученые стали детально рассматривать Луну, они заметили, что она всегда повернута к Земле лишь одной своей стороной. В результате вторую, темную сторону впервые удалось рассмотреть только в 1959 г., с началом космической эры. Почему же наш спутник всегда обращен к нам лишь одной стороной?
Дело в том, что Луна вращается не только вокруг Земли, но и имеет собственную ось вращения. Однако оба оборота спутник совершает за одно и то же время – 27 дней, 7 часов и ещё 43 минуты. В результате из-за такой комбинации вращательных движений Луна всегда показывает наблюдателям на Земле лишь одну свою сторону.
В астрономии подобное явление называют синхронным вращением, или приливным захватом. Надо заметить, что большинство спутников планет в Солнечной системе синхронизированы и повернуты к своим планетам лишь одной стороной.
В чем же причина подобной синхронизации? Она заключается в действии приливных сил на спутник со стороны планеты. Если сателлит в какой-то момент времени не синхронизирован, то гравитация планеты либо тормозит, либо, наоборот, ускоряет его вращение вокруг собственной оси до тех пор, пока угловые скорости обоих вращательных движений не совпадут.
Заметим, что сама Земля не синхронизирована относительно Луны. Это значит, что с нашего спутника в различные периоды времени можно увидеть разные полушария Земли. Однако, если масса спутника очень велика, то теоретически он может синхронизировать собственную планету. Классический пример такого явления – это Плутон и его сателлит Харон. С Плутона видна лишь одна сторона Харона, но и с Харона видно лишь одно полушарие Плутона.
Читайте также: