Почему Луна одной стороной к Земле всегда обращена? Любопытные факты

Этот вопрос веками волновал умы ученых и философов. Сегодня наука дает разумное объяснение. Давайте разберемся в причинах этого удивительного астрономического феномена.

Основные факты о вращении Луны

Период обращения Луны вокруг Земли и вокруг собственной оси одинаков и составляет около 28 земных суток. Это приводит к тому, что Земля всегда видит одну и ту же сторону Луны. Причина - действие приливных сил Земли на неоднородности распределения масс Луны. Небольшая часть обратной стороны все же видна благодаря либрациям по широте и долготе.

Либрация (от лат. libratio - качание, колебание) - периодические колебания видимого положения и формы диска Луны, вызванные наклоном ее оси вращения к плоскости орбиты и неравномерностью ее движения по орбите.

Из-за либраций с Земли можно наблюдать около 59% поверхности Луны. Остальная часть нам недоступна.

Механизм синхронизации вращений Луны

Как же приливные силы Земли замедлили вращение Луны до полной синхронизации с орбитальным движением? Рассмотрим подробнее этот механизм.

1. Приливные силы Земли действуют на «приливные горбы» на Луне, деформируя их.
2. Эти деформации создают внутреннее трение, которое постепенно тормозит вращение Луны.
3. Как следствие, период собственного вращения Луны увеличивается.
4. В определенный момент он сравнивается с орбитальным периодом и далее остается синхронизированным.

Таким образом, сегодня мы видим всегда одну сторону Луны. А что было раньше и что будет в будущем? Об этом далее.

Как приливные силы влияют на океаны Земли

Все знакомы с океаническими приливами. Но как они связаны с влиянием Луны?

Почему Луна одной стороной к Земле всегда обращена? Это из-за совпадения периодов собственного вращения Луны и ее орбитального движения. Такая ситуация произошла под действием гравитационных приливных сил Земли. То же самое приливное взаимодействие влияет и на океаны нашей планеты.

На схеме ниже поясняется механизм возникновения приливов.

Как видно, приливы и отливы связаны с положением Луны и Солнца относительно Земли.

Изменение приливов на Земле с течением времени

Как отмечалось ранее, в далеком прошлом период обращения Луны вокруг Земли был значительно меньше, а расстояние - соответственно тоже. Это означает, что приливы в то время были намного сильнее.

Подсчитано, что миллиард лет назад земные сутки были короче на 4 часа чем сегодня, они составляли всего около 20 часов. В тот период Луна была расположена гораздо ближе, совершала один оборот вокруг нашей планеты за несколько суток, и приливы и отливы были гораздо сильнее выражены.

Почему Луна одной стороной к Земле всегда обращена? Потому, что гравитация Земли замедлила вращение Луны до синхронизации с орбитальным движением. Но что будет дальше?

Приливы в будущем

Через пять миллиардов лет земное вращение настолько замедлится, что сутки будут длиться всего девять часов. При этом Луна совершит за год девять оборотов вокруг Земли, а в каждом "лунном месяце" будут только одни "сутки".

Асимметрия видимой и обратной сторон Луны

Почему Луна всегда к нам повернута одной стороной, и почему видимая и обратная стороны Луны так сильно различаются по своим характеристикам? Ученые высказывают разные предположения.

• На видимой стороне гораздо больше морей и они крупнее по размерам.
• Возраст лавовых покровов морей на видимой стороне больше.
• Есть отличия в гравитационных аномалиях (масконах) на сторонах.

Все это может быть следствием особенностей формирования Луны и ее эволюции под действием гравитации Земли. Но пока единой теории не существует.

Наблюдение изменений лунной поверхности

Несмотря на кажущуюся неизменность, лунный ландшафт все же претерпевает некоторые изменения.

С древних пор наблюдают различные непродолжительные локальные аномалии, не все из которых объяснены наукой на данный момент.

К таким аномалиям относят, например, появление кратковременных свечений в кратерах Луны или изменение очертаний кратеров.

Зависимость лунных фаз от приливов

Почему же лунные фазы влияют на силу океанических приливов на Земле?

Влияние лунных фаз на амплитуду приливов

Амплитуда приливов зависит от фазы Луны в данный момент:

• При новолунии и полнолунии амплитуда максимальна, так как суммируется гравитационный эффект Луны и Солнца.
• В первую и третью четверти Луны амплитуда приливов несколько меньше.
• Причина - разная конфигурация Солнца, Земли и Луны для каждой фазы.

Таким образом, фазы Луны задают ритмику "приливного цикла" на Земле с периодом около двух недель.

Особые приливы

Одной из разновидностей особо сильных приливов являются так называемые "извержения приливов".

Извержения приливов происходят в узких заливах со специфическим рельефом дна, когда в определенные фазы Луны суммируются возмущения от нее и Солнца.

Наиболее известны приливные "приливные волны" в заливе Фанди в Канаде, достигающие 15 метров!

Историческое значение приливов

Приливы и гравитационное взаимодействие с Луной сыграли важную роль в истории Земли.

1. Приливная эрозия формирует береговые линии материков.
2. Они влияют на перемещение питательных веществ в океане.
3. В прошлом более сильные приливы могли способствовать зарождению жизни.

Таким образом, несмотря на малые размеры по сравнению с Землей, обращена к нам всегда одной стороной, Луна оказывает влияние на многие процессы на нашей планете.

Приливное взаимодействие Луны и Земли

Нельзя рассматривать лунные и земные приливы по отдельности - это единый физический процесс гравитационного взаимодействия двух тел Солнечной системы.

Динамика системы Земля-Луна

Под действием приливных сил происходит постоянный переток энергии и момента количества движения между Землей и Луной:

• Земля теряет момент вращения, ее сутки увеличиваются.
• Орбитальная скорость Луны растет, она удаляется от Земли.
• Энергия переходит в тепло трения в недрах Земли и Луны.

Этот процесс будет продолжаться. Через миллиарды лет наступит повернута полная синхронизация вращений Земли и Луны.

Перспективы обзора обратной стороны Луны

Можем ли мы когда-нибудь увидеть с Земли ранее невидимую обратную сторону Луны?

К сожалению, в будущем такой возможности не предвидится. Скорее Земля будет всегда повернута к Луне одной стороной, чем наоборот.

Колонизация обратной стороны Луны

Зато обратная сторона Луны может быть перспективна для освоения человеком.

Там нет так называемой "радиационной ночи", а значит условия комфортнее для длительного пребывания людей и размещения обсерваторий.

Возможно, именно там в будущем возникнет лунная база для дальнейших космических экспедиций.