Приливы
Библия говорит нам, что Бог сотворил луну на четвертый день недели творения (Бытие 1: 14-19). В Библии кратко описаны некоторые функции луны: она светит и помогает нам строить календарные планы. Но луна имеет еще одну важную функцию: от нее зависят приливы и отливы - суточные поднятия и опускания воды вдоль береговой линии. Как происходит приливно-отливная активность воды? Это- загадка, которая озадачивала людей как в древние времена, так и сегодня. Однако, если вдуматься, то это не трудно понять.
Как возникают приливы?
Силы, приводящие к возникновению океанических приливов лежат за пределами нашего обычного, ежедневного опыта, поэтому людям иногда сложно их объяснить. Известна знаменитая ошибка Галилео (1564-1642 гг. н.э.), который утверждал, что приливы вызваны вращением и орбитальным движением Земли. Однако, как отмечали его современники, это должно было приводить к появлению только одного прилива в день. На самом же деле, у большинства береговых линий мира наблюдается два прилива. Однако, задолго до Галилея, средневековый англо-саксонский монах и историк Достопочтенный Беда (673-735 гг. н.э.), пришел к правильному выводу, что причиной приливов является Луна. Тем не менее, Галилей отверг это объяснение, посчитав его мистикой. Понять это было не просто, потому что приливы высоки в новолуние, несмотря на то, что при полной Луне они выше. Кроме того, их максимальная высота обычно наблюдается не в тот момент, когда Луна находится прямо над головой.
Как луна вызывает приливы
Приливы вызываются гравитацией. Чем меньше расстояние между двумя телами, тем больше сила притяжения между ними, и тем быстрее акселерация между ними (см. вставку внизу). Мы объясним по порядку как это вызывает приливы.
Сначала, давайте представим, что Земля находится в пространстве без движения. Что тогда произойдет? Из-за гравитации она немедленно начнет падать на Солнце. Но сила притяжения зависит от расстояния. Поэтому, сторона Земли ближайшая к солнцу будет притягиваться сильнее, чем удаленная сторона. Но Земля твердая. Даже если бы одна сторона стала бы разгоняться к солнцу быстрее другой, вся масса двигалась бы как одно целое, а Земля не стала бы растягиваться, превращвясь в нечто яйцевидное.1
С другой стороны, океаны не являются твердыми. Они могут реагировать на гравитационное притяжение солнца. Океан на солнечной стороне будет буквально падать в сторону солнца быстрее, чем земля, а океан на удаленной стороне будет буквально падать медленнее, чем земля.
Конечно же вода не растягивается и не может оторваться от дна океана, почему же она поднимается? Вода прибывает в места своего подъема из тех районов Земли, где суммарная гравитационная сила почти параллельна поверхности земли (Рисунок 1). Здесь вода «смещается в сторону» совсем немного, по мере того как она «падает» быстрее в сторону солнца с солнечной стороны и медленнее на противоположной стороне.
Но земля не падает на солнце , верно? Впрочем, падает. Но она, одновременно с этим, также движется в сторону и обретает почти круговую орбиту. Однако, наше орбитальное движение вперед не исключает силу притяжения солнца. Точки на поверхности земли реагируют на притяжение солнца также как если бы они падали прямо на него. Поэтому солнечное притяжение приводит к возникновению на земле двух приливных подъемов.
Точно также мы можем объяснить и лунные приливы. Конечно же луна и земля постоянно притягивают друг друга. И снова, вода, находящаяся на ближайшей стороне земли падает в сторону луны быстрее, чем вода на дальней стороне. Интересно, что лунный прилив более чем в два раза превышает солнечный, потому что хотя солнце гораздо массивней, луна расположена гораздо ближе (см. бокс ниже).
Таково объяснение причин морских приливов, впервые предложенное сэром Исааком Ньютоном в 1687 г. Однако, в действительности приливы - явление более сложное, чем это описано в нашем упрощенном объяснении, потому что по мере того как возмущенные воды движутся через океан, они сталкиваются с мелководными участками (которые увеличивают их скорость и нередко меняют их направление) и неровными береговыми линиями (которые создают сложный рисунок водного течения). В итоге, в одних местах океана наблюдаются регулярные приливы дважды в день, в других- один раз в день, в некоторых местах – экстремальные приливы, а в других - полное отсутствие приливно-отливной деятельности.
Кроме того, движения Солнца и Луны различаются по фазе. По мере вращения земли, солнечные приливы происходят дважды в день, с интервалом в 12 часов. Но поскольку Луна вращается вокруг земли, она приходит в то же самое место на небе где она была вчера, через 24 часа и 50 минут. Поэтому, солнечные и лунные приливы появляются с разной частотой. Когда солнечные и лунные приливы выстраиваются один за другим, во время полнолуния или новолуния, тогда весенние приливы превышают средний уровень. Они появляются каждые две недели не только весной! Когда лунный прилив совпадает с солнечным отливом, или же наоборот, то они нейтрализуют друг друга. Меньший приливный эффект Солнца вычитается из большего эффекта Луны. В такие периоды наблюдаются «квадратурные» приливы, которые по уровню ниже средних.
Эта система построена удивительным образом. Луна имеет подходящие размеры и находится на нужном расстоянии чтобы приливы только мягко омывали наши побережья. Если бы приливы были гораздо сильнее, земля бы дважды в день испытывала влияние цунами, которые бы разбивали скалы и уничтожали все живое даже на большом расстоянии от берега. Если бы приливы были меньше, вода в заливах и эстуариях застаивалась бы и становилась неблагоприятной для жизни. Система «земля-луна» уникальна в нашей солнечной системе. Она отрицает возможность случайного возникновения. Таким образом, наличие приливов указывает на разумный замысел любящего Бога, который дал нам замечательное место для проживания.
Сила гравитации между двумя предметами описывается формулой F = Gm1m2/R2, где G – гравитационная постоянная, а m1 и m2 – массы предметов и R– расстояние между центрами масс.2 Взгляните на формулу и вы поймете почему она называется законом обратных квадратов. Например, если расстояние между двумя предметами удваивается, сила уменьшается в четыре раза, потому что (2R)2=4R2.
Однако, это означает, что сила гравитации меняется от одного места к другому. Разность между силой гравитации на противоположных сторонах любого предмета называется «приливной» силой. Приливная сила падает с кубом расстояния- R3, т.е. по закону обратных кубов – удвойте расстояние и приливная сила упадет в восемь раз, потому что (2R)3=8R3.3
Предположим следующее. Среднее расстояние между землей и солнцем равно 149,6 миллионов километров. Диаметр земли на экваторе составляет всего лишь 12756 км. Тогда приливная сила, равная разности гравитационных притяжений солнца на противоположных сторонах земли и составляющая 0,0017%, представляет собой лишь малую долю в общей гравитационной силе. Но Луна находится всего лишь в 384500 км. Ее разница в величине гравитации по земному диаметру составляет 6,7%. Таким образом, не смотря на то, что Солнце в в 27 миллионов раз тяжелее Луны, а ее сила гравитации в 175 раз больше, чем у Луны, приливная сила Луны больше. Закон обратных кубов показывает, что масса Солнца не превосходит влияния близости Луны, и, в результате, Луна производит прилив в 2.2 раза больший, чем у Солнца.
Понимание гравитации и приливов также помогает нам избежать неоправданных страхов. Например, время от времени мы мы слышим, что люди опасаются выстраивания планет в одну линию. Но закон обратных кубов в приложении к приливным явлениям показывает, что мы можем полностью игнорировать заявления любителей сенсаций о том, что выстраивание планет приведет к ужасным бедствиям. Например, приливное влияние крупнейшей планеты Юпитера на землю составляет всего 0.008% от влияния солнца, а эффект ближайшей планеты Венеры - всего 0.003%. В итоге, даже если все планеты встанут в один ряд с солнцем и луной, их влияние останется незаметным.
Ссылки и замечания
- На самом деле, земля немного растягивается (примерно на 10 см). Мы можем это измерить с помощью чувствительных инструментов. Вернуться к тексту.
- DeYoung, D., Gravity: the mystery force, Creation 22(3):40–44, 2000. Вернуться к тексту.
- Кстати, это можно определить с помощью алгебры или математического анализа. Мы оставляем это на ваше усмотрение. Подсказка: что означает выражение Gm1m2/R2 – Gm1m2/(R+r)2? Но смотрите, не забудьте, что радиус земли (r) пренебрежимо мал по сравнению с расстояннием от земли до солнца (13750r) или луны (60r). Вернуться к тексту.
Readers’ comments
Comments are automatically closed 14 days after publication.