Вопрос на засыпку. Как заставить мозги шевелиться - Джон Фарндон Страница 19

Профессиональные астрономы описали бы движение Земли как «проградное», то есть имеющее одинаковое направление (у слова «ретроградный» – противоположное значение). Такая характеристика означает, что Земля вращается вокруг своей оси в том же направлении, что и вокруг Солнца. Можно представить себе, что Земля в своем космическом путешествии постоянно катится вперед. На самом деле большинство планет Солнечной системы совершают проградное движение. Исключение составляют Венера и Уран, которые медленно вращаются в обратном направлении.

На самом деле проградным является не только вращение, но и орбитальное движение всех планет, включая Венеру с Ураном. Это означает, что они двигаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором крутится само светило. По сути, большинство объектов Солнечной системы вращаются таким образом, даже луны вокруг своих планет. Теперь, когда астрономы способны изучать планетарные системы, сформировавшиеся вокруг других звезд, можно сделать вывод, что и эти далекие планеты вращаются в том же направлении, что и их солнца. Итак, проградное движение управляет Вселенной (за редкими исключениями) ^[25].

Астрономы узнали об этой всеобщей тенденции проградного вращения в Солнечной системе еще несколько веков назад. В попытках объяснить его мыслители Кант и Лаплас в конце XVIII века разработали небулярную гипотезу. Существует множество теорий о происхождении Солнечной системы, но небулярная гипотеза до сих пор остается самой популярной.

Предполагается, что в начале своего существования Солнечная система имела вид огромного газового облака – туманности. Затем, возможно, после столкновения с другой туманностью или взрыва близлежащей звезды она стала коллапсировать внутрь себя под воздействием собственной силы тяготения. В процессе такого коллапса материя приобрела вращательный момент.

Вращательный момент – это важнейшая характеристика движения в космосе. Именно из-за него все космические объекты крутятся вокруг своей оси, как шестеренки в гигантской механической игрушке. Все, что движется, имеет естественную тенденцию продолжать движение в том же направлении. Вращательный момент – это момент при движении по кругу, и он возникает, когда какая-нибудь дополнительная сила регулярно вращает объект в одном и том же направлении. В космосе такой силой в большинстве случаев является гравитация. Там, где гравитация и движение сходятся вместе (а это происходит повсеместно), движение превращается во вращательный момент. Именно из-за вращательного момента поворачиваются Млечный Путь и другие галактики, крутится Солнечная система, а планеты и луны двигаются по орбитам. За вращение Земли тоже отвечает он.

Важно помнить, что вращательный момент, как и механический (то есть направленный по прямой), нельзя утратить – его можно только накопить. Небулярная гипотеза предполагает, что каждый, даже самый незаметный оборот первоначального облака многократно усилился в момент коллапса. Чем меньше становился объем материи, имеющей вращательный момент, тем быстрее она крутилась ^[26]. Говоря о накоплении вращательного момента, ученые часто приводят аналогию с конькобежцем. Когда он прижимает руки к бокам, то становится меньше, а значит, двигается быстрее. То же самое происходило и с новорожденной Солнечной системой.

Согласно небулярной гипотезе, туманность диаметром примерно в один световой год сколлапсировала до размеров Солнечной системы. Такое резкое уменьшение объема привело к значительному накоплению вращательного момента. Коллапс туманности можно сравнить с заводом гигантской механической игрушки. После коллапса вся материя, содержавшаяся в туманности, превратилась в плоский вращающийся диск, а затем, под воздействием гравитации, из него образовались планеты, в которых сконцентрировался вращательный момент первичной туманности.

Первоначального вращающего момента оказалось достаточно для того, чтобы Земля могла вращаться до сегодняшнего дня и продолжила делать это в будущем. Ее движение слегка замедляют небольшие силы трения, так называемые приливные силы, возникающие в результате гравитационного взаимодействия между Землей, Луной и Солнцем. Но это замедление невелико – всего 2,3 миллисекунды в день за сотню лет. Кроме того, на скорость вращения планеты могут влиять погодные процессы в ее атмосфере. Землетрясения тоже способны замедлить вращение планеты или ускорить его, так как они приводят к перераспределению массы Земли. После землетрясения в Японии в 2011 году скорость движения Земли увеличилась, а день сократился на 1,8 микросекунды из-за переноса большого объема материи к экватору.

Из моего рассказа можно было бы сделать вывод, что скорость вращения Земли постоянна в любой ее точке, но это не так. Если вы окажетесь на полюсе, то у вас уйдет день на то, чтобы обернуться вокруг своей оси, но вы не преодолеете никакого расстояния. С другой стороны, если вы встанете на экваторе, то будете двигаться одновременно с планетой со скоростью 1667 километров в час – быстрее скорости звука! Вот почему космодромы так часто строят в тропических широтах. Так корабли приобретают дополнительную скорость.

Внутри Земли скорость вращения тоже различается. Ядро нашей планеты состоит из жидкого намагниченного материала. Его вращение создает магнитное поле, которое, в свою очередь, влияет на содержащиеся в самом ядре металлы и заставляет его внутреннюю часть двигаться в восточном направлении. При этом такое вращение происходит быстрее, чем движение всей планеты. Внешняя часть ядра вращается в противоположную сторону, то есть в западном направлении относительно всей планеты.

Мы долго говорили о том, в каком направлении вращается наша планета, но до сих пор не упомянули, как именно она это делает. Учитывая наклон, под которым мы наблюдаем Солнце и другие небесные тела, можно сделать вывод, что Земля вращается не перпендикулярно своей орбите вокруг Солнца, но под небольшим углом. Ее ось, проходящая через Северный и Южный полюса, отклонена от плоскости орбиты на 23,4°. Именно этим наклоном объясняется смена времен года – когда Земля двигается по орбите, прямые солнечные лучи попадают на разные ее участки.

На самом деле характер вращения Земли может меняться со временем. Каждые 42 000 лет ее ось колеблется примерно от 22,1 до 24,5°. Каждые 26 000 лет ось сама делает медленный круговой оборот, как бы обрисовывая контуры конуса. Такое движение называется прецессией. Каждые 18–19 лет к прецессии добавляется маленькое колебание, называемое нутацией. Дело в том, что экватор Земли не полностью синхронизирован с движением Луны, и из-за взаимодействия сил гравитации баланс планеты немного смещается. Сербский математик Милутин Миланкович доказал, что такие колебания могут влиять на количество тепла, получаемого Землей от Солнца, и приводить к изменениям климата. Сегодня их называют циклами Миланковича.