Как Солнце спасло нас от 65-часового дня
Несколько миллиардов лет назад гравитационное взаимодействие между Землей и Солнцем позволило сделать "паузу" в процессе замедления вращения нашей планеты. Без этого процесса день на Земле сегодня мог бы длиться около 60 часов. Подробности этой работы опубликованы в журнале .
Как Луна влияет на вращение Земли
На протяжении всей своей истории Земля не всегда имела 24-часовые сутки в том виде, в котором мы знаем их сегодня. Эти колебания обусловлены главным образом вращением Земли, на которое влияет гравитационное воздействие Луны.
При вращении Земли вокруг своей оси гравитационная сила Луны неравномерна по всей поверхности планеты из-за разницы в расстоянии между Луной и различными частями Земли. Когда наш спутник находится над определенной точкой Земли, гравитационная сила, которую он оказывает на эту точку, сильнее, чем на другие части Земли. Над океаном это приводит к небольшому подъему воды, образуя прилив.
Однако из-за временной задержки между положением Луны и вращением Земли этот подъем воды не совпадает непосредственно с положением самой Луны. На самом деле Земля продолжает вращаться, что приводит к подъему воды на восток относительно текущего положения Луны. Это означает, что подъем воды немного опережает положение нашего спутника. В результате гравитационная сила, возникающая при подъеме воды, создает на Земле пару сил. Напомним, что пара сил - это пара равных и противоположных сил, порождающих вращательное движение.
В данном случае гравитационный момент, создаваемый поднимающейся водой, приводит к замедлению вращения Земли. Этот процесс является следствием диссипации кинетической энергии вращения Земли под действием приливных сил.
Солнце также играет определенную роль
Что касается Солнца, то существует два типа приливов, способных создавать вращающий момент. Первый - это солнечная приливная пара. Она действует так же, как и лунная, вызывая очень небольшие изменения в океанических приливах, что замедляет вращение Земли.
Второй тип - тепловая приливная пара. Когда солнечный свет нагревает атмосферу, он заставляет ее расширяться, создавая еще одну рукоятку, с которой может взаимодействовать гравитация Солнца. Это воздействие заставляет Землю вращаться быстрее. Однако, несмотря на то, что гравитация Солнца более мощная, наша звезда находится в 390 раз дальше от Земли, чем Луна. Поэтому лунные приливы всегда вызывают вдвое большую силу.
В результате вращение Земли замедляется, а дни немного удлиняются. Заметим, что когда наш спутник сформировался около 4,5 млрд. лет назад, сутки на Земле длились около 10 часов.
Два процесса, которые отменяют друг друга
Однако, изучив геологические свидетельства приливов и отливов, обнаруженные в очень древних скальных образованиях, астрофизики обнаружили, что в период от 2 млрд. до 600 млн. лет назад несколько приливных сил аннулировали друг друга. В результате этого процесса продолжительность суток должна была составлять около 19,5 часов.
Если говорить более детально, то в, то время атмосфера Земли была более теплой, что влияло на тепловые волны, создаваемые солнечным светом в атмосфере: более высокая температура означает более высокую скорость волн. Частота прохождения этих волн через атмосферу создает атмосферный резонанс, который усиливает их действие.
На протяжении более миллиарда лет этот резонанс и продолжительность дня должны были оставаться синхронизированными: атмосферные волны резонировали каждый раз, когда Земля поворачивалась примерно на пол-оборота.
Поскольку период вращения Земли почти в два раза превышал период резонанса, атмосферные приливы, вызываемые Солнцем, становились сильнее, что давало солнечной гравитации большую массу для работы. В результате влияние Солнца на вращение Земли должно было в большей или меньшей степени противодействовать влиянию лунных приливов.
Около 600 млн. лет назад дни на Земле снова начали удлиняться. Если бы этого не произошло, то наши современные сутки могли бы длиться более 65 часов.