Księżyc jest satelitą naszej planety, od niepamiętnych czasów przyciągającym wzrok naukowców i po prostu ciekawskich ludzi. W starożytnym świecie zarówno astrolodzy, jak i astronomowie poświęcili jej imponujące traktaty. Poeci nie pozostawali w tyle. Dziś niewiele się zmieniło w tym sensie: orbita Księżyca, cechy jego powierzchni i wnętrza są dokładnie badane przez astronomów. Kompilatorzy horoskopów również nie odrywają od niej oczu. Obaj badają wpływ satelity na Ziemię. Astronomowie badają, w jaki sposób interakcja dwóch ciał kosmicznych wpływa na ruch i inne procesy każdego z nich. Podczas badania Księżyca wiedza w tej dziedzinie znacznie wzrosła.
Pochodzenie
Według naukowców Ziemia i Księżyc powstały mniej więcej w tym samym czasie. Oba ciała mają 4,5 miliarda lat. Istnieje kilka teorii na temat pochodzenia satelity. Każdy z nich wyjaśnia pewne cechy Księżyca, ale pozostawia kilka nierozwiązanych pytań. Teoria kolizji olbrzymich jest dziś uważana za najbardziej zbliżoną do prawdy.
Zgodnie z hipotezą, planeta podobna rozmiarami do Marsa zderzyła się z młodą Ziemią. Uderzenie było styczne i spowodowało uwolnienie w przestrzeń większości materii tego kosmicznego ciała, a także pewnej ilości ziemskiego „materiału”. Z tej substancji powstał nowy obiekt. Promień orbity Księżyca wynosił pierwotnie sześćdziesiąt tysięcy kilometrów.
Hipoteza gigantycznej kolizji dobrze wyjaśnia wiele cech struktury i składu chemicznego satelity, większość cech układu Księżyc-Ziemia. Jeśli jednak przyjmiemy teorię za podstawę, niektóre fakty nadal pozostają niezrozumiałe. Zatem niedobór żelaza na satelicie można wytłumaczyć jedynie faktem, że do czasu zderzenia nastąpiło zróżnicowanie warstw wewnętrznych na obu ciałach. Do tej pory nie ma dowodów na to, że coś takiego miało miejsce. A jednak, pomimo takich kontrargumentów, hipoteza gigantycznego uderzenia uważana jest za najważniejszą na świecie.
Parametry
Księżyc, jak większość innych satelitów, nie ma atmosfery. Stwierdzono jedynie śladowe ilości tlenu, helu, neonu i argonu. W związku z tym temperatura powierzchni w oświetlonych i ciemnych obszarach jest bardzo różna. Po słonecznej stronie może wzrosnąć do +120 ºС, a po ciemnej stronie może spaść do -160 ºС.
Średnia odległość między Ziemią a Księżycem wynosi 384 000 km. Kształt satelity to prawie idealna kula. Różnica między promieniem równikowym i biegunowym jest niewielka. Są to odpowiednio 1738,14 i 1735,97 km.
Całkowita rewolucja Księżyca wokół Ziemitrwa nieco ponad 27 dni. Ruch satelity po niebie dla obserwatora charakteryzuje się zmianą faz. Czas od jednej pełni księżyca do drugiej jest nieco dłuższy niż wskazany okres i wynosi około 29,5 dnia. Różnica powstaje, ponieważ Ziemia i satelita również poruszają się wokół Słońca. Księżyc musi przebyć nieco więcej niż jedno koło, aby powrócić do swojej pierwotnej pozycji.
System Ziemia-Księżyc
Księżyc jest satelitą, nieco innym niż inne podobne obiekty. Jego główną cechą w tym sensie jest jego masa. Szacuje się, że wynosi 7,351022 kg, co stanowi około 1/81 tego samego parametru Ziemi. A jeśli sama masa nie jest czymś niezwykłym w kosmosie, to jej związek z charakterystyką planety jest nietypowy. Z reguły stosunek masy w układach satelita-planeta jest nieco mniejszy. Podobnym stosunkiem mogą pochwalić się tylko Pluton i Charon. Te dwa kosmiczne ciała jakiś czas temu zaczęto określać jako układ dwóch planet. Wydaje się, że oznaczenie to obowiązuje również w przypadku Ziemi i Księżyca.
Księżyc na orbicie
Satelita wykonuje jeden obrót wokół planety względem gwiazd na miesiąc gwiezdny, który trwa 27 dni, 7 godzin i 42,2 minuty. Orbita Księżyca ma kształt eliptyczny. W różnych okresach satelita znajduje się bliżej planety lub dalej od niej. Odległość między Ziemią a Księżycem zmienia się z 363 104 do 405 696 kilometrów.
Z trajektorią satelityJeszcze jeden dowód wiąże się z założeniem, że Ziemię z satelitą należy rozpatrywać jako układ składający się z dwóch planet. Orbita Księżyca nie znajduje się w pobliżu równikowej płaszczyzny Ziemi (co jest typowe dla większości satelitów), ale praktycznie w płaszczyźnie obrotu planety wokół Słońca. Kąt między ekliptyką a ścieżką satelity wynosi nieco ponad 5º.
Orbita Księżyca wokół Ziemi zależy od wielu czynników. W związku z tym określenie dokładnej trajektorii satelity nie jest łatwym zadaniem.
Trochę historii
Teoria wyjaśniająca ruchy księżyca została odłożona w 1747 roku. Autorem pierwszych obliczeń przybliżających naukowcom cechy orbity satelity był francuski matematyk Clairaut. Następnie, w odległym XVIII wieku, obrót Księżyca wokół Ziemi był często przedstawiany jako argument przeciwko teorii Newtona. Obliczenia wykonane przy użyciu prawa powszechnego ciążenia znacznie różniły się od pozornego ruchu satelity. Clairaut rozwiązał ten problem.
Zagadnienie było badane przez tak znanych naukowców, jak d'Alembert i Laplace, Euler, Hill, Puiseux i inni. Współczesna teoria rewolucji księżyca faktycznie zaczęła się od pracy Browna (1923). Badania brytyjskiego matematyka i astronoma pomogły wyeliminować rozbieżności między obliczeniami a obserwacjami.
Niełatwe zadanie
Ruch Księżyca składa się z dwóch głównych procesów: obrotu wokół własnej osi i obiegu wokół naszej planety. Nie byłoby tak trudno wyprowadzić teorię wyjaśniającą ruch satelity, gdybyna jego orbitę nie miały wpływu różne czynniki. To jest przyciąganie Słońca, cechy kształtu Ziemi i pola grawitacyjne innych planet. Takie wpływy zaburzają orbitę i przewidywanie dokładnej pozycji Księżyca w określonym okresie staje się trudnym zadaniem. Aby zrozumieć, o co tu chodzi, zajmijmy się niektórymi parametrami orbity satelity.
Węzeł wstępujący i zstępujący, linia absydów
Jak już wspomniano, orbita Księżyca jest nachylona do ekliptyki. Trajektorie dwóch ciał przecinają się w punktach zwanych węzłami wstępującymi i zstępującymi. Znajdują się po przeciwnych stronach orbity względem środka układu, czyli Ziemi. Wyimaginowana linia łącząca te dwa punkty nazywana jest linią węzłów.
Satelita jest najbliżej naszej planety w punkcie perygeum. Maksymalna odległość oddziela dwa ciała kosmiczne, gdy Księżyc znajduje się w apogeum. Linia łącząca te dwa punkty nazywana jest linią absyd.
Zakłócenia orbity
W wyniku wpływu dużej liczby czynników na ruch satelity jest to w rzeczywistości suma kilku ruchów. Rozważ najbardziej zauważalne z pojawiających się perturbacji.
Pierwszy to regresja linii węzłów. Linia prosta łącząca dwa punkty przecięcia płaszczyzny orbity Księżyca i ekliptyki nie jest ustalona w jednym miejscu. Porusza się bardzo powoli w kierunku przeciwnym (dlatego nazywa się to regresją) do ruchu satelity. Innymi słowy, płaszczyzna orbity Księżycaobraca się w przestrzeni. Wykonanie jednej pełnej rotacji zajmuje jej 18,6 lat.
Linia absyd również się porusza. Ruch linii prostej łączącej apocentrum i perycentrum wyraża się w obrocie płaszczyzny orbity w tym samym kierunku, w jakim porusza się Księżyc. Dzieje się to znacznie szybciej niż w przypadku linii węzłów. Pełen obrót zajmuje 8, 9 lat.
Ponadto na orbicie Księżyca występują fluktuacje o określonej amplitudzie. Z biegiem czasu zmienia się kąt między jego płaszczyzną a ekliptyką. Zakres wartości wynosi od 4°59' do 5°17'. Podobnie jak w przypadku linii węzłów, okres takich wahań wynosi 18,6 lat.
Wreszcie orbita Księżyca zmienia swój kształt. Rozciąga się trochę, po czym ponownie wraca do swojej pierwotnej konfiguracji. Jednocześnie ekscentryczność orbity (stopień odchylenia jej kształtu od koła) zmienia się z 0,04 na 0,07. Zmiany i powrót do pierwotnej pozycji trwają 8,9 roku.
To nie takie proste
Właściwie cztery czynniki, które należy wziąć pod uwagę podczas obliczeń, nie są tak liczne. Nie wyczerpują one jednak wszystkich perturbacji orbity satelity. W rzeczywistości na każdy parametr ruchu Księżyca nieustannie wpływa duża liczba czynników. Wszystko to komplikuje zadanie przewidzenia dokładnej lokalizacji satelity. A uwzględnienie wszystkich tych parametrów jest często najważniejszym zadaniem. Na przykład obliczenie trajektorii Księżyca i jego dokładność wpływa na powodzenie misji wysłanego do niego statku kosmicznego.
Wpływ Księżyca na Ziemię
Satelita naszej planety jest stosunkowo mały, ale jego wpływ jest dobryzauważalnie. Być może wszyscy wiedzą, że to Księżyc tworzy pływy na Ziemi. Tutaj musimy od razu zrobić zastrzeżenie: Słońce również powoduje podobny efekt, ale ze względu na znacznie większą odległość efekt pływowy gwiazdy jest mało zauważalny. Ponadto zmiana poziomu wody w morzach i oceanach jest również związana ze specyfiką samej rotacji Ziemi.
Wpływ grawitacyjny Słońca na naszą planetę jest około dwieście razy większy niż Księżyca. Jednak siły pływowe zależą przede wszystkim od niejednorodności pola. Odległość dzieląca Ziemię od Słońca wygładza je, przez co efekt bliskiego nam Księżyca jest silniejszy (dwukrotnie większy niż w przypadku oprawy).
Fala pływowa tworzy się po stronie planety, która obecnie jest zwrócona w stronę gwiazdy nocnej. Po przeciwnej stronie jest też przypływ. Gdyby Ziemia była nieruchoma, fala przesunęłaby się z zachodu na wschód, znajdując się dokładnie pod księżycem. Jego pełna rewolucja miałaby się zakończyć w ciągu 27 nieparzystych dni, to znaczy w ciągu miesiąca gwiezdnego. Jednak okres obrotu Ziemi wokół własnej osi wynosi nieco mniej niż 24 h. W efekcie fala biegnie po powierzchni planety ze wschodu na zachód i wykonuje jeden obrót w ciągu 24 godzin i 48 minut. Ponieważ fala nieustannie spotyka się z kontynentami, przesuwa się do przodu w kierunku ruchu Ziemi i wyprzedza w swoim biegu satelitę planety.
Usuwanie orbity Księżyca
Fala pływowa powoduje ruch ogromnej masy wody. Wpływa to bezpośrednio na ruch satelity. Imponująca częśćMasa planety jest przesunięta z linii łączącej środki masy dwóch ciał i przyciąga do siebie Księżyc. W rezultacie satelita doświadcza momentu siły, który przyspiesza jego ruch.
W tym samym czasie kontynenty poruszające się na fali pływowej (poruszają się szybciej niż fala, ponieważ Ziemia obraca się z większą prędkością niż Księżyc), doświadczają siły, która je spowalnia. Prowadzi to do stopniowego spowolnienia rotacji naszej planety.
W wyniku oddziaływania pływowego dwóch ciał, a także działania praw zachowania energii i momentu pędu, satelita przemieszcza się na wyższą orbitę. Zmniejsza to prędkość księżyca. Na orbicie zaczyna poruszać się wolniej. Coś podobnego dzieje się z Ziemią. Spowalnia, powodując stopniowy wzrost długości dnia.
Księżyc oddala się od Ziemi o około 38 mm rocznie. Badania paleontologów i geologów potwierdzają kalkulacje astronomów. Proces stopniowego spowalniania Ziemi i usuwania Księżyca rozpoczął się około 4,5 miliarda lat temu, czyli od momentu powstania obu ciał. Dane naukowców potwierdzają założenie, że wcześniej miesiąc księżycowy był krótszy, a Ziemia obracała się z większą prędkością.
Fala pływowa występuje nie tylko w wodach oceanów. Podobne procesy zachodzą zarówno w płaszczu, jak iw skorupie ziemskiej. Są jednak mniej zauważalne, ponieważ warstwy te nie są tak plastyczne.
Recesja Księżyca i spowolnienie Ziemi nie będą trwały wiecznie. W końcu okres obrotu planety będzie równy okresowi obrotu satelity. Księżyc „unosi się” nad jednym obszarempowierzchnie. Ziemia i satelita będą zawsze zwrócone tą samą stroną do siebie. W tym miejscu należy przypomnieć, że część tego procesu została już zakończona. To właśnie oddziaływanie pływowe doprowadziło do tego, że na niebie zawsze widoczna jest ta sama strona Księżyca. W kosmosie istnieje przykład układu, który jest w takiej równowadze. Nazywają się już Pluton i Charon.
Księżyc i Ziemia są w ciągłej interakcji. Nie da się powiedzieć, które z ciał ma większy wpływ na drugie. W tym samym czasie oba są wystawione na działanie słońca. Istotną rolę odgrywają również inne, bardziej odległe ciała kosmiczne. Uwzględnienie wszystkich tych czynników utrudnia dokładne zbudowanie i opisanie modelu ruchu satelity na orbicie wokół naszej planety. Jednak ogromna ilość zgromadzonej wiedzy, a także stale ulepszany sprzęt, pozwala mniej lub bardziej dokładnie przewidzieć położenie satelity w dowolnym momencie i przewidzieć przyszłość, jaka czeka każdy obiekt z osobna oraz układ Ziemia-Księżyc jako całość.
