Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Когда Луна вращалась быстрее, приливный горб, возникавший под влиянием Земли, двигался вместе с ней и не находился прямо напротив нашей планеты. Земная гравитация оттягивала его назад, и ход Луны затормаживался. В какой-то момент Луна начала вращаться вокруг своей оси так медленно, что делала лишь один оборот за время прохождения земной орбиты.

Именно так дело обстоит и сейчас. Одна сторона Луны, ближняя, всё время смотрит на Землю, в то время как дальняя сторона никогда не поворачивается к нам. Человечество впервые увидело её только 7 октября 1959 года, когда советский лунный зонд «Луна-3» пролетел над ней. [73] На самом деле из-за колебаний в движении Луны (либраций), а также из-за того, что из разных точек планеты можно увидеть Луну с разных сторон (этот эффект носит название «параллакс»), мы можем разглядеть около 59% лунной поверхности.

Из-за синхронного обращения Луны приливный горб, появившийся под влиянием Земли, теперь направлен в её сторону. Поскольку теперь Луна не тащит его за собой при движении, гравитация Земли, ранее тянувшая горб назад, замедляя ход Луны, больше не влияет на её вращение. Луна оказалась зафиксированной в таком положении, как только период её вращения вокруг своей оси совпал с её орбитальным периодом.

Приливные силы замедляют движение не только Луны. Скорость вращения Земли тоже уменьшается из-за них. Этот эффект менее заметен, чем на Луне, так как Земля гораздо массивнее, а значит, лучше сопротивляется попыткам изменить её движение. Представьте себе приливный горб в океане на той стороне Земли, которая смотрит прямо на Луну. Так как Земля вращается быстро, такой горб будет обгонять линию, соединяющую нашу планету со спутником. [74] Приливный горб и Луна образуют угол, равный почти трём градусам, соответственно разница между ожидаемым и фактическим началом прилива составляет 3 / 360 часов × 24 часа = 12 минут. Сила притяжения Луны начнёт оттягивать приливный горб назад, замедляя движение Земли.

Из этого неизбежно следует вывод, что раньше Земля вращалась быстрее. И у этого предположения есть доказательство. Как ни странно, оно заключается в кораллах. Эти морские организмы, часто встречающиеся в тропических морях, выделяют карбонат кальция, из которого формируют свой твёрдый внешний скелет. Ежедневный и ежесезонный рост их внешнего скелета можно проследить по слоям карбоната кальция, примерно как динамику роста дерева можно понять по годовым кольцам. Посчитав количество колец у коралла, можно определить, сколько дней было в том или ином году. Ископаемые кораллы, жившие примерно 350 миллионов лет назад, показывают, что в то время год состоял из 385 дней. Раз длительность года, то есть периода времени, необходимого Земле, чтобы обогнуть Солнце по орбите, не изменилась, значит, 350 миллионов лет назад день длился менее 23 часов. [75] Hadhazy A. Fact or Fiction: The Days (and Nights) Are Getting Longer // Scientific American. — 14 June 2010.

Увеличение суток всего на час за 350 миллионов лет означает, что Земля лишь слегка замедлила свой ход. Но этот процесс неумолимо продолжается. Например, мы знаем, что день сегодня на 1,7 миллисекунды дольше, чем был век назад. Мы даже можем с уверенностью сказать, что в течение последних 2,5 тысячи лет день увеличивался на 1,7 миллисекунды каждые 100 лет. Удивительно, но подтверждение этому учёные нашли в вавилонских глиняных табличках. [76] Chown M. In the shadow of the Moon // New Scientist. — 30 January 1999.

Вавилонские астрологи заносили в такие таблички данные о полных солнечных затмениях. Во время такого затмения Луна полностью закрывает солнечный диск и Земля на некоторое время погружается во мрак посреди дня. Большинство табличек было обнаружено в XIX веке крестьянами, которые искали кирпичи для строительства. Таблички были проданы собирателям древности в Багдаде, находившемся в 85 километрах от того места, где когда-то стоял Вавилон. Оттуда они попали в Британский музей в Лондоне (сегодня он может похвастаться почти полной коллекцией). На многих табличках указано точное время солнечных затмений.

И вот здесь возникает загадка.

Например, астролог, живший в 136 году до нашей эры, записал, что в 08:45 утра 15 апреля весь Вавилон погрузился во мрак, потому что Луна на некоторое время оказалась перед Солнцем. Казалось бы, у нас нет оснований не верить его записям. Но если современные астрономы с помощью компьютерного моделирования отмотают время назад, то окажется, что полное солнечное затмение 15 апреля 136 года до нашей эры не должно было быть видно из Вавилона. Земля, Солнце и Луна не выстроились в одну линию на этой долготе. «Зоной полного затмения» был бы остров Майорка, расположенный на 48,8 градуса западнее Вавилона.

Разница 48,8 градуса равняется примерно 1/8 полного оборота Земли, то есть 3,25 часа. Судя по всему, во время полного солнечного затмения 15 апреля 136 года до нашей эры Земля была на 1/8 своего полного оборота сдвинута к востоку. Этому может быть только одно объяснение. За последнюю тысячу лет Земля начала вращаться медленнее. С 136 года до нашей эры прошло около миллиона дней, так что, даже если дни в то время были на долю секунды короче сегодняшних, эти доли в совокупности могут объяснить расхождение во времени на 3,25 часа. В 500 году до нашей эры день должен был быть на 1/20 секунды короче, чем сегодня, и каждые 100 лет должен был увеличиваться на 1,7 миллисекунды. Это единственное объяснение записи на глиняной табличке.

Поразительно, что линии на глиняной табличке, нанесённые представителями древней цивилизации, могут содержать такую точную астрономическую информацию и что такие важные сведения зависели от того, сойдутся ли Луна и Солнце на одной линии в небесах. При таком их расположении возникает своего рода пояс затмения, имеющий не более 250 километров в ширину. Полные затмения в каждой конкретной точке планеты наблюдаются крайне редко. Так что, если античный учёный наблюдал затмение с определённого места, современным астрономам не обязательно знать точную дату, чтобы его идентифицировать. Значения времени ±20 лет будет достаточно.

Здесь в истории возникает новый поворот. Небольшие изменения формы орбит, по которым движутся искусственные спутники, вызываемые приливным горбом Земли, показывают, что замедление нашей планеты должно увеличивать день не на 1,7, а на 2,3 миллисекунды раз в 100 лет. Значит, на вращение Земли должно влиять что-то ещё. Оказалось, что это что-то связано с последним ледниковым периодом, который закончился около 13 000 лет назад.

Во время ледникового периода на Землю давил огромный вес ледяных покровов, которые немного сплющивали планету с полюсов. Когда льды начали таять, земля под ними стала подниматься. Этот процесс длится по сей день, делая Землю более округлой. Соответственно, планета начинает вращаться быстрее, как конькобежец, прижавший руки к бокам. Из-за этого день сокращается примерно на 0,5–0,6 миллисекунды за век, и именно из-за этого удлинение суток составляет не 2,3, а всего 1,7 миллисекунды каждые 100 лет.