Вслед за Луной приливные волны непрерывно прокатываются: по всем океанам земного шара. Они движутся с востока на запад — навстречу вращению Земли. Трение воды о морское дно, удары прилива о крутые берега противодействуют вращению Земли.
После Ньютона очень многие ученые исследовали особенности движения приливных волн. Ломоносов изобрел особый прибор и с его помощью наблюдал изменение силы тяжести на Земле под влиянием Луны. Лаплас установил строгое соответствие между теорией тяготения и приливами. Он доказал зависимость между положением Луны и высотой прилива. Изучал приливы один из энергичных последователей Ньютона и Лапласа математик Рош.
Удлинение суток и месяца
Уже в наше время советский астроном А. Я. Орлов обстоятельно изучил влияние приливообразующей силы на земную поверхность.
Было установлено, что, повинуясь тяготению Луны, на Земле подымаются не только воды океанов, но и суша. Когда на небе встает Луна, почва под нашими ногами, мы сами и все, что нас окружает — поля, леса и горы — плавно, незаметно приподымаются, а когда Луна заходит — они также плавно опускаются. Получается как бы «сухопутный» прилив. Высота его невелика, около 25 сантиметров.
В конце прошлого столетия явлением приливов занялся сын известного естествоиспытателя Чарльза Дарвина — Джордж Дарвин.
Для наблюдения сухопутного прилива Дарвин построил особо чувствительный маятник. На двух длинных и почти параллельных нитях он подвесил латунный цилиндр, к которому было прикреплено маленькое зеркальце. Небольшой фонарь бросал луч света на это зеркальце, а «зайчик», отраженный зеркалом, падал на шкалу прибора. Самое ничтожное отклонение маятника от отвесного положения поворачивало зеркальце, и «зайчик» бежал по шкале.
Свой маятник Дарвин установил на гранитной глыбе весом в одну тонну. От влияния перемены температуры воздуха установку предохранял футляр, между стенками которого находилась вода, а камень был окружен рвом с водой.
Чувствительность маятника превзошла ожидания ученого. Когда человек стоял в пяти метрах от прибора и переминался с ноги на ногу, то прибор воспринимал колебания почвы, вызванные движениями человека, и «зайчик» начинал перемещаться по шкале вправо и влево. Поэтому наблюдения за показаниями прибора Дарвин производил издалека, с помощью подзорной трубы.
А когда на небе подымалась Луна, «зайчик», отраженный зеркалом, бежал по шкале, показывая, что под влиянием тяготения Луны почва приподымается и по земле движется волна прилива.
Джордж Дарвин доказал, что приливное трение действительно тормозит вращение Земли и, следовательно, наши сутки постепенно удлиняются. Величина удлинения суток незначительна. Она равна, примерно, полутора тысячным долям секунды в столетие.
Во времена Плутарха земной шар вращался немного быстрее, чем сейчас. За 1900 лет разница в длине суток накопилась; ее-то и заметил Галлей, когда сравнивал свои вычисления солнечных затмений с записями древних историков.
Тяготение Луны и сейчас продолжает тормозить Землю и удлинять наши сутки. Пройдут века, земные сутки будут содержать не 24 нынешних часа, а 25… 26… 27… И это будет продолжаться до тех пор, пока сутки не уравняются с месяцем.
Луна постепенно удаляется от Земли.
Пагубное влияние Луны на продолжительность наших суток не проходит для нее безнаказанно. Притяжение взаимно. Луна притягивает к себе сушу и воду Земли, образуя приливные горбы, а те, в свою очередь, притягивают к себе Луну. Так как Земля вращается, то она увлекает в своем движении приливные выступы, они оказываются не точно под Луной, не на прямой линии, соединяющей центры Земли и Луны, а в стороне от нее. В конечном счете это приводит к ослаблению тяготения Земли. Луна, получая некоторую свободу, отходит от Земли и занимает более широкую орбиту. Словом, Луна «мешает» Земле вращаться, а Земля, как бы защищаясь, отодвигает «беспокойного соседа» прочь от себя.
В результате такого сложного взаимодействия двух небесных тел удлиняются и сутки и месяц.
Когда Луна удалится на расстояние, равное 615 тысячам километров, — а это случится очень и очень не скоро, — сутки и месяц сравняются, они будут содержать по 55 нынешних суток. Земля тогда повернется к Луне одной стороной, и обе планеты станут вращаться так, как будто они скованы цепью.
Возможно, что и Луна когда-то тоже вращалась вокруг своей оси, но могучее притяжение Земли вызывало на ней огромные приливные волны. Они катились навстречу вращению Луны и быстро ее затормозили. Лунные сутки уже сравнялись с месяцем, и Луна застыла, повернутая к нам одной стороной. Прилив, поднятый Землей на Луне, тоже застыл. Он исказил форму Луны, и она стала более похожей на дыню или на яйцо, чем на правильный шар.
Открытие приливного взаимодействия между небесными телами объяснило, почему Меркурий обращается возле Солнца, повернувшись к нему одним боком. Его вращение заторможено солнечными приливами.
В этом же, повидимому, кроется причина очень медленного вращения Венеры вокруг оси. Земля и Марс тоже, наверно, вращались раньше быстрее, чем сейчас.
Приливная теория удачно объяснила некоторые расхождения между действительностью и гипотезой Лапласа. Многие возражения отпали.
Из приливной теории следует, что раньше планеты были немного ближе к Солнцу. Так же как Земля постепенно отодвигает Луну, так и Солнце отодвинуло Меркурия и заставляет удаляться Венеру и Землю. Но это влияние Солнца на размеры орбит невелико, а на дальних планетах оно и вовсе незаметно.
Луны, которые обращаются вокруг своих планет медленнее, чем вращаются сами планеты, тоже постепенно удаляются и переходят на более далекие орбиты. Все эти перемены происходят очень медленно. Нужны сотни миллиардов лет, чтобы приливные силы могли внести в планетную систему сколько-нибудь значительные изменения.
Разрыв грушевидного тела
Сутки удлиняются. Месяц тоже удлиняется. Луна отходит от Земли.
Следовательно, много миллионов лет назад сутки были короче, чем сейчас. Месяц содержал не 27 1/3 суток, а меньше. Луна находилась ближе к Земле.
Зная зависимость между длиной суток, длиной месяца и расстоянием до Луны, можно попытаться восстановить картину прошлого — проследить шаг за шагом, что было раньше.
Джордж Дарвин стал мысленно отступать в глубь веков, вычисляя, какой длины были сутки и месяц один, два, пять, десять, двести… пятьсот миллионов лет назад. Он смотрел космическую историю Земли и Луны, как киноленту, которую механик заправил в аппарат другим концом, отчего все события на экране пошли в обратном порядке.
Чем дальше отступал ученый в прошлое, тем короче становились сутки и месяц, и ближе к Земле была Луна.
«А не могло ли быть в далеком прошлом, — подумал ученый, — так, что обе планеты обращались, почти касаясь друг друга поверхностями? Не составляли ли Земля и Луна одно грушевидное тело, бешено вращавшееся вокруг оси?»
Может быть и в самом деле Луна оторвалась от Земли в результате слишком быстрого вращения.
И Дарвин нарисовал себе картину рождения Луны.
Когда-то очень давно новорожденная Земля была одинокой. Она представляла собой огненно-жидкий раскаленный шар, окутанный густой атмосферой из паров легких металлов и горячих газов.
Понемногу Земля остывала, уплотнялась. С уменьшением ее объема скорость вращения возрастала.
По Земле прокатывались волны солнечного прилива. Они раскачивали нашу планету, которая и без того была неустойчива от слишком быстрого вращения.
Огненно-жидкая Земля начала пульсировать. Ее правильная форма сплющенного шара нарушалась. Сначала она стала похожей на яйцо, потом на грушу.
Русский академик А. М. Ляпунов доказал, что вращающееся жидкое тело грушевидной формы неустойчиво. Оно должно либо вернуться к форме шара, либо разорваться на две неравные части.