Księżyc towarzyszy naszej planecie w jej wielkiej kosmicznej podróży już od kilku miliardów lat. I pokazuje nam, Ziemianom, z wieku na wiek zawsze ten sam księżycowy krajobraz. Dlaczego podziwiamy tylko jedną stronę naszego satelity? Czy Księżyc obraca się wokół własnej osi, czy też unosi się nieruchomo w przestrzeni kosmicznej?
Charakterystyka naszego kosmicznego sąsiada
W Układzie Słonecznym znajdują się satelity znacznie większe niż Księżyc. Ganimedes to na przykład księżyc Jowisza, dwa razy cięższy od Księżyca. Ale z drugiej strony jest to największy satelita w stosunku do planety macierzystej. Jego masa wynosi ponad jeden procent masy Ziemi, a średnica około jednej czwartej ziemskiej. Nie ma już takich proporcji w słonecznej rodzinie planet.
Spróbujmy odpowiedzieć na pytanie, czy Księżyc obraca się wokół własnej osi, przyglądając się bliżej naszemu najbliższemu sąsiadowi w kosmosie. Zgodnie z przyjętą dziś w kręgach naukowych teorią, nasza planeta pozyskała naturalnego satelitę będąc jeszcze protoplanetą - nie do końca wychłodzoną, pokrytą oceanem rozgrzanej do czerwoności cieczylawa, w wyniku zderzenia z inną planetą, mniejszych rozmiarów. Dlatego skład chemiczny gleb księżycowych i ziemskich jest nieco inny – ciężkie jądra zderzających się planet połączyły się, dlatego skały ziemskie są bogatsze w żelazo. Księżyc dostał szczątki górnych warstw obu protoplanet, jest więcej kamienia.
Czy księżyc się obraca
Aby być precyzyjnym, pytanie, czy księżyc się obraca, nie jest całkowicie poprawne. W końcu, jak każdy satelita w naszym systemie, obraca się wokół macierzystej planety i wraz z nią krąży wokół gwiazdy. Jednak rotacja osiowa Księżyca nie jest zwyczajna.
Bez względu na to, jak patrzysz na Księżyc, zawsze jest on zwrócony ku nam przez Krater Tycho i Morze Spokoju. „Czy księżyc obraca się wokół własnej osi?” – pytanie zadawali sobie Ziemianie ze stulecia na stulecie. Ściśle mówiąc, jeśli operujemy pojęciami geometrycznymi, odpowiedź zależy od wybranego układu współrzędnych. W stosunku do Ziemi, osiowy obrót Księżyca jest rzeczywiście nieobecny.
Ale z punktu widzenia obserwatora znajdującego się na linii Słońce-Ziemia, obrót osiowy Księżyca będzie wyraźnie widoczny, a jeden obrót biegunowy do ułamka sekundy będzie trwał orbitalny.
Co ciekawe, zjawisko to nie jest wyjątkowe w Układzie Słonecznym. Tak więc satelita planety karłowatej Pluton Charon zawsze patrzy na swoją planetę z jednej strony, satelity Marsa - Deimos i Fobos - zachowują się w ten sam sposób.
W języku naukowym nazywa się to rotacją synchroniczną lub blokadą pływów.
Jaki jest przypływ?
Aby zrozumieć istotę tego zjawiska iaby śmiało odpowiedzieć na pytanie, czy księżyc obraca się wokół własnej osi, konieczne jest przeanalizowanie istoty zjawisk pływowych.
Wyobraźmy sobie dwie góry na powierzchni Księżyca, z których jedna "patrzy" bezpośrednio na Ziemię, a druga znajduje się w przeciwległym punkcie kuli księżycowej. Oczywiście, gdyby obie góry nie były częścią tego samego ciała niebieskiego, ale niezależnie obracały się wokół naszej planety, to ich obrót nie mógłby być synchroniczny, a ten, który jest bliższy, zgodnie z prawami mechaniki newtonowskiej, powinien obracać się szybciej. Dlatego masy kuli księżycowej, znajdujące się w punktach przeciwległych do Ziemi, mają tendencję do „uciekania od siebie”.
Jak Księżyc „zatrzymał się”
Jak siły pływowe działają na konkretne ciało niebieskie, wygodnie jest rozmontowywać na przykładzie naszej własnej planety. Przecież my też kręcimy się wokół Księżyca, a raczej Księżyca i Ziemi, jak to powinno być w astrofizyce, „tańczymy” wokół fizycznego środka masy.
W wyniku działania sił pływowych, zarówno w najbliższym, jak i najbardziej odległym punkcie od satelity, podnosi się poziom wody pokrywającej Ziemię. Co więcej, maksymalna amplituda przypływu i odpływu może osiągnąć 15 metrów lub więcej.
Kolejną cechą tego zjawiska jest to, że te pływowe "garby" codziennie krążą wokół powierzchni planety wbrew jej rotacji, tworząc tarcie w punktach 1 i 2, i w ten sposób powoli zatrzymując kulę ziemską w jej obrocie.
Wpływ Ziemi na Księżyc jest znacznie silniejszy z powoduróżnica mas. I chociaż na Księżycu nie ma oceanu, siły pływowe działają równie dobrze na skały. A wynik ich pracy jest oczywisty.
Czy księżyc obraca się wokół własnej osi? Odpowiedź brzmi tak. Ale ta rotacja jest ściśle związana z ruchem wokół planety. Siły pływowe wyrównały obrót osiowy Księżyca z jego rotacją orbitalną przez miliony lat.
A co z Ziemią?
Astrofizycy twierdzą, że natychmiast po wielkiej kolizji, która spowodowała powstanie Księżyca, prędkość kątowa obrotu naszej planety była znacznie wyższa niż obecnie. Dni trwały nie dłużej niż pięć godzin. Jednak w wyniku tarcia fal pływowych o dno oceanu, rok po roku, tysiąclecie po tysiącleciu, rotacja uległa spowolnieniu i obecny dzień trwa 24 godziny.
Średnio każde stulecie dodaje do naszego dnia 20-40 sekund. Naukowcy sugerują, że za kilka miliardów lat nasza planeta będzie patrzeć na Księżyc w taki sam sposób, jak patrzy na niego Księżyc, czyli z jednej strony. To prawda, że najprawdopodobniej tak się nie stanie, ponieważ jeszcze wcześniej Słońce, które zamieniło się w czerwonego olbrzyma, „połknie” zarówno Ziemię, jak i jej wiernego satelitę, Księżyc.
Nawiasem mówiąc, siły pływowe powodują, że Ziemianie nie tylko podnoszą się i obniżają poziom oceanów w pobliżu równika. Wpływając na masy metali w jądrze Ziemi, deformując gorące centrum naszej planety, Księżyc pomaga utrzymać ją w stanie płynnym. A dzięki aktywnemu płynnemu rdzeniowi nasza planeta posiada własne pole magnetyczne, chroniące całą biosferę przed śmiercionośnym wiatrem słonecznym i śmiercionośnym promieniowaniem kosmicznym.
