Наука Плоского мира - Йен Стюарт

Поскольку на Земле имеется такой феномен, как погода (а в ее прошлом вот уж была погода так погода!), все ударные кратеры подверглись эрозии и исчезли. На Луне погодных явлений нет, и почти все лунные кратеры остались на своих местах. Привлекательность этой теории еще и в том, что она одним ударом объясняет все странности Луны: сходство с земной мантией; тот факт, что четыре миллиарда лет назад, судя по всему, ее поверхность резко и сильно нагрелась; наличие кратеров; размер, вращение, даже «моря», образовавшиеся в результате медленного охлаждения прото-Луны. На ранних этапах своего существования Солнечная система была не слишком приятным местом.

В общем, неудавшееся «солнце» Декана может вполне еще пригодиться…

Мы точно знаем пару-тройку способов, с помощью которых Луна влияет на земную жизнь, а вполне возможно, существует еще десяток, о которых мы пока имеем весьма смутное представление.

Наиболее очевидное влияние Луны на Землю выражается в приливах и отливах, повергших наших волшебников в ступор. Как часто случается в науке, происхождение приливов не так просто, как можно решить исходя из элементарного здравого смысла. Здравый смысл утверждает, что гравитация Луны притягивает Землю, особенно ту ее часть, которая расположена ближе к Луне. Когда в этой части располагается суша, ничего особенного не происходит, но когда там находится вода, занимающая более половины поверхности Земли, то она начинает подниматься. Такое объяснение – всего лишь очередные «враки детям» и не соответствует реальности. Оно подводит нас к мысли, что прилив начинается тогда, когда Луна находится прямо у нас над головой, ну, или по крайней мере в наивысшей точке своей орбиты. Получается, что прилив должен происходить каждый день или, точнее, каждые 24 часа 50 минут, если принять во внимание, что система Земля – Луна все-таки несколько сложнее.

Между тем приливы происходят дважды в день с интервалом в 12 часов 25 минут. То есть в точности вдвое чаще.

И это еще не все: притяжение Луны на поверхности Земли составляет всего лишь одну десятимиллионную от гравитации самой Земли, а притяжение Солнца – около половины. Даже если сложить вместе эти две силы, их не хватит для того, чтобы поднять всю массу воды на высоту 70 футов (21 м), а именно такова высота самого большого прилива, происходящего в заливе Фанди между Новой Шотландией и Нью-Брансуиком.

До тех пор, пока Исаак Ньютон не открыл закон всемирного тяготения и не сделал необходимые расчеты, правдоподобное объяснение приливов совершенно ускользало от человечества. Впоследствии его идеи были усовершенствованы, однако основу заложил именно он.

Отбросим для простоты все, кроме Земли и Луны, и предположим, что Земля полностью состоит из воды. «Водяная» Земля вращается вокруг своей оси, на нее оказывает влияние центробежная сила, и вода будет скапливаться в районе экватора. Но кроме центробежной, на нее будут оказывать влияние еще две силы: земная гравитация и лунная.

Форма, которую принимает вода под воздействием всех этих сил, определяется свойствами жидкости. В нормальных обстоятельствах поверхность воды горизонтальна, ведь в противном случае вода, расположенная выше, просто стечет вниз. То же самое происходит и под воздействием дополнительных сил: поверхность воды располагается под прямым углом к точному направлению объединенных сил.

Если рассмотреть в деталях все три силы, то станет понятно, что вода принимает форму элипсоида, форма которого близка к форме сферы, но слегка вытянутой, причем вытянется она в направлении Луны. Центр элипсоида совпадает с центром Земли, то есть вода «встает на дыбы» не только на ближнем к Луне полушарии, но и на противоположном. Такое изменение формы только частично обусловлено влиянием лунной гравитации, притягивающей к себе близкорасположенную воду. В действительности движение происходит по большей части в стороны, а не вверх. Эти сторонние силы выталкивают воду в одни области Мирового океана, забирая ее в других. Общий эффект почти незаметен, поверхность воды поднимается и опускается всего на 18 дюймов (50 см).

Побережье, где море встречается с сушей, создает гораздо большие приливно-отливные движения. Бо́льшая часть воды движется вдоль (а не вверх), и ее движение обусловлено формой побережья. В некоторых местах вода попадает в узкие проливы и поднимается там намного выше, чем в других. Именно это происходит в заливе Фанди. Эффект усиливается тем, что прибрежные воды неглубоки, и вся энергия, перемещающая воду, концентрируется в тонком ее слое, создавая быстрые и хорошо заметные движения.

Теперь вернем в нашу модель Солнце. Его воздействие такое же, как и Луны, только вдвое слабее. Когда Солнце и Луна выстраиваются в одну линию с Землей (если они находятся по одну сторону Земли, то у нас будет новолуние, если по разные – полнолуние), их гравитационное воздействие увеличивается. Это приводит к так называемому сизигийному приливу, когда прилив намного выше обычного, а отлив – ниже. Несмотря на то, что в английском языке подобный прилив называется «весенним», ничего общего со временем года он не имеет. Когда же Солнце и Луна образуют прямой угол с Землей, мы видим половинку Луны, сила притяжения Солнца частично компенсируется. Возникает так называемый квадратурный прилив, при котором приливы и отливы меньше обычных. (Намека на существование квадратурного времени года тоже, вероятнее всего, нет.)

Таким образом, если учесть все эти эффекты и вспомнить о прошлых приливах, можно предсказывать время высоких и низких приливов, а также высоту подъема воды в любом месте Земли.

Процессы, аналогичные приливам, наблюдаются и в земной атмосфере, и на суше (в первом случае – больше, во втором – меньше). Приливные эффекты возникают и на других объектах в Солнечной системе и за ее пределами. Считается, что спутник Юпитера Ио, поверхность которой в основном состоит из серы и где имеются многочисленные вулканы, нагревается в результате повторяющегося сжатия приливными силами Юпитера.

В середине 90‑х годов Жак Ласкар открыл еще одно воздействие Луны на Землю: стабилизацию земной оси. Земля вращается как волчок, и в каждый конкретный момент через ее центр можно провести прямую, вокруг которой она вращается. Эта прямая называется осью. Земная ось ориентирована наклонно относительно плоскости ее вращения вокруг Солнца. Именно этот наклон вызывает смену времен года. Временами Северный полюс оказывается ближе к Солнцу, чем Южный, а через полгода они меняются местами. Когда северный конец оси наклонен в сторону Солнца, на Северное полушарие попадает больше солнечного света, чем на Южное, то есть на севере наступает лето, а на юге – зима. Шесть месяцев спустя, когда ось наклоняется в другую сторону относительно Солнца, времена года меняются.

В течение существенно более длительных периодов времени земная ось получает новую ориентацию. Вроде того, как раскачивается крутящийся волчок, при раскачивании Земли примерно за 26 тысяч лет ее ось делает полный оборот. При этом ось всегда сохраняет наклон в 23° к плоскости, перпендикулярной орбите. Это медленное движение называется прецессией, и оно оказывает небольшое влияние на смену времен года: за те самые 26 тысяч лет она смещается на один год. В общем, ничего особенного, учитывая, что большинство других планет, кроме того, меняют угол к плоскости орбиты. Например, Марс, похоже, меняет угол наклона на 90° каждые 10–20 миллионов лет, что вызывает резкие изменения климата на нем.

Предположим, что ось планеты находится под прямым углом к плоскости ее орбиты. В этом случае смены времен года не будет вообще, и везде, за исключением полюсов, день будет равен ночи. Теперь наклоните немного ось, и тут же появятся смены времен года, а дни станут длиннее летом и короче зимой. Предположим, что ось наклонена на 90°, так что в какой-то момент Северный полюс указывает прямо на Солнце. Полгода спустя на него будет направлен Южный полюс. На обоих полюсах день и ночь будут длиться по шесть месяцев, а смена времен года – совпадать со сменой дня и ночи. Полушария планеты поочередно то полгода поджариваются на Солнце, то замораживаются. Хотя жизнь и может сохраниться в таких условиях, но вопрос о возможности ее возникновения встает ребром. Живые организмы оказались бы чересчур уязвимы для резких перепадов климата, вулканической активности и падений метеоритов.

В течение очень длительных периодов времени, намного превышающих цикл прецессии, земная ось может изменять угол своего наклона, но даже за сотни миллионов лет угол остается почти одинаковым. Почему? Согласно расчетам Ласкара, устойчивость земной оси поддерживается Луной. Так что вполне можно полагать, что жизнь на Земле многим обязана ее небесной сестрице, даже если некоторых она и сводит с ума.