1. Приливные силы.
В школе о приливных силах не говорят. И для многих остается загадкой - что это такое? А между тем, все просто. Приливные силы - это разность сил тяготения от некоего объекта на противоположных концах другого объекта.
Простой пример (числа - округленные). Среднее расстояние между центрами Луны и Земли = 384,5 тысяч километров. Радиус Земли = 6,5 тысяч километров. Следовательно, ближайшая к Луне часть Земли находится от центра Луны на расстоянии в 378 тысяч километров, а наиболее удаленная - на расстоянии в 391 тысячу километров.
Сила взаимного притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами (закон всемирного тяготения Ньютона). Поэтому сила, действующая со стороны Луны на единицу массы на ближайшей к ней части Земли больше, чем та, которая действует на такую же единицу массы на наиболее удаленной от Луны части Земли. Легко подсчитать, что величины этих сил разнятся примерно на 6,5 %. К чему это приводит? К растяжению Земли в направлении Луны. Как показано на этом рисунке тонким овалом:
И к аналогичному растяжению Луны в направлении Земли.
2. Приливные волны.
Земля делает оборот вокруг своей оси почти за 24 часа. Луна вокруг Земли - за гораздо большее время. Примерно за 27,3 дня. Поэтому с достаточно малой погрешностью можно считать, что приливной горб приходит в каждую точку Земли каждые 12 часов. Ибо таких горбов - два. Один на ближней к Луне стороне Земли, другой - на противоположной стороне Земли.
Высота приливного горба очень мала. В твердых породах материков - не более 20-30 см. В воде океанов заметно повыше. Но у побережий высота приливов заметно выше. Почему? Приливная волна в отличие от волн, возбуждаемых ветром, задевает всю толщу океана, а не только его поверхностный слой. Поэтому высота прилива, выходящего из океана на мелководье, увеличивается. В некоторых заливах высота приливов заметно превышает десять метров.
Разумеется, аналогичные приливные волны на Земле генерирует и Солнце. Но они заметно слабее создаваемых Луной (в два с небольшим раза). Меньше потому, что приливные силы обратно пропорциональны кубу расстояния между небесными телами и, следовательно, убывают с расстоянием между телами быстрее гравитационных сил (гравитационные убывают обратно пропорционально квадрату расстояния). Поэтому приливы и отливы в земных океанах принято считать обусловленными в основном Луной. Хотя и влияние Солнца вполне ощутимо.
3. Замедление собственного вращения планет и спутников.
Приливные силы дважды в сутки растягивают и сжимают Землю. Пусть и очень слабо. Такая деформация сопровождается возбуждением внутреннего трения в теле Земли. На преодоление этого трения уходит энергия. Которую неоткуда взять кроме как из энергии вращения Земли вокруг своей оси. Из-за чего происходит замедление вращения Земли вокруг своей оси. В настоящее время этот процесс уменьшает период вращения Земли вокруг своей оси примерно на 1,5 миллисекунды за столетие (на 15 микросекунд за год).
Если бы темп этого процесса был неизменным, то на момент образования системы Земля-Луна (4,5 млрд. лет назад) сутки на Земле длились бы примерно 6 часов. И специалисты единодушны в том, что примерно 4 миллиарда лет назад сутки на нашей планете длились не более 8-9 часов.
Знатоки закона сохранения момента импульса должны сразу задать вопрос - а куда этот момент импульса девается? Ведь он должен сохраняться! На Земле он не остается. Но системой, в которой момент импульса сохраняется, является не сама Земля, а система Земля - Луна. И отбираемый у собственного вращения Земли момент импульса перекачивается в орбитальный момент Луны. Из-за чего радиус орбиты Луны увеличивается ежегодно примерно на 3,9 сантиметра. Луна фактически очень медленно по спирали удаляется от Земли.
На Земле сутки за четыре миллиарда лет удлинились из-за приливных эффектов почти в 3 раза. Но на Луне приливные силы от Земли многократно больше. Из-за того, что масса Земли в 80 раз больше массы Луны. Поэтому на Луне приливные силы от Земли полностью завершили свою работу - они сделали приливные горбы на Луне стоящими на одном месте. Другими словами - Луна всегда обращена к Земле одной своей стороной и период ее обращения вокруг Земли равен периоду обращения вокруг собственной оси. Другими словами - эти периоды синхронизированы (находятся в орбитальом резонансе 1:1 или, как выражаются астрономы, Луна находится в приливном захвате Земли).
4. Приливные эффекты в системах многих тел.
Эффект синхронизации периодов вращения спутников планет вокруг их осей и вокруг материнской планеты достаточно распространен. Так, все галилеевы спутники Юпитера (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто) постоянно повернуты к нему одной стороной. Более того, сами периоды обращения этих спутников вокруг Юпитера находятся в целочисленных резонансах:
И все эти фокусы - результат работы приливных сил.
Но наиболее впечатляющи картины работы приливных сил в близких друг к другу галактиках. Как видно из приведенных ниже снимков, приливные силы могут существенно искажать формы таких пар и больших коллективов галактик:
И все это великолепие - работа приливных сил. Впечатляет, не правда ли?
Journal information