Выбор катастроф - Азимов Айзек. Страница 42

Может ли гравитационное притяжение, когда оно столь велико по сравнению со всеми другими объектами, кроме Солнца, оказаться для нас источником катастрофы? На первый взгляд кажется, что нет, не может, ведь гравитационное притяжение Солнца намного сильнее, чем у Луны. И поскольку первое не вызывает у нас тревоги, то почему же должно беспокоить второе?

Отрицательный ответ был бы правильным, если бы астрономические тела реагировали на силу гравитации во всех точках одинаково. Но это не так. Давайте вернемся к вопросу приливо-отливных эффектов, о которых я упомянул в предыдущей главе, и рассмотрим его более детально в отношении Луны.

Поверхность Земли, обращенная к Луне, находится на среднем расстоянии от центра Луны в 378 026 километров. Поверхность Земли на другой стороне от Луны дальше от центра Луны на толщину Земли и, следовательно, находится на расстоянии в 390 782 километра.

Сила притяжения Луны уменьшается, как квадрат расстояния. Если расстояние от центра Земли до центра Луны принять за 1, тогда расстояние от поверхности Земли, обращенной к Луне, составит 0,983, а расстояние от поверхности, обращенной прочь от Луны, составит 1,017.

Если сила притяжения поверхности Земли, обращенной к Луне, таким образом, 1,034, то сила притяжения поверхности Земли, обращенной прочь от Луны, составляет 0,966. Это означает, что притяжение Луной ближайшей поверхности Земли на 7 процентов сильнее, чем притяжение дальней поверхности Земли.

Результатом силы притяжения Луны, изменяющейся с расстоянием, является то, что Земля тянется к Луне. Сторона, находящаяся ближе к Луне, притягивается сильнее, чем центр, а центр, в свою очередь, притягивается сильнее, чем сторона, расположенная в сторону от Луны. В результате Земля деформируется с обеих сторон. Одна деформация – стороны, обращенной к Луне, происходит, так сказать, более энергично, чем остальной структуры Земли. Другая деформация – стороны, обращенной прочь от Луны, так сказать, отстает от всего остального.

Так как Земля состоит из неэластичного камня, который особенно не поддается даже большим усилиям, деформация в твердом теле Земли невелика, но она есть. Однако вода океана более податлива и деформируется сильнее, она «выпячивается» в направлении к Луне.

При вращении Земли континенты, оказываясь, так сказать, «под Луной», испытывают накат «выпяченной» воды. Вода по инерции набегает несколько выше береговой линии, затем отступает, происходят приливы и отливы. На противоположной, обращенной в сторону от Луны стороне Земли повернувшиеся туда континенты испытывают другую деформацию воды, через 12,5 часа происходит прилив, затем отлив. (Дополнительные полчаса набегают из-за того, что Луна за это время продвигается на некоторое расстояние.) Таким образом происходят два прилива и два отлива в день.

Приливо-отливный эффект, производимый на Земле любым телом, пропорционален его массе, но уменьшается, как расстояние в кубе. Солнце (повторим) в 27 миллионов раз массивнее Луны и в 390 раз дальше от Земли. 390 в кубе составляет около 59 300 000. Если мы поделим массу Солнца (соответственно Луны) на куб его расстояния от Земли (соответственно Луны), мы обнаружим, что приливо-отливный эффект Солнца на Землю составляет лишь 0,46 от приливо-отливного эффекта Луны.

Итак, Луна является основной причиной приливо-отливного эффекта на Земле, а Солнце значительно уступает ей. Все другие астрономические тела вообще не производят измеримого приливо-отливного эффекта на Землю.

Теперь нам следует спросить: не может ли существование приливов и отливов каким-нибудь образом привести к катастрофе?

Говорить о приливах-отливах и о катастрофах, не переводя дыхания, по-видимому, было бы странно. В человеческой истории приливы и отливы существовали всегда, и они были совершенно регулярны и предсказуемы. Они всегда были полезны. Так, корабли обычно отплывали с началом прилива, когда вода поднимала их высоко над любыми скрытыми препятствиями, а отступающая вода несла корабль в нужном ему направлении.

Приливы и отливы и в будущем могут стать полезными иным образом. Так, во время прилива вода может подняться в резервуар, из которого может выйти при отливе, вращая турбину. Приливы и отливы могут таким образом дать миру неиссякаемый источник энергии. При чем же тут катастрофа?

Так вот, когда Земля поворачивается и на сушу накатывается вспучившаяся вода, двигаясь на берег и с берега, вода должна преодолеть сопротивление трения, и не только на самом берегу, но и на тех участках морского дна, где океан, случается, бывает особенно мелководен. Часть энергии вращения Земли затрачивается на преодоление этого трения.

Когда Земля поворачивается, твердое тело планеты тоже деформируется, выпячиваясь в сторону Луны, и это выпячивание составляет примерно одну треть от выпячивания океана. Тем не менее выпячивание твердого тела Земли происходит за счет, так сказать, трения камня о камень, когда кора тянется кверху и опускается, и этот процесс повторяется снова и снова. Часть энергии вращения Земли затрачивается на это тоже. Конечно, энергия на самом деле не уничтожается. Она не исчезает, а превращается в тепло. Другими словами, в результате приливов и отливов Земля приобретает немножко тепла и немного теряет в скорости вращения. День становится длиннее.

Земля настолько массивна и вращается настолько быстро, что обладает огромным запасом энергии. Даже если большое количество энергии (большое по человеческим понятиям) затрачивается и превращается в тепло при преодолении приливо-отливного трения, день удлиняется очень незначительно. Однако даже очень незначительное увеличение продолжительности дня имеет совокупный эффект.

Предположим, что мы начали с дня с его настоящей продолжительностью 86 400 секунд и что каждый год день будет в среднем на 1 секунду длиннее. По истечении 100 лет он станет длиннее на 100 секунд или 1,5 минуты. Невелика разница.

Предположим, тем не менее, что мы начнем век с часами, которые показывают правильное время. Ко второму году они будут по сравнению с Солнцем спешить на 1 секунду каждый день, к третьему году – на 2 секунды каждый день, к четвертому году – на 3 секунды каждый день и так далее. В конце века, когда число дней, если бы мы следовали за восходами и закатами, было бы 36 524, а наши часы зарегистрировали бы 36 534,8 наборов дней по 86 400 секунд. Короче, имея увеличение длительности дня только на 1 секунду в год, мы накапливаем ошибку почти в 11 дней всего за век.

Конечно, день на самом деле увеличивается значительно меньшими темпами.

В древние времена определенные затмения были зарегистрированы как имевшие место в определенное время дня. Пересчитывая назад, устанавливаем, что они должны были бы произойти в другое время. Расхождение является накопленным результатом очень медленного удлинения дня.

Можно, конечно, усомниться, что древние люди пользовались только самыми примитивными методами измерения времени, и вся их концепция регистрации времени отличалась от нашей. Было бы, следовательно, рискованным делать какие-то выводы на основании того, что они говорили о времени затмений.

Однако в этом случае имеет значение не только время. Полное затмение Солнца можно видеть только с небольшого участка Земли. Если, скажем, затмение должно было произойти за час до расчетного времени, то Земля имела бы больше времени для поворота, и в умеренном поясе затмение произошло бы примерно на 1200 километров восточнее, чем указывают наши расчеты.

Даже если не доверять полностью тому, что говорят древние люди о времени затмения, мы можем быть уверены, что уж место-то затмения они сообщают точно, а это скажет нам о том, что мы хотим знать. По их свидетельствам мы определим суммарную ошибку, а по ней и темп удлинения дня. Вот так и было установлено, что день на Земле удлиняется со скоростью 1 секунда за 62 500 лет.

Это можно представить себе чем угодно, только не катастрофой. День сейчас приблизительно на 1/14 секунды длиннее, чем во времена, когда строили пирамиды.