Як Місяць поступово збільшує тривалість дня на Землі

Мільярди років тому доба на Землі тривала менше 13 годин. І вона продовжує весь час збільшуватися. Причина цього - у зв'язку між Місяцем і океанами.

Протягом усієї історії людства Місяць був примарною присутністю над Землею. Його гравітація задає ритм припливам, а бліде сяйво освітлює ніч.

Цілі цивілізації встановлювали за ним календарі, а деякі тварини, як-от жуки-гнойовики, орієнтуються у просторі за допомогою сонячного світла, яке відбивається від поверхні Місяця.

За деякими теоріями, можливо, саме завдяки Місяцю на Землі зʼявилось життя. Вважається, що його ексцентрична орбіта навколо нашої планети також відіграє роль у деяких важливих кліматичних системах.

Але Місяць також поступово віддалюється від нас.

Виконуючи свій чудово збалансований астробалет навколо Землі – Місяць обертається, але ніколи повністю, ми завжди бачимо лише один його бік - він поступово віддаляється від нашої планети. Вчені називають цей процес "місячною рецесією".

За допомогою лазерів з рефлекторами, які на поверхні Місяця встановили астронавти місії "Аполлон", вчені нещодавно змогли з високою точністю виміряти, як швидко відступає Місяць.

Вони підтвердили, що Місяць щороку віддаляється від Землі зі швидкістю 3,8 см. І разом з цим наші дні стають дедалі довшими.

"Уся справа у припливах і відпливах", - каже Девід Волтем, професор геофізики Лондонського університету, який вивчає зв’язок між Місяцем і Землею.

"Припливний опір Землі уповільнює її обертання, і Місяць отримує цю енергію".

По суті, коли Земля обертається, сила тяжіння Місяця, який рухається навколо неї, притягує океани, створюючи припливи та відливи.

Ці припливи насправді є такою "опуклістю" води, яка висувається в еліптичній формі назустріч Місяцю, а потім - у зворотньому напрямку.

Але Земля обертається навколо своєї осі набагато швидше, ніж Місяць, а тому тертя від океанських басейнів, які рухаються під орбітою Місяця, також тягне за собою воду.

Це означає, що опуклість рухається трохи попереду Місяця на своїй орбіті і намагається відтягнути його назад. Це повільно забирає енергію обертання нашої планети, уповільнюючи її, тоді як Місяць отримує енергію, яка змушує його рухатися на вищу орбіту.

Згідно з останнім аналізом, це поступове гальмування обертів нашої планети означає, що тривалість середнього земного дня зростає приблизно на 1,09 мілісекунди на століття з кінця 1600-х років.

Інші оцінки, що ґрунтуються на більш давніх спостереженнях за затемненнями, показують трохи більшу цифру - 1,78 мс на століття.

За 4,5 мільярди років історії Землі все це призвело до глибоких змін.

Вважають, що Місяць утворився приблизно у перші 50 мільйонів років після народження Сонячної системи. Найпоширеніша теорія пояснює, що це сталося через зіткнення Землі з іншим об’єктом розміром приблизно з Марс, який називають Тея.

Внаслідок зіткнення відколовся великий шматок матерії, а також уламки, які зʼєднались у космічне тіло, яке ми називаємо Місяцем.

З геологічних даних стає зрозуміло, що в минулому Місяць був набагато ближче до Землі, ніж сьогодні.

Сьогодні Місяць розташований на відстані 384 400 км від Землі. Але одне нещодавнє дослідження показує, що приблизно 3,2 мільярда років тому – саме тоді, коли тектонічні плити почали рухатися, а мікроорганізми, що живуть в океані, поглинали азот – Місяць був всього за 270 000 км, тобто 70% від теперішньої відстані.

"Через швидше обертання Землі тривалість була значно коротшою, так що протягом нашої звичної 24-годинної доби на Землі можна було спостерігати два сходи та два заходи сонця", - каже Том Еуленфельд, геофізик з Єнського університету в Німеччині.

"Це могло зменшити різницю температур між днем і ніччю і, можливо, вплинуло на біохімію фотосинтезуючих організмів".

Однак дослідження, схожі на те, яке проводить Еуленфельд, також свідчать, що Місяць віддалявся нерівномірно - він часом то пришвидшувався, то сповільнювався.

Одне дослідження свідчить, що близько 550-625 мільйонів років тому Місяць міг віддалятися на цілих 7 см щороку.

"Швидкість, з якою Місяць віддаляється від Землі, безумовно, змінювалася з часом і буде змінюватися в майбутньому", - каже Уеленфельд.

Однак протягом більшої частини своєї історії Місяць віддалявся набагато повільніше, ніж тепер.

Зараз ми живемо в період, коли темпи місячної рецесії надзвичайно високі – Місяцю довелося б відступати з нинішньою швидкістю лише 1,5 мільярда років, щоб досягти свого нинішнього положення.

Але цей процес відбувався з моменту формування Місяця 4,5 мільярда років тому, а тому у деякі періоди в минулому він був значно повільнішим.

"Припливний опір тепер у три рази більший, ніж ми могли б очікувати", - каже Волтем. Причиною може бути розмір Атлантичного океану.

Сучасна конфігурація континентів означає, що басейн Північної частини Атлантичного океану має правильні пропорції для створення ефекту резонансу. Тому вода, яка міститься в ньому, хлюпає туди-сюди зі швидкістю, близькою до швидкості припливів. Це означає, що припливи більші, ніж вони були б в іншому випадку. Як каже Волтем, уявіть, що ви штовхаєте дитину на гойдалці - рух пришвидшується, якщо кожен поштовх синхронізується з поточним рухом.

"Якби Північна Атлантика була трохи ширшою або вужчою, цього б не сталося", - каже Волтем.

"Моделі показують, що кілька мільйонів років назад сила припливу була меншою, тому що континенти були в іншому положенні".

Але ймовірно, що цей процес також змінюватиметься у майбутньому.

Моделювання передбачає, що новий припливний резонанс з’явиться через 150 мільйонів років, а потім зникне приблизно через 250 мільйонів років, коли утвориться новий "суперконтинент".

Отже, чи можливо майбутнє, в якому Земля більше не матиме Місяця?

Навіть при високій теперішній швидкості відступу Місяць навряд чи коли-небудь повністю покине Землю. Катастрофічна загибель Сонця, ймовірно, відбудеться задовго до цього, приблизно через 5-10 мільярдів років. Людей до того часу на Землі вже, вочевидь, не буде.

Однак у короткостроковій перспективі люди і самі можуть вплинути на подовження доби, якщо кількість води, заблокованої в льодовиках і крижаних шапках, зменшиться через кліматичні зміни.

"Лід фактично пригнічує припливи і відпливи", - каже Волтем. Він зауважує, що коли наша планета, як вважають, увійшла в особливо морозний період, відомий як Земля-снігова куля, 600-900 мільйонів років тому, відбулося різке уповільнення темпів відступу Місяця.

Проте вплив кліматичних змін передбачити досить складно, адже водночас зі зменшенням льодовиків, зʼявляться більші площини суходолу.

Теоретично, наступна група астронавтів, які полетять на Місяць за програмою NASA "Артеміда", можуть сміливо стверджувати, що вони дивляться на свою планету з більшої відстані, ніж їхні попередники з місії "Аполлон" 60 років тому.

Хоча насправді це більше визначатиме місце, на якому вони висадяться на поверхні Місяця. Різниця між найближчою і найвіддаленішою відстанню Місяця від Землі кожні 29 днів складає цілих 43 000 км - через його еліптичну орбіту.

Для решти з нас наше життя надто коротке, щоб ми могли помітити, як кожен день збільшується на пікосекунди. Це набагато менше, ніж час, потрібний, щоб швидко моргнути.