Луна земля расстояние – Расстояние от Земли до Луны

Но как нам вообще удалось определить расстояние между Луной и Землей? Ну, все зависит от времени вычисления. Древние греки полагались на простые геометрические формулы. Они долгое время отслеживали изменение теней и догадались, что она должна быть в 108 раз больше диаметра тела. Отсюда возникли идеи о лунных и солнечных затмениях.

Сравнение видимых размеров Луны в Апогей и Перигей

Ученые выяснили, что тень примерно в 2.5 раз больше лунной ширины. Сам объект обладает достаточными параметрами, чтобы периодически закрывать от нас Солнце. Зная земной диаметр и формулу треугольника, они вывели дистанцию в 397500 км. Не совсем точно, но это удивительные показатели для того времени.

Сейчас мы используем миллиметровое измерение – вычисление времени, за которое сигнал движется от Земли к объекту. Благодаря миссии Аполлон нам удалось провернуть это со спутником. Более 40 лет назад астронавты установили на его поверхности специальные отражающие зеркала, в которые с нашей планеты посылают лазерные лучи. Мы получаем слабую отдачу, но этого хватает, чтобы вывести максимально точное число.

Световая скорость составляет 300000 км/с, поэтому для преодоления пути нужно чуть больше секунды. Далее уходит еще столько же на возврат. Также эта техника помогла понять, что каждый год спутник отдаляется на 3.8 см, и через миллиарды лет он будет визуально казаться меньше звезды. Да, придется попрощаться с любимыми затмениями.

Между Землей и Луной можно разместить все планеты

Если вспомнить о масштабах наших планет (особенно газовых гигантов), то удивляешься, что это может быть реальным. Чтобы понять, давайте взглянем на планетарные диаметры:

• Меркурий – 4879 км
• Венера – 12104 км
• Марс – 6771 км
• Юпитер – 139822 км
• Сатурн – 116464 км
• Уран – 50724 км
• Нептун – 49244 км
• Всего: 380008 км

Дистанция между нами и спутником составляет 384400 км. Получается, что мы еще и экономим 4392 км. Что же сделать с остатком? Ну, можно добавить Плутон, простирающийся на 2092 км, а также еще какую-нибудь карликовую планету. Конечно, физически они бы не смогли вращаться рядом, но сама возможность удивляет.

Читайте также:

Положение и движение Луны

Строение Луны

Поверхность Луны

в километрах и метрах, сколько лететь по времени и способы измерения

Измерение расстояния от Земли до Луны проводились еще в древние времена: греки пытались сделать это неоднократно.

Данные сведения были необходимы человеку для получения полноценной картины представления о Вселенной.

Кроме вычислений о расстоянии до спутника Земли, древние греки проводили расчеты, чтобы вычислить его радиус.

Со временем технологический прогресс развивался и уже сегодня все измерения известны человеку.

Как вычислялось расстояние?

Издавна людям было интересно, что же представляется собой космос и Луна – она с незапамятных времен была естественным спутником нашей планеты.

Люди интересовались, как далеко она находится и сколько до нее лететь, применяя для этого разнообразные подсчеты.

На сегодняшний день измерить расстояние методами, использующимися в повседневной жизни – нереально.

Для этого применяются тригонометрические формулы и расчеты.

Рассмотрим, как древние люди определяли этот показатель, напоминая, что он измеряется от центра спутника:

1. Первый, кто попытался достучаться до истины, был Аристарх Самосский.
    
   На основе геометрических уравнений и показателей, полученных с помощью угломерных инструментов, ученый проводил исследование.
    
   Для начала он вычислил разницу расстояния до спутника и Солнца, после чего умножал данный результат на радиус Земли. Его расчеты показали, что расстояние равно 509680 в километрах.
2. Во 2 веке до нашей эры астроном Гиппарх Никейский также принялся за вычисления.
    
   Он проводил наблюдения за Луной при разных ее фазах и пришел к выводу, что расстояние до Земли будет равно 382260 километров.

Основываясь на угловых замерах, Гиппарх выяснил, что в период затмения Солнце и Луна имеют одинаковые показатели.

Среднее расстояние в километрах

Указать точные показатели расстояния в километрах невозможно: это связано с эллиптической формой орбиты, по которой движется спутник.

Это говорит о том, что некоторое время он удаляется от планеты, после чего снова приближается.

Обратите внимание! Существует несколько числовых результатов, позволяющих описать километраж расстояния до небесного спутника.

Реальные размеры могут изменяться в пределах 15 %, что связано с различными точками нахождения спутника.

Самая полная Луна находится к Земле гораздо ближе, чем тогда, когда она проходит фазу роста.

Известные показатели помогут узнать расстояние, которое измерили ученые:

Время полета

На сегодня уже совершено большое количество полетов, для того, чтобы судить, сколько по времени занимает путешествие до спутника.

Ученые производили расчеты, исходя из скорости на ракете и наблюдения за космонавтами.

Вот некоторые цифры:

• Самый медленный полет займет 1 год 1 месяц и 2 недели, что было доказано при эксперименте.
  
   
  В 2003 году на основе станции с ионным революционным двигателем под названием ЕКА SMART-1 был произведен запуск лунного зонда.
• Средний по времени полет занял 5 дней, когда китайский спутник Chang’e-1 был отправлен в 2007 году на орбиту: при полете использовались стандартные ракетные двигатели.
• Пилотируемый полет с человеком длился 3 дня 3 часа и 49 минут, когда американцы в 1969 году впервые ступили на поверхность Луны – космический корабль Сатурн-5 стартовал с площадки во Флориде.
• Кратчайший путь освоили американцы в проекте «Новые горизонты»: скорость спутника составляет 58 тысяч километров.

Чтобы преодолеть притяжение Солнца, компания Nasa использовала огромное ускорение.

Важно! Советский спутник Луна-1 совершил первый полет, он прошел в 500 километрах от Луны, добравшись до места за 2 дня.

Сегодня туристические космические компании по всему миру предлагают путешествия на Луну короткой или длительной продолжительности.

Интересные факты

Любые вычисления, произведенные человеком, были окружены множеством интересных фактов, историй. Измерение пространства и расстояния до Луны не лишено таких случаев.

Приведем несколько интересных примеров, связанных с историей вычисления времени полета, расстояния от Земли до спутника:

1. Согласно легенде, Луна образовалась от столкновения планеты Земля с другой планетой. Тогда образовалась орбита, из которой сформировался спутник желто-белого цвета.
2. Спутник всегда обращен к планете одной стороной.
3. Самый большой кратер называется Бэйли, его диаметр составляет 295 километров.
4. Во время одной из экспедиций американский Аполлон-6 привез на Землю несколько сотен килограммов лунного грунта.
5. Находясь на Земле и смотря в небо, кажется, что Луна и Солнце обладают одинаковыми размерами.
6. На Луне нет атмосферы, поэтому ночь там наступает сразу, без постепенного угасания света.
7. Сила притяжения на спутнике имеет наименьшее значение – она в 6 раз меньше силы притяжения на Земле.
8. На поверхности спутника существует памятник погибшим космонавтам – это фигура 10 сантиметров из алюминия.
9. С течением лет Луна значительно отдалилась от Земли: это происходит каждый год на 4 сантиметра.
10. Минимальное расстояние в ближайших точках от Луны до Марса составляет 55 миллионов 399 тысяч километров.

Известно, что в будущем планируются регулярные полеты на Марс, однако гораздо удобнее осуществлять их с поверхности спутника.

Вычисление расстояний до Луны помогает организаторам полетов достоверно просчитать количество топлива, а также средств, затрачиваемых на полет.

Полезное видео

ladyvapm.com

сколько километров, среднее расстояние между центрами Земли и спутника, Википедия

Луна представляет собой скалистое космическое тело сферической формы. На ней отсутствует атмосфера и любые признаки жизни. По сравнению с нашей планетой, единственным спутником которой она является. Диаметр спутника равен примерно четвёртой части диаметра Земли. Задолго до начала всевозможных исследований люди поняли, что Луна полна загадок и тайн.

Вконтакте

Одноклассники

Facebook

Мой мир

Twitter

Она стоит в одном ряду с самыми крупными естественными спутниками планет солнечной системы. Плотность грунта относительно мала, а пробы, взятые с поверхности для детального анализа, приводят учёных в замешательство по сей день. По теории возникновения она «родилась» приблизительно 4,1 миллиарда лет назад.

Это интересно: Солнечная система, планеты по порядку и история названий.

Движение

Среднее расстояние от Луны до Земли составляет 384400 км, эта цифра приближенно включает в себя 60 радиусов нашей планеты. В зависимости от момента движения единственного спутника Земли по эллиптической орбите меняется степень её близости к планете и видимые наблюдателем размеры. При нахождении в перигее спутник от Земли отделяют 363104 километра. Когда небесное тело достигает апогея, кратчайшее расстояние между центрами Земли и Луны равно 406696 километров. Диапазон разности расстояний достигает 43592 км.

При наблюдении за движением этого небесного тела по небосводу можно попасть под влияние обмана зрения. Когда это оно находится высоко и окружено бесконечным пространством, его размеры воспринимаются значительно меньше, чем это есть в действительности. В непосредственной близости к горизонту Земли может показаться, что Луна обладает большим диаметром.

Ввиду того, что спутник то приближается к планете, то отдаляется от неё, варьируется и яркость поверхности Луны. Исследования доказывают, что спутник не создаёт свечения, а отражает порядка семи процентов рассеянного солнечного света. Эта особенность характеризуется реголитовым слоем, возникшим от столкновения с метеоритами. Частицы обломков имеют размеры от мельчайших до крупных и могут покрывать поверхность от нескольких микрон до десятков метров.

Это интересно: какая самая далекая от солнца планета?

От чего зависит движение

Движение Луны по орбите обусловлено влиянием на неё притяжением Земли и Солнца. Причём Солнце притягивает ее к себе в гораздо большей степени, чем наша планета. Помимо самой яркой звезды Солнечной системы, движение Луны есть совокупность многих параметров:

• Звёздный, или сидерический, месяц, который составляет 27 суток 7 часов 43 минуты и 11,51 секунды;
• По отношению к плоскости вращения Земли вокруг Солнца лунная орбита меняет угол наклона;
• Сама лунная орбита претерпевает изменения в точках перигея и апогея;
• Точки пересечения плоскостей орбит Луны и Солнца смещаются;
• Увеличение долготы перигея с периодом 8,8 лет;
• Орбита меняет свои габариты в апогее и перигее.

Перемещение Луны по орбите можно сравнить со спиралью, которая постепенно раскручивается.

Это интересно: красивые названия звёзд — история их появлений, названия звезд и созвездий.

Расстояние между Землёй и Луной

Расстояние между Землёй и Луной величина непостоянная. Древний учёный Гиппарх Никейский во втором веке до нашей эры сумел вычислить это расстояние. У него получилась цифра, равная тридцати земным диаметрам, то есть 384000 километров.

Величину диаметра смог измерить иной древнегреческий математик и астроном Эратосфен Киренский. Он установил шест в вертикальном положении около здания библиотеки и измерил длину отбрасываемой от него тени. Затем он определил наименьший угол, который образовывает солнечный луч, падая на шест. Получился градус, равный семи. Располагая знаниями о том, что в день летного солнцестояния в городе Сиене Солнце находится в зените, а расстояние от Сиены до Александрии составляет 5000 стадиев, Эратосфен сделал вывод: 5000 стадиев – это 7 градусов меридиана Земли. Полный меридиан равен 360 градусов, или примерно 250000 стадиев.

Это интересно: следствием осевого вращения Земли являются какие процессы?

Как узнать расстояние до спутника

Существует несколько методов измерения расстояния от Земли до Луны:

• Самый простой – на основании их угловых размеров.

Эти размеры одинаковы, так как во время полного солнечного затмения солнечный диск целиком заслоняется лунным. Для измерения подойдёт обычная лучинка. Если расположить лучинку в вытянутой руке, то отношение её ширины к длине до глаза есть угловой размер Луны в радианах. Данная величина равна 0,0087. При переведении радианов в градусы получится приблизительно 0,5. Зная радиус Земли и угловой размер нашего спутника, легко выяснить расстояние до небесного тела. Путём геометрических вычислений найдётся расстояние равное 30 диаметрам нашей планеты.

• Методом лазерной локации.

С поверхности Земли на рефлекторные отражатели, установленные на Луне астронавтами более сорока лет назад, направляется лазерный луч. Он движется с известной скоростью света и, достигнув рефлектора, возвращается назад. Путь луча составляет примерно одну секунду. Учёные фиксируют конкретное время и вычисляют точное расстояние до нашего спутника. Этот способ измерения помог установить, что ближайшее к Земле небесное тело меняет траекторию движения в сторону удаления от планеты на несколько сантиметров в год.

• Методом триангуляции (из двух равноудалённых на поверхности Земли точек).

Среднее расстояние до Луны: википедия

Ближайшая точка орбиты Луны расположена в среднем на расстоянии 362000 километров. Самая удалённая точка лунной орбиты находится на расстоянии 405000 километров.

Не менее двух раз в год в новолуние, когда спутник приближается максимально к узлу (точке пересечения с эклиптикой), имеет место солнечное затмение. В остальное время его движение осуществляется под Солнцем либо над ним. В полнолуния случаются лунные затмения, и естественный спутник Земли должен также быть рядом с узлом.

Прямая линия, соединяющая узлы, оборачивается вокруг нашей планеты каждые 18 лет и 224 дня. Направление вращения в данном случае противоположно ходу Луны.

Послесловие

За столетие продолжительность земных суток увеличивается на одну тысячную долю секунды. Данное явление вызывает ближайшее к Земле небесное тело в результате действия сил гравитации. В мировом океане возникают отливы и приливы из-за гравитационного притяжения Луны, и эти процессы тормозят земное вращение.

Гравитационное поле оказало влияние на форму небесного тела. На обращённой к Земле стороне присутствует деформация, хотя не исключается, что последняя возникла благодаря строению внутренних слоёв спутника.

Воздействие на Луну, производимое Землёй и Солнцем, модификации в траектории её движения по эллиптической орбите через миллионы лет отдалят таинственное небесное тело и оптически его уменьшат. Легендой станут и полные солнечные затмения.

obrazovanie.guru

Расстояние между Землей и Луной

Каждую ночь мы видим Луну в небе. Она — естественный спутник нашей планеты, который послужит будущим поколениям перевалочным пунктом для межпланетных и межзвездных путешествий. Полноценное исследование Луны началось примерно полвека назад, когда 12 сентября 1959 года Советский Союз отправил туда беспилотную корабль «Луна-2». Именно она была первым в истории человечества рукотворным объектом, достигнувшим поверхности нашего единственного спутника. Однако многие не знают даже расстояния, которое разделяет Луну и Землю, именно об этом пойдет речь в этой статье.

Если кратко отвечать на вопрос «сколько километров до Луны», то можно сказать, что расстояние, разделяющее нашу планету и ее естественный спутник в среднем равно 384403 километрам. Но почему в среднем? Дело в том, что орбита, по которой Луна вращается вокруг Земли имеет не идеально круглую, а эллиптическую форму, то есть слегка растянута. Поэтому в разное время месяца Луна находится на разной дистанции от поверхности Земли. Кратчайшее расстояние называется перигеем и равняется 363104 километрам, а наиболее длинную дистанцию ученые именуют перигеем, она равна 406696 километрам.

На самом деле, именно эта разница в расстояниях и обуславливает тот факт, что Луна порой кажется нам ярче и больше, чем обычно. Полная Луна, находящаяся в апогее, по яркости примерно на 30% превышает свое «перигейное» состояние.

Но откуда человечество знает столь точное расстояние до Луны? Для начала стоит немного углубиться в историю. Еще древние греки пытались высчитать на каком удалении находится этот серовато-белый шар, висящий в небе. Для этого они пользовались приемами геометрии, которые сейчас проходят в 5 классе. Наблюдая за солнечными тенями на протяжении довольно продолжительного периода, греки выяснили, что помещенный прямо перед Солнцем круглый объект отбрасывает тень, которая превышает сам объект в 108 раз. Они применяли схожие вычисления, проводя их при различных фазах Луны. После небольших расчетов греки вычислили, что расстояние от Земли до Луны равно примерно 397500 километрам, вполне неплохой результат для людей, живших тысячи лет назад.

Сейчас ученые используют гораздо более точные методы вычисления расстояния. После того как астронавты миссии «Аполлон» впервые побывали на Луне, они оставили там специальные зеркальные отражатели. Поэтому чтобы точно измерить расстояние до Луны не составляет большого труда, достаточно лишь посветить на лунный отражатель лазером, потом дождаться пока он отразится и вновь достигнет Земли и зафиксируется специальным устройством. Затем время, прошедшее между запуском пучка света и его приемом, обратно делят на 2 (ведь фактически он проделал двойной путь) и умножают на скорость света, получая расстояние.

Фото: spacenews.gr

Еще по теме:

Луна может улететь от Земли?

Названо время столкновения Земли и Луны

У Луны появился компаньон

Земля познала близость Луны

www.ecosever.ru

Спутник нашей планеты Луна интересные факты о ней

Луна

В 1609 году, после изобретения Галилео Галилеем телескопа, человечество сумело впервые подробно рассмотреть свой космический спутник. С тех пор Луна — это наиболее изученное космическое тело, а также первое, на котором сумел побывать человек.

Что такое Луна?

Первое, с чем предстоит разобраться — чем же является наш спутник? Ответ неожиданный: хотя Луна и считается спутником, технически она является такой же полноценной планетой, как и Земля. У нее большие размеры — 3476 километров в поперечнике на экваторе — и масса в 7,347×10²² килограмм; Луна лишь немногим уступает Меркурию, самой маленькой планете Солнечной Системы. Все это делает ее полноценным участником гравитационной системы Луна-Земля.

Схема связи между Землей и Луной

Известен и другой такой тандем в Солнечной системе, Плутон и Харон. Хотя вся масса нашего спутника составляет чуть больше сотой части массы Земли, Луна не обращается вокруг самой Земли — у них есть общий центр массы. А близость к нам спутника порождает еще один интересный эффект, приливный захват. Из-за него Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной.

Более того, изнутри Луна устроена как полноценная планета — у нее есть кора, мантия и даже ядро, а в далеком прошлом на ней существовали вулканы. Однако от древних ландшафтов уже ничего не осталось — на протяжении четырех с половиной миллиардов лет истории Луны на нее падали миллионы тонн метеоритов и астероидов, которые избороздили ее, оставив кратеры. Некоторые удары были настолько сильны, что прорвали ее кору вплоть до самой мантии. Котлованы от таких столкновений образовали лунные моря, темные пятна на Луне, которые легко различимы с Земли. Более того, они присутствуют исключительно на видимой стороне. Почему? Об этом мы расскажем дальше.

Среди космических тел, Луна влияет на Землю сильнее всего — кроме, разве, Солнца. Лунные приливы, которые регулярно поднимают уровень воды в мировом океане — наиболее очевидное, но не самое сильное воздействие спутника. Так, постепенно отдаляясь от Земли, Луна замедляет вращение планеты — солнечный день вырос из первоначальных 5 до современных 24-х часов. А еще спутник служит естественным барьером против сотен метеоритов и астероидов, перехватывая их на подлете к Земле.

Как происходят приливы и отливы

И вне сомнения, Луна — это лакомый объект для астрономов: как любителей, так и профессионалов. Хотя расстояние до Луны измерено с точностью до метра с помощью лазерных технологий, а образцы грунта с нее неоднократно привозили на Землю, там все еще остается место для открытий. Например, ученые охотятся за лунными аномалиями — таинственными вспышками и сияниями на поверхности Луны, не всем из которых находится объяснение. Оказывается, наш спутник скрывает гораздо больше, чем видно на поверхности — давайте же разберемся в тайнах Луны вместе!

Топографическая карта Луны

Характеристики Луны

Научному изучению Луны сегодня больше 2200 лет. Движение спутника на небосклоне Земли, фазы и расстояние от него до Земли были подробно описаны еще древними греками — а внутреннее строение Луны и ее история исследуются по сей день космическими аппаратами. Тем не менее века работы философов, а затем физиков и математиков дали весьма точные данные о том, как выглядит и движется наша Луна, и почему она именно такая. Все сведения о спутнике можно разделить на несколько категорий, взаимовытекающих друг из друга.

Луна полна сложных деталей

Орбитальные характеристики Луны

Как движется Луна вокруг Земли? Если бы наша планета была неподвижной, спутник вращался бы по почти идеальному кругу, время от времени незначительно приближаясь и отдаляясь от планеты. Но ведь и сама Земля движется вокруг Солнца — Луне приходится постоянно «догонять» планету. А еще наша Земля не является единственным телом, с которым наш спутник взаимодействует. Солнце, находящееся в 390 раз дальше Земли от Луны, массивнее Земли в 333 тысячи раз. И даже с учетом закона обратных квадратов, по которому интенсивность любого источника энергии резко падает при отдалении, Солнце притягивает Луну в 2,2 раза сильнее Земли!

Либрации Луны в течение апреля 2007-го года. Анимировано.

Поэтому конечная траектория движения нашего спутника напоминает спираль, да еще и непростую. Ось лунной орбиты колеблется, сама Луна периодически приближается и отдаляется, а в глобальных масштабах и вовсе улетает от Земли. Эти же колебания приводят к тому, что видимая сторона Луны — это не одно и то же полушарие спутника, но разные его части, которые попеременно поворачиваются к Земле из-за «покачивания» спутника на орбите. Эти перемещения Луны по долготе и широте называются либрациями, и позволяют заглянуть за обратную сторону нашего спутника задолго до первого облета космическими аппаратами. С востока на запад Луна проворачивается на 7,5 градуса, а с севера на юг — на 6,5. Поэтому с Земли легко можно увидеть оба полюса Луны.

Конкретные орбитальные характеристики Луны полезны не только астрономам и космонавтам — к примеру, фотографами особенно ценится суперлуние: фаза Луны, в которой она достигает максимального размера. Это полнолуние, во время которого Луна находится в перигее. Приведем основные параметры нашего спутника:

• Орбита Луны — эллиптическая, ее эксцентриситет, отклонение от идеального круга, составляет около 0,049. Учитывая колебания орбит, минимальное расстояние спутника до Земли (перигей) оставляет 362 тысячи километров, а максимальное (апогей) — 405 тысяч километров.
• Общий центр массы Земли и Луны находится за 4,5 тысячи километров от центра Земли.
• Сидерический месяц — полное прохождение Луны по своей орбите — проходит за 27,3 дня. Однако для полного оборота вокруг Земли и смены лунных фаз требуется на 2,2 дня больше — ведь за то время, что Луна идет по своей орбите, Земля пролетает тринадцатую часть собственной орбиты вокруг Солнца!
• Луна находится в приливном захвате Земли — она вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг Земли. Из-за этого Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Такое состояние характерно для спутников, которые находятся очень близко к планете.

Луна с верхних слоев атмосферы Земли. Изображение Луны оптически увеличено.

• Ночь и день на Луне очень долгие — по половине земного месяца.
• В те периоды, когда Луна выходит из-за земного шара, ее видно на небе — тень нашей планеты постепенно сползает со спутника, позволяя освещать его Солнцу, а затем обратно закрывает его. Смены освещенности Луны, видимые с Земли, называются ее фазами. Во время новолуния спутника не видно на небе, в фазе молодой Луны появляется ее тонкий серп, напоминающий завиток буквы «Р», в первой четверти Луна освещена ровно наполовину, а во время полнолуния ее заметно лучше всего. Дальнейшие фазы — вторая четверть и старая луна — происходят в обратном порядке.

Подробная орбита Луны относительно Земли

Интересный факт: так как лунный месяц короче календарного, иногда за один месяц может быть два полнолуния — второе называется «голубой луной». Она такая же яркая, как и обычная полня — Землю она освещает на 0,25 люкс (для примера, обычное освещение внутри дома составляет 50 люкс). Сама Земля освещает Луну в 64 раза сильнее — целых 16 люкс. Разумеется, весь свет не собственный, а отраженный солнечный.

• Орбита Луны наклонена к плоскости орбиты Земли и регулярно ее пересекает. Наклонение спутника постоянно меняется, варьируясь между 4,5° и 5,3°. На смену наклонения Луны уходит больше 18 лет.
• Луна движется вокруг Земли со скоростью 1,02 км/с. Это намного меньше скорости движен

spacegid.com

Эволюция расстояния между Луной и Землёй / О. Г. Сорохтин: «Развитие Земли» / Земля

Теория приливных взаимодействий планет показывает, что если угловая скорость осевого вращения центральной планеты превышает угловую скорость орбитального обращения спутника (как это и наблюдается в системе Земля-Луна), то благодаря таким взаимодействиям осевое вращение центральной планеты будет тормозиться, а спутник будет от неё отодвигаться. При этом скорость удаления спутника от центральной планеты оказывается пропорциональной его массе, обратно пропорциональной фактору добротности центральной планеты и расстоянию между ними в степени 5,5. Таким образом, для расчёта эволюции системы Земля-Луна и определения зависимости расстояния между планетами от времени предварительно необходимо выяснить, как менялась эффективная механическая добротность Земли Q, определяемая выражением (6), за всю историю её развития. Задача эта непростая, однако, в первом приближении, на уровне оценок вполне решаемая.

Молодая Земля сразу же после своего образования была холодным космическим телом, и в ее недрах температура ещё нигде не превышала температуру плавления вещества. Об этом, в частности, свидетельствует полное отсутствие на Земле изверженных (да и любых других) пород старше 4 млрд лет. Об этом же говорят изотопно-свинцовые отношения, показывающие, что процессы дифференциации земного вещества начались значительно позже образования самой Земли и (в противоположность Луне) протекали без существенного плавления. Кроме того, на земной поверхности тогда не было ни океанов, ни атмосферы. Поэтому эффективная механическая добротность Земли в тот ранний период её развития, который в дальнейшем будем называть катархейским, была сравнительно высокой. По сейсмическим данным, в развитой океанической литосфере, т. е. в холодном земном веществе мантийного состава, фактор добротности находится в пределах от 1 000 до 2 000, тогда как в частично расплавленной астеносфере под океанами его значение снижается до 100. В холодной верхней мантии Луны этот фактор приблизительно равен 5 000, а в более прогретой средней мантии снижается до 1 500 (Жарков, 1983).

В отличие от современных условий молодая Земля, как уже отмечалось, была существенно холоднее, лишена астеносферы и ядра, и даже могла характеризоваться отрицательным градиентом температуры в нижней мантии (рис. 29). Поэтому в те далёкие времена механическая добротность Земли в её глубинных недрах скорее всего существенно превышала фактор добротности современной литосферы. Однако следует учитывать, что на приливное взаимодействие планет в основном влияют слои с наименьшими значениями фактора добротности. Учитывая сказанное и для определённости расчётов, примем, что в течение всего катархея, т.е. от момента образования Земли, приблизительно 4,6 млрд лет назад, и вплоть до начала развития в ней геологических процессов в самом начале архея, около 4 млрд. лет назад, значение приливного фактора добротности Земли равнялся 1 500.

Рисунок 29. Температура молодой Земли: 1 и 2 предельные распределения начальной температуры Земли:
1 — по В. С. Сафронову (1969) с учётом ударов тел разных размеров, но вначале мелких, а затем и более крупных; 2 — по А. В. Витязеву и др. (1990) с учётом ударов крупных тел в начале процесса аккреции Земли; 3 — принятое распределение начальной температуры Земли, учитывающее как ударное нагревание планеты, так и её приливное разогревание при захвате и разрушении Протолуны.

Приведённая оценка фактора добротности Земли в катархее позволяет определить, что за этот период Луна благодаря приливным взаимодействиям с Землёй оказалась отброшенной от предела Роша (около 17 тыс. км) на расстояние до 160 тыс. км (рис. 26). При этом отодвигание Луны от Земли было неравномерным: вначале очень быстрым, а затем более спокойным.

Рисунок 26. Эволюция расстояния между Луной и Землёй.
Интервал I — время развития на Луне анортозитового магматизма; интервал II — время развития базальтового магматизма на Луне (пояснения в тексте).

Количественная модель изменения фактора добротности Земли в остальные периоды геологического времени может быть рассчитана с привлечением эмпирических данных. В частности, средние значения фактора добротности в фанерозое и протерозое могут быть определены по палеонтологическим данным, позволяющим найти для некоторых моментов времени этих эпох число дней в году или, что то же, угловую скорость собственного вращения Земли. Так, по суточной микрослоистости девонских кораллов Дж. Уэллс (1963) показал, что в среднем девоне год состоял приблизительно из 400 сут., а продолжительность суток не превышала 22 ч. В дальнейшем аналогичные определения были выполнены и для других периодов фанерозоя, а также для строматолитов — отложений бактериальных и микроводорослевых плёнок раннего протерозоя (рис. 28).

Рисунок 28. Изменение числа дней в году в связи с эволюцией расстояния между Землёй и Луной.
Крестиками показаны эмпирические определения числа дней в году по микрослоистости коралловых построек в фанерозое и строматолитов формации Ганфлинт (2,2 млрд. лет назад) в протерозое (Panella, 1972).

Зная современное расстояние Луны от Земли (384,4 тыс. км), далее удаётся уже рассчитать среднее значение фактора добротности в фанерозое, т.е. за последние 600 млн лет. Оно оказалось приблизительно равным 12. Полученная оценка неплохо совпала с независимым определением приливного фактора добротности Земли около 13, выполненным Г. Макдональдом (1964) на основании обработки данных по современным приливам в океанах и морях. Низкие значения приливного фактора добротности в фанерозое объясняются широким развитием в эту геологическую эпоху мелководных эпиконтинентальных морей, покрывающих сейчас на шельфах около 30% континентальной коры. Но именно в мелководных морях и происходит основное рассеивание энергии приливов за счёт трения приливных течений о дно мелководных бассейнов.

Аналогичным путём по суточной микрослоистости строматолитов в раннем протерозое возрастом около 2,2 млрд лет Г. Паннелла (1972) определил, что тогда в году было 445 сут., а продолжительность самих суток была менее 20 ч (рис. 28). Откуда удаётся определить, что в протерозое фактор приливной добротности Земли равнялся приблизительно 75. Повышенное значение фактора добротности в протерозое вполне понятно, поскольку в ту далёкую эпоху уже образовался глубокий океан, а мелководных эпиконтинентальных морей тогда ещё почти не существовало. Но диссипация приливной энергии в глубоком океане мала, поскольку в этом случае не возникают сильные придонные течения — основная причина приливного торможения Земли.

В архее приливная добротность Земли, как и в фанерозое, должна была быть достаточно низкой по двум причинам. Во-первых, тогда сами океаны ещё были мелкими и в них рассеивалась значительная часть приливной энергии и, во-вторых, в архее уже происходило расплавление верхней мантии (во всяком случае на низких широтах) с существенным её перегревом. Учитывая теперь неразрывность процесса отодвигания Луны от Земли и связывая его воедино в катархее, архее, протерозое и фанерозое, можно определить, что в архее фактор приливной добротности Земли в среднем равнялся 26.

Итак, полученная упрощённая модель изменения фактора добротности Земли Q, основанная на комбинации теоретических соображений с расчётами по эмпирическим данным, выглядит следующим образом: в катархее (от 4,6 до 4,0 млрд лет назад) Q = 1 500; в архее (от 4,0 до 2,6 млрд лет назад) Q = 26; в протерозое (от 2,6 до 0,6 млрд лет назад) Q = 75: в фанерозое (приблизительно от 600 млн лет назад до настоящего времени) Q = 12. Реальное распределение фактора добротности по времени, безусловно, могло меняться по более сложному закону, но основные его черты в приведённом распределении, по-видимому, определены все-таки правильно.

Уточнить приведённую модель возможно, если учесть, что результирующая приливная добротность Земли определяется суммой диссипативных функций мантии и гидросферы, а сами эти функции обратно пропорциональны факторам добротности рассматриваемых геосфер. Кроме того, следует отдельно учитывать приливные диссипативные функции для мантии под океанами (Q ~ 150) и континентами (Q ~ 500), а также для глубоких океанов и мелководных эпиконтинентальных морей, при этом факторы добротности для них можно считать пропорциональными содержащимся в них массам воды. В предыдущих работах (Сорохтин, Ушаков, 1991, 1993) были рассчитаны массы континентальной коры, воды в океанах и средние глубины океанов для всех прошлых геологических эпох. Это позволило нам рассчитать количественную модель зависимости фактора добротности Земли от времени, причём отдельно для гидросферы, мантии и всей Земли в целом. При этом принималось, что в архее и протерозое ещё не существовало мелководных эпиконтинентальных морей, происхождение же архейских мелководных морских бассейнов на океанической коре просто объясняется малыми количествами воды в океанах того времени. Объёмы эпиконтинентальных морей фанерозоя были оценены по палеореконструкциям континентов и площадям распространения морских осадков на континентах.

Построенная по этим условиям уточнённая кривая распределения фактора добротности во времени приведена на рис. 25. Рассчитанная по этой модели зависимость расстояния между центрами тяжести Земли и Луны от времени приведена на рис. 26.

Рисунок 25. Зависимость фактора приливной добротности Земли от времени,
построенная с учётом данных по накоплению воды в океанах и по распространению эпиконтинентальных морей в фанерозое

Первое, на что следует обратить внимание в рассматриваемой модели, это совпадение времени эволюции лунной орбиты с возрастом самих планет. Такой вывод сегодня представляется естественным, но не следует забывать, что классические модели приливного взаимодействия Луны с Землёй обычно приводили к слишком короткой продолжительности их нормальной эволюции (около 1,8 млрд лет). Связано это было с тем, что в таких моделях современное низкое значение фактора добротности распространялось на всю историю развития Земли. В результате для выхода из явного противоречия с возрастом образования нашей планетной системы авторам таких гипотез приходилось прибегать к весьма экзотическим представлениям. Так, немецкий учёный Г. Герстенкорн (1955, 1967) считал, что Луна первоначально вращалась в обратном направлении и около 1,8 млрд лет назад подходила к Земле почти на расстояние предела Роша, но затем, после перехода через полярную орбиту, когда её вращение стало прямым, вновь начала удаляться от Земли.

Известный американский геофизик В. Манк (1968) образно описал развитие гипотетического «события Герстенкорна». По его оценкам, в короткий период наибольшего сближения Луны с Землёй океанские приливы должны были достигать высоты 1 км, и каждые 3 ч они обрушивались бы на континенты, приводя к их выравниванию. В это время диссипация (рассеивание) энергии лунных приливов была бы столь высокой, что все земные океаны вскипели бы и испарились, образовав вокруг Земли мощную атмосферу из водяного пара. При этом с учётом парникового эффекта температура у поверхности Земли поднялась бы до 1 000 °С, погубив тем самым любые проявления жизни. К этой страшной картине добавим ещё, что при столь высоких температурах произошла бы почти полная диссоциация (распад) карбонатов — известняков и доломитов с выделением в атмосферу огромных количеств углекислого газа. В результате в земной атмосфере, подобно Венере, возник бы необратимый парниковый эффект с подъёмом приземной температуры до 500-600 °С со всеми вытекающими последствиями.

Безусловно, описываемая катастрофическая ситуация оставила бы свой неизгладимый след в летописи геологической истории Земли, однако таких следов нигде не обнаружено, да и мы живём в комфортабельных климатических условиях, а не в «паровом котле». Это убедительно говорит о том, что «событие Герстенкорна» вовсе не существовало, а начало нормальной эволюции системы Земля-Луна совпадает по времени с моментом их образования как системы двойной планеты около 4,6 млрд лет назад, когда океанов на Земле ещё не существовало.

Рисунок 27. Скорость удаления Луны от Земли, см/год.
Масштаб рисунка не позволил привести максимальные значения этой скорости: около 4,6 млрд лет назад она достигала 12×10⁶ см/год, или около 12 км/год, однако уже через 1 млн лет она снизилась до 9,64 м/год, а через 10 млн лет — до 1,37 м/год; в настоящее время Луна отодвигается от Земли со средней скоростью около 3,4 см/год.

Второе обстоятельство, на которое следует обратить внимание, — это неравномерность отодвигания Луны от Земли (рис. 27). С наибольшими скоростями (около 12-10 км/год) Луна отодвигалась от Земли в самом начале своего эволюционного пути (сразу же после разрушения её материнской планеты — Протолуны), около 4,6 млрд лет назад. Однако скорость отодвигания Луны от Земли тогда быстро уменьшалась и уже через 1 млн лет она снизилась до 9,64 м/год, а ещё через 10 млн лет она упала до 1,37 м/год. К концу катархея, около 4 млрд лет назад, скорость удаления Луны от Земли уже не превышала 4,3 см/год. Второй значительный импульс резкого увеличения скорости отодвигания Луны (до 90 см/год) возник на рубеже катархея и архея около 3,9 млрд лет тому назад. Наконец, третий период относительного ускорения отодвигания Луны от Земли, правда, с существенно меньшими скоростями (около 3,4 см/год), приходится на фанерозой. При этом только первый импульс стремительного удаления спутника от планеты был связан с малым исходным расстоянием их образования (напомним, что скорость отодвигания Луны от Земли обратно пропорциональна расстоянию в степени 5,5). Природа же второго и третьего импульсов ускорения была вызвана чисто земными событиями. Архейский пик был связан с началом формирования тогда астеносферы и океанов на Земле, а фанерозойское увеличение скорости отодвигания Луны от Земли — с подъёмом поверхности растущего океана до среднего уровня континентальных шельфов, после чего на континентальной коре возникли многочисленные мелководные эпиконтинентальные моря, в которых и рассеивается основная часть приливной энергии.

Интересно теперь сопоставить полученные результаты с имеющимися эмпирическими данными. Такие данные предоставляет нам палеонтология (о чем уже было сказано выше). Результаты теоретического расчёта эволюции числа дней в году, проведённого по несколько сглаженной модели фактора добротности Q, показаны на рис. 28. На этот же график нанесены все эмпирические данные по определению числа дней в году, полученные на основании изучения микрослоистости кораллов и строматолитов (Шопф, 1982). Как видно из сопоставления теоретической кривой с такими определениями, получено неплохое совпадение теории с экспериментом. Это придаёт уверенность в том, что наши расчёты приводят в основном к верным результатам.

www.gemp.ru