Віддалення Місяця: як супутник Землі сповільнює планету та змінює час

Наш найближчий небесний сусід, Місяць, поступово віддаляється від Землі. Цей рух, хоч і непомітний у повсякденному житті, є реальним і вимірюваним астрономічним явищем, яке має глибокі наслідки для нашої планети, зокрема для тривалості доби та, в довгостроковій перспективі, для самої стабільності земного клімату. Вчені стверджують, що цей процес неминуче вплине на час, яким ми його знаємо.

Причиною цього повільного «розлучення» є складна гравітаційна взаємодія між Землею та її супутником, що проявляється насамперед через океанські припливи та відпливи. Гравітація Місяця спричиняє випинання води в океанах Землі, створюючи два так звані припливні горби — один на боці, зверненому до Місяця, інший — на протилежному. Однак, оскільки Земля обертається навколо своєї осі значно швидше, ніж Місяць обертається навколо Землі, ці припливні горби не знаходяться точно під Місяцем. Через тертя між океанською водою та дном, а також через інерцію самої води, припливний горб, що «біжить попереду», трохи випереджає Місяць на його орбіті.

Цей випереджаючий припливний горб має власну масу і, відповідно, власне гравітаційне поле. Він чинить невеликий, але постійний гравітаційний вплив на Місяць, ніби «підтягуючи» його вперед по орбіті. Цей додатковий імпульс змушує Місяць поступово переходити на вищу, а отже, і більш віддалену орбіту. Це своєрідне гравітаційне «перетягування канату»: гравітація Землі намагається утримати океани, а гравітація Місяця їх «витягує», причому обертання Землі вносить асиметрію в цю взаємодію.

Згідно із законом збереження енергії та моменту імпульсу, енергія для цього «прискорення» Місяця береться з обертання Землі. Отже, віддаляючи Місяць, Земля поступово втрачає свою енергію обертання, що призводить до сповільнення її обертання навколо власної осі. Як наслідок, земна доба стає довшою.

Наскільки швидко Місяць віддаляється? За поточними вимірюваннями, швидкість цього руху становить приблизно 3,82 сантиметра (близько 1,5 дюйма) на рік. Це може здатися незначною величиною, порівнянною зі швидкістю росту нігтів людини. Однак у масштабах геологічного часу цей ефект є суттєвим.

Вчені мають змогу вимірювати цю відстань з надзвичайною точністю завдяки експерименту, започаткованому ще під час місій «Аполлон». Астронавти залишили на поверхні Місяця спеціальні кутникові відбивачі — панелі з дзеркалами, відомі як лазерні ретрорефлектори. Із земних обсерваторій на ці дзеркала спрямовують потужні лазерні імпульси. Вимірюючи час, необхідний світлу для подорожі до Місяця і назад, вчені можуть обчислити точну відстань між Землею та її супутником з точністю до міліметрів. Саме ці вимірювання і підтверджують швидкість віддалення Місяця на рівні близько 3,8 см на рік.

Як наслідок сповільнення обертання Землі, тривалість нашої доби поступово збільшується. За розрахунками, земна доба стає довшою приблизно на 1,7 мілісекунди кожні 100 років. Знову ж таки, це надзвичайно мала величина для людського життя, але вона накопичується протягом мільйонів та мільярдів років.

«Хоча 3,78 см [заокруглене значення] може здатися невеликою величиною, ця маленька різниця протягом достатньо тривалого періоду часу може вплинути на життя на Землі, сповільнюючи планету», — пояснила відома британська вчена у галузі космосу доктор Меггі Адерін-Покок в інтерв'ю BBC. «На ранній Землі, коли Місяць тільки сформувався, доба тривала лише близько п'яти годин. Але завдяки гальмівному ефекту Місяця, що діяв на Землю протягом останніх 4,5 мільярдів років, дні сповільнилися до звичних нам 24 годин, і вони продовжуватимуть сповільнюватися в майбутньому».

Історичні свідчення цього процесу можна знайти навіть у природі. Доктор Адерін-Покок пояснила, як вчені реконструюють тривалість доби в минулому: «Дивлячись на денні смуги росту коралів, ми можемо обчислити кількість днів, що припадали на рік у минулі періоди. З цього ми бачимо, що дні стають довшими зі швидкістю [збільшення тривалості доби на] 19 годин кожні 4,5 мільярда років». Ці палеонтологічні дані чудово узгоджуються з астрономічними розрахунками.

Сповільнення обертання може мати й серйозніші наслідки для стабільності нашої планети в дуже віддаленому майбутньому. «Тривалість доби, іншими словами, швидкість обертання планети, відіграє велику роль у її стабільності», — зазначає доктор Адерін-Покок. Вона порівнює це з «тарілкою, що обертається на паличці»: «Ключовим є те, щоб тарілка оберталася швидко, бо якщо вона сповільниться, то впаде на підлогу».

Вона попереджає: «Подібним чином, коли обертання Землі сповільнюється, вся наша планета може почати повільно коливатися, і це матиме руйнівний вплив на наші пори року». Це пов'язано з тим, що швидке обертання допомагає стабілізувати нахил осі Землі (який і визначає зміну пір року). Суттєве сповільнення може призвести до хаотичних коливань нахилу осі, що зробить клімат планети екстремальним та непередбачуваним.

Однак людству поки що немає чого боятися щодо цього конкретного феномену. Ці зміни відбуваються настільки повільно, що пройдуть мільярди років, перш ніж вони стануть справді катастрофічними — до того часу Сонце, ймовірно, вже завершить свій життєвий цикл. Проте доктор Адерін-Покок зауважує гіпотетичний аспект: «Більшість тварин не настільки адаптивні [як люди], і якби ці зміни відбувалися швидко через нестабільне коливання планети, то більшість тварин не змогли б еволюціонувати достатньо швидко, щоб впасти в сплячку або мігрувати подалі від небезпеки». На щастя, поточний темп змін надзвичайно повільний.

Таким чином, непомітний танець гравітації між Землею та Місяцем продовжує формувати нашу планету, повільно віддаляючи нашого супутника і змінюючи сам плин часу на Землі, нагадуючи нам про величні часові масштаби, в яких розгортаються космічні процеси.