Притяжение луны и земли

Влияние земной гравитации на Луну

Лунная поверхность. Авторы и права: NASA.

Гравитационное притяжение Земли, непрерывно воздействующее на Луну, образует определённые структуры на её поверхности, говорят исследователи. Так же, как гравитационное притяжение Луны вызывает приливы и отливы в морях и океанах на Земле, так и Земля оказывает приливные воздействия на Луну. Учёные знали об этом уже давно, однако теперь они обнаружили, что сила земного притяжения образует на поверхности Луны своеобразные наплывы.

“Мы знаем, что тесные отношения между Землёй и Луной восходят к их истокам, однако для нас был большим сюрпризом тот факт, что Земля по-прежнему помогает формироваться Луне”, – сказал ведущий автор исследования Томас Уоттерс (Thomas Watters), планетолог из Смитсоновского института.

Исследователи проанализировали данные переданные аппаратом LRO, который был запущен в 2009 году. В 2010 году космический аппарат помог учёным обнаружить, что Луна уменьшается. А после более чем шести лет работы на орбите и визуализации почти трёх четвертей поверхности Луны, LRO обнаружил более 3200 наплывов на поверхности нашего спутника. Эти образования являются наиболее распространёнными тектоническим образованиями на Луне, и, как правило, составляют десятки метров в ширину и несколько километров в длину. Предыдущие исследования показали, что они были сформированы меньше, чем 50 миллионов лет назад, и, вероятно, по-прежнему активно формируются сегодня.

Если бы формирование этих образований происходило бы только в результате охлаждения поверхности Луны, то их ориентация должна была бы быть абсолютно случайной, поскольку силы сжатия будут равны по своему значению во всех направлениях, говорят исследователи.

“Для нас было большим сюрпризом то, что все наплывы сформированы в одном и том же направлении, а, следовательно, формирование этих образований происходит под действием ещё как минимум одного фактора, действующего в глобальном масштабе”, – отметил Уоттерс в своем заявлении. “И это ни что иное как гравитационное притяжение Земли”, – добавил он.

Приливные силы Земли не действуют одинаково на всей поверхности Луны. Вместо этого они действуют наиболее сильно в тех районах Луны, которые либо ближе всего, либо дальше всего от Земли. В результате этого большинство наплывов протянулись с севера на юг на низких, средних широтах и вблизи экватора Луны, а в высоких широтах и вблизи полюсов Луны – с востока на запад.

“С LRO, мы смогли изучить Луну с беспрецедентной точностью в глобальном масштабе. Наш спутник изучен лучше, чем любой другой объект Солнечной системы. Данные переданные LRO позволили изучить важные процессы, которые в противном случае остались бы непонятыми”, – подчеркнул Джон Келлер (John Keller).

Если наша теория верна, то вдоль этих наплывов могут происходить не очень мощные лунотрясения, наиболее частые в те моменты, когда Луна находится в дальней точке своей орбиты. Сеть сейсмометров на поверхности Луны может в один прекрасный день обнаружить эти колебания.

3. ЛУННАЯ ГРАВИТАЦИЯ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ЗЕМЛЮ

параметры лунной гравитации • влияние на тело Земли • влияние на орбиту Земли
краткое резюме

В данной главе мы рассмотрим, как Луна воздействует своим гравитационным полем собственно на саму Землю, т.е. на ее тело и ее движение по орбите. Последствия данного воздействия для различных земных сфер — литосферы, гидросферы, ядра, атмосферы, магнитосферы и др., а также для биосферы будут рассмотрены в следующих главах.

ВНИМАНИЕ!
Графики гравитационного взаимодействия Луны и Земли см. с помощью сервиса
ЛУННЫЙ ФАКТОР

3.1. Параметры лунной гравитации.

Расчетные соотношения и константы

Для расчета гравитационного воздействия Луны воспользуемся формулой классической физики, определяющей силу F взаимного притяжения двух тел с массами M1 и M2, центры масс которых находятся друг от друга на расстоянии R:

(1) F (н) = (G x M1 x M2) / R2,

где G = 6,67384 х 10 -11 — гравитационная постоянная.

Данная формула дает значение силы притяжения в единицах системы СИ — ньютонах (н). Для целей нашего трактата удобнее и понятнее будет оперировать килограммами силы (кгс), которые получаются делением F на коэффициент 9,81, т.е.:

(2) F (кгс) = (G x M1 x M2) / (9,81 х R2)

Для дальнейших расчетов нам потребуются следующие константы:

  1. масса Луны — 7,35 х 1022 кг;
  2. среднее расстояние от Земли до Луны — 384400 км;
  3. средний радиус Земли — 6371 км;
  4. масса Солнца — 1,99 х 1030 кг;
  5. среднее расстояние от Земли до Солнца — 149,6 млн. км;

Сила лунного притяжения на Земле

В соответствии с формулой (2), сила притяжения Луной тела массой 1 кг, находящегося в центре Земли, при расстоянии между Луной и Землей, равном его среднему значению, равна:

(3) F = (6,67 х 10 -11 х 7,35 х 1022 х 1) / (9,81 х 384400000 2) = 0, 000003382 кгс

т.е. всего 3,382 микрограмма. Для сравнения расчитаем силу притяжения того же тела Солнцем (также для среднего расстояния):

(4) F = (6,67 х 10 -11 х 1,99 х 1030 х 1) / (9,81 х 149600000000 2) = 0, 000604570 кгс,

т.е. 604,570 микрограмм, что почти в 200 (двести!) раз больше, чем сила притяжения Луной.

Кроме того, вес тела, находящегося на поверхности Земли, изменяется в гораздо более существенных пределах из-за отклонения формы Земли от идеальной, неравномерности рельефа и плотности, а также влияния центробежных сил. Так, например, вес тела массой в 1 кг на полюсах больше веса на экваторе примерно на 5,3 грамма, причем одна треть этой разницы обусловлена сплюснутостью Земли с полюсов, а две трети — центробежной силой на экваторе, направленной против силы тяжести.

Как видно, прямое гравитационное воздействие Луны на конкретное тело, находящееся на Земле, является в прямом смысле микроскопическим и при этом существенно уступает гравитационному воздействию Солнца и геофизических аномалий.

Градиент силы лунного притяжения

Обратимся к рис.3.1. Для среднего значения расстояния Земля — Луна сила притяжения Луной тела массой 1 кг, расположенного на поверхности Земли в ближайшей к Луне точке составляет 3,495 микрограмм, что на 0,113 микрограмм больше, чем сила притяжения того же тела, но расположенного в центре Земли. Сила же притяжения тела, находящегося на поверхности Земли, Солнцем (также для среднего значения расстояния) составит 604,622 микрограмма, что больше силы притяжения того же тела, но расположенного в центре Земли, на 0,052 микрограмма.

Рис.3.1 Лунная и солнечная гравитация

Т.о, несмотря на неизмеримо меньшую массу Луны по сравнению с Солнцем, градиент силы ее тяготения на орбите Земли в среднем в два с лишним раза больше градиента силы тяготения Солнца.

3.2. Влияние на тело Земли

Для иллюстрации воздействия гравитационного поля Луны на тело Земли обратимся к рис. 3.2.

Рис.3.2 Влияние гравитационного поля Луны на тело Земли.

Данный рисунок представляет весьма и весьма упрощенную картину реакции тела Земли на воздействие лунной гравитации, но достоверно отражает суть процесса — изменение формы земного шара под воздействием т.н. приливных (или приливообразующих) сил, направленных вдоль оси Земля — Луна, и противодействующих им сил упругости тела Земли. Приливные силы возникают из-за того, что точки Земли, расположенные ближе к Луне, притягиваются к ней сильнее, чем точки, расположенные дальше от нее. Иными словами, деформация тела Земли является следствием градиента силы притяжения Луны и противодействующих ему сил упругости тела Земли. В результате действия этих сил размер Земли увеличивается в направлении действия приливных сил и уменьшается в поперечном направлении, вследствие чего на поверхности образуется волна, именуемая приливной. Эта волна имеет два максимума, находящиеся на оси Земля — Луна и перемещающиеся по поверхности Земли в направлении, противоположном направлению ее вращения. Амплитуда волны зависит от широты местности и текущих параметров орбиты Луны и может достигать нескольких десятков сантиметров. Максимальное значение она будет иметь на экваторе при прохождении Луной ее перигея.

Солнце также вызывает приливную волну в теле Земли, но существенно меньшую из-за меньшего градиента силы его тяготения. Совместное гравитационное воздействие Луны и Солнца на тело Земли зависит от их взаимного расположения. Максимально значение приливных сил и, соответственно, максимальная амплитуда приливной волны достигается при расположении всех трех объектов на одной оси, т.е. в состоянии т.н. сизигии (выравнивания), что имеет место при новолунии (Луна и Солнце в «соединении») или при полнолунии (Луна и Солнце в «оппозиции»). Данные конфигурации иллюстрируются рис. 3.3 и 3.4.

Рис.3.3 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли
в «соединении» (в новолуние).

Рис.3.4 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли
в «оппозиции» (в полнолуние).

По мере отклонения Луны и Солнца от линии сизигии вызываемые ими приливные силы и, соответственно, приливные волны начинают приобретать самостоятельный характер, их сумма уменьшается, а степень их противодействия друг другу растет. Противодействие достигает максимума, когда угол между направлениями на Луну и Солнце из центра Земли равен 90°, т.е. данные тела находятся в «квадрате», а Луна, соответственно, находится в фазе четверти (первой или последней). В этой конфигурации приливные силы Луны и Солнца действуют на форму тела Земли строго противоположно, соответствующие приливные волны на поверхности максимально разнесены, а их амплитуда минимальна, что иллюстрируется рис. 3.5.

Рис.3.5 Совместное влияние гравитационных полей Луны и Солнца на тело Земли в «квадрате».

Примечание. «Соединение», «оппозиция», «квадрат» (или «квадратура») — термины, используемые в астрономии и астрологии для определения геометрии взаимного расположения двух небесных тел или точек относительно Земли. Подробнее см. Лунные аспекты.

Физика земных приливных процессов под воздействием гравитационных полей Луны и Солнца весьма сложна и требует учета большого числа параметров. На эту тему было разработано большое число различных теорий, проведено много экспериментальных исследований, написано огромное количество статей, монографий и диссертаций. Даже на сегодняшней день в этой области остается много «белых» пятен, противоречащих друг другу точек зрения и альтернативных подходов. Для желающих углубиться в проблематику земных приливов можно рекомендовать фундаментальное исследование П. Мельхиора «Земные приливы» (пер. с англ., М., «Мир», 1968 г. 483 страницы).

3.3. Влияние на орбиту Земли

Как было отмечено в п.1.1 главы 1, Луна для естественного спутника планеты обладает аномально большой массой, поэтому более корректно считать, что Земля и Луна образуют двойную планетную систему, вращающуюся вокруг общего центра масс, который смещен относительно центра Земли в среднем на 4670 км. Вследствие этого Земля, вращаясь вокруг своей центральной оси, одновременно вращается и вокруг этого центра масс с периодом, равным синодическому лунному месяцу, т.е. 29,530588 солнечных суток. В результате на эллиптическую орбиту Земли накладывается переменнная «модулирующая» составляющая с соответствующей амплитудой и периодом (см. рис.3.6).

Рис.3.6 Модуляция орбиты Земли лунной гравитацией

Эта составляющая изменяет расстояние от Земли до Солнца, что приводит к колебаниям солнечной гравитации примерно на ± 450 мкгс, практически не влияя на ее градиент. Кроме того, она создает определенные силы инерции, внося дополнительный вклад в изменение силы тяжести в зависимости от положения тела на поверхности Земли, а также незначительно влияет на величину достигающей Земли солнечной энергии (см. ).

3.4. Краткое резюме

Следствием воздействия лунной гравитации на Землю являются два фундаментальных явления:

  1. Лунные приливы на поверхности Земли — периодических изменений уровня земной поверхности, синхронизированные с суточным вращением Земли и перемещением Луны по орбите.
  2. Наложение на земную орбиту переменной составляющей, синхронизированной с вращением системы Земля — Луна вокруг общего центра масс.

Данные явления являются главными механизмами воздействия Луны на земные сферы — литосферу, гидросферу, земное ядро, атмосферу, магнитосферу и др. Более подробно об этом — в следующей главе.

Солнечная система > Система Земля-Луна > Спутник Луна > Гравитация на Луне

Графическое представление разницы гравитации на Земле и Луне

Гравитация Луны – какая сила гравитации у спутника Земли. Узнайте, сколько человек весит на Луне, сравнение с Землей в фото, первые прыжки астронавтов Аполлона.

Постоянно переживаете по поводу своего веса? Зачем садиться на диету, если можно слетать к Луне, где гравитация намного ниже. Этот объект меньше нас по размеру и массе и фактически ваш вес будет составлять всего 17% от земного.

Лунная гравитация достигает всего 17% от земной. Мы используем такую же силу прыжка, что на Земле, и сможем подняться на 3 м в высоту, зависнув в воздухе на 4 секунды.

Допустим, вы весите 100 кг, а вот на спутнике – всего 17 кг. То есть, сила гравитации на Луне позволит вам прыгать намного выше, если точнее, то 2 метра станут для вас привычным делом. И вы бы стали настоящим Человеком Пауком, потому что падение с высоты дома на Луне напомнит прыжок со стола. Мяч пролетел бы в 6 раз дальше. В общем, на спутнике можно развлечься, так как лунная гравитация отличается от привычной земной.

Когда астронавты впервые ступили на Луну, то им пришлось переучиться ходить. Точнее, они просто смешно прыгали, напоминая кенгуру. Удивительно, но обычный шаг приводит к падениям. И последнее, гравитация на Луне настолько низкая, что при помощи искусственных крыльев, вы смогли бы совершить полет. Разве не круто? Рассмотрите верхний рисунок, чтобы запомнить, как выглядит гравитация Луны и Земли.

Гравитационное взаимодействие

Эффекты гравитационных взаимодействий нагляднее всего видны на примере океанических приливов и отливов. Однако подобное явление наблюдается и в твердых телах.

Гравитация Луны и Земли

Взаимное притяжение Луны и Земли вызывает, если так можно сказать, приливные волны в твердых породах этих космических тел, иначе — напряжение и деформацию Земли и Луны.

Вдоль линии, соединяющей Землю и ее спутник, в каждый данный момент времени возникают локальные, то есть местные, поднятия грунта.

Влияние гравитации на Луну

Гравитация и расстояние между объектами

Луна меньше по размерам, поэтому некоторые поднятия ее поверхности достигают 25 – 30 метров. Степень растяжения Луны, естествен но, ограничена, Луна в основном состоит из каменных скал, а камень не очень эластичный материал.

Однако растяжимость Луны не так уж мала, потому что ее ядро, так же как и ядро Земли, состоит из расплавленных горных пород. А когда Луне выпадает несчастье оказаться на одной линии между Землей и Солнцем, Луну сотрясают мощные землетрясения, так как крупные небесные тела — Земля и Солнце — буквально разрывают наш естественный спутник на части.

Визуализация гравитации – интересное видео

Почему Луна притягивает воду?

Как проявляется сила притяжения Луны? Раньше считалось, что Луна способна притягивать лишь воду. На этом основано множество поверий и обычаев. Так, например, считалось, что любая жидкость устремляется вслед за Луной, и этим объясняли, например, странности поведения некоторых людей в полнолуние. Кровь «лунатиков», якобы, устремляется к голове, и они не могут принимать адекватные решения.
На самом деле, притяжение Луны, безусловно, существует. Но этому есть достаточно простое и логичное научное объяснение. Оно основано на законе всемирного тяготения, открытого еще Ньютоном. Согласно этому закону, чем больше расстояние между объектами, тем меньше сила тяготения.
Луна – достаточно большое небесное тело. И обратная к Земле сторона Луны оказывает меньшее гравитационное влияние на нашу планету, примерно на семь процентов, чем обращенная к нам сторона. Из-за разности этих сил, Земля, под действием гравитационного поля Луны, вытягивается. И эта сила, которая вытягивает нашу планету, носит название приливная.
Воздействие приливной силы достаточно ощутимо сказывается на Земле. Например, способно изменить ее рельеф. На экваторе, возникают возвышения рельефа, к северным и южным полюсам – земная кора «опускается». Такие процессы имеют свою закономерную периодичность. Она зависит от двух составляющих: вращения Земли вокруг своей оси и Луны вокруг земли. Полный оборот совершается за двадцать пять часов (оборот Земли – 24 часа, и час – движение Луны по орбите). В результате этих оборотов на Земле происходит процесс прилива и отлива дважды.
То, что и земная кора подвержена образованию твердотелых приливов, было выяснено совсем недавно, когда появилась новая усовершенствованная техника. Невооруженным взглядом наблюдать такие процессы невозможно, потому что они происходят равномерно по всей поверхности Земли.
А вот в морях и океанах приливы и отливы выглядят более наглядно. Это связано с тем, что вода – подвижная субстанция, поэтому, во время приливов, вода стремится к берегу. Высота приливов и суши и воды примерно одинакова – от тридцати до шестидесяти сантиметров.
Изучение деформаций под влиянием приливной силы помогает ученым исследовать и находить объяснения многим явлениям. И сейчас исследования действия этой силы продолжаются.
Арина Ларина
(Источник: Science.YoRead.ru)

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *