Mesiac je satelitom našej planéty, ktorý od nepamäti priťahuje pohľady vedcov a len zvedavcov. V starovekom svete jej astrológovia aj astronómovia venovali pôsobivé pojednania. Básnici za nimi nezaostávali. Dnes sa v tomto zmysle zmenilo len málo: astronómovia starostlivo študujú obežnú dráhu Mesiaca, vlastnosti jeho povrchu a vnútra. Zostavovatelia horoskopov z nej tiež nespúšťajú oči. Vplyv satelitu na Zem skúmajú obaja. Astronómovia skúmajú, ako interakcia dvoch kozmických telies ovplyvňuje pohyb a ďalšie procesy každého z nich. Počas štúdia Mesiaca sa znalosti v tejto oblasti výrazne zvýšili.
Pôvod
Podľa vedcov Zem a Mesiac vznikli približne v rovnakom čase. Obe telesá majú 4,5 miliardy rokov. Existuje niekoľko teórií o pôvode satelitu. Každý z nich vysvetľuje určité črty Mesiaca, no ponecháva niekoľko nevyriešených otázok. Teória obrej kolízie sa dnes považuje za najbližšiu k pravde.
Podľa hypotézy sa planéta podobná veľkosti Marsu zrazila s mladou Zemou. Náraz bol tangenciálny a spôsobil uvoľnenie do vesmíru väčšiny hmoty tohto kozmického telesa, ako aj určitého množstva pozemského „materiálu“. Z tejto látky sa vytvoril nový objekt. Polomer obežnej dráhy Mesiaca bol pôvodne šesťdesiattisíc kilometrov.
Hypotéza obrovskej kolízie dobre vysvetľuje mnohé vlastnosti štruktúry a chemického zloženia satelitu, väčšinu charakteristík systému Mesiac-Zem. Ak však vezmeme za základ teóriu, niektoré fakty stále zostávajú nepochopiteľné. Nedostatok železa na satelite teda možno vysvetliť len tým, že v čase zrážky došlo na oboch telesách k diferenciácii vnútorných vrstiev. K dnešnému dňu neexistuje žiadny dôkaz o tom, že sa niečo také stalo. A napriek tomu, napriek takýmto protiargumentom, je hypotéza obrovského dopadu považovaná za hlavnú na celom svete.
Parametre
Mesiac, rovnako ako väčšina ostatných satelitov, nemá atmosféru. Našli sa len stopy kyslíka, hélia, neónu a argónu. Povrchová teplota v osvetlených a tmavých oblastiach je preto veľmi rozdielna. Na slnečnej strane môže stúpnuť na +120 ºС a na tmavej strane môže klesnúť až na -160 ºС.
Priemerná vzdialenosť medzi Zemou a Mesiacom je 384 000 km. Tvar satelitu je takmer dokonalá guľa. Rozdiel medzi rovníkovým a polárnym polomerom je malý. Sú 1738,14 a 1735,97 km.
Úplná revolúcia Mesiaca okolo Zemetrvá niečo vyše 27 dní. Pohyb satelitu po oblohe je pre pozorovateľa charakterizovaný zmenou fáz. Čas od jedného splnu k druhému je o niečo dlhší ako uvedené obdobie a je približne 29,5 dňa. Rozdiel vzniká, pretože Zem a satelit sa tiež pohybujú okolo Slnka. Mesiac musí prejsť o niečo viac ako jeden kruh, aby sa vrátil do svojej pôvodnej polohy.
Systém Zem-Mesiac
Mesiac je satelit, ktorý sa trochu líši od iných podobných objektov. Jeho hlavnou črtou v tomto zmysle je jeho hmotnosť. Odhaduje sa na 7,351022 kg, čo je približne 1/81 rovnakého parametra Zeme. A ak samotná hmotnosť nie je vo vesmíre niečím nezvyčajným, potom je jej vzťah s charakteristikami planéty atypický. Hmotnostný pomer v systémoch satelitných planét je spravidla o niečo menší. Podobným pomerom sa môže pochváliť len Pluto a Cháron. Tieto dve vesmírne telesá sa pred časom začali charakterizovať ako sústava dvoch planét. Zdá sa, že toto označenie platí aj v prípade Zeme a Mesiaca.
Mesiac na obežnej dráhe
Satelit vykoná jednu otáčku okolo planéty vzhľadom na hviezdy za hviezdny mesiac, ktorá trvá 27 dní, 7 hodín a 42,2 minúty. Obežná dráha Mesiaca má eliptický tvar. V rôznych obdobiach sa satelit nachádza buď bližšie k planéte, alebo ďalej od nej. Vzdialenosť medzi Zemou a Mesiacom sa mení z 363 104 na 405 696 kilometrov.
So satelitnou trajektóriouešte jeden dôkaz sa spája v prospech predpokladu, že Zem so satelitom treba považovať za systém pozostávajúci z dvoch planét. Dráha Mesiaca sa nenachádza v blízkosti rovníkovej roviny Zeme (ako je typické pre väčšinu satelitov), ale prakticky v rovine rotácie planéty okolo Slnka. Uhol medzi ekliptikou a dráhou satelitu je o niečo väčší ako 5º.
Obeh Mesiaca okolo Zeme ovplyvňuje mnoho faktorov. V tomto ohľade nie je určenie presnej trajektórie satelitu jednoduchou úlohou.
Trošku histórie
Teória vysvetľujúca pohyb Mesiaca vznikla v roku 1747. Autorom prvých výpočtov, ktoré vedcom priblížili pochopenie vlastností dráhy satelitu, bol francúzsky matematik Clairaut. Potom, vo vzdialenom osemnástom storočí, bola revolúcia Mesiaca okolo Zeme často uvádzaná ako argument proti Newtonovej teórii. Výpočty vykonané pomocou zákona univerzálnej gravitácie sa značne líšili od zdanlivého pohybu satelitu. Clairaut tento problém vyriešil.
Problematikou sa zaoberali takí známi vedci ako d'Alembert a Laplace, Euler, Hill, Puiseux a ďalší. Moderná teória revolúcie Mesiaca v skutočnosti začala prácou Browna (1923). Výskum britského matematika a astronóma pomohol odstrániť nezrovnalosti medzi výpočtami a pozorovaním.
Nie je to ľahká úloha
Pohyb Mesiaca pozostáva z dvoch hlavných procesov: rotácia okolo svojej osi a obeh okolo našej planéty. Nebolo by také ťažké odvodiť teóriu vysvetľujúcu pohyb družice akjeho obežná dráha nebola ovplyvnená rôznymi faktormi. Toto je príťažlivosť Slnka a vlastnosti tvaru Zeme a gravitačné polia iných planét. Takéto vplyvy narúšajú obežnú dráhu a predpovedanie presnej polohy Mesiaca v určitom období sa stáva ťažkou úlohou. Aby sme pochopili, o čo tu ide, zastavme sa pri niektorých parametroch obežnej dráhy satelitu.
Vzostupný a zostupný uzol, rad apsidov
Ako už bolo spomenuté, obežná dráha Mesiaca je naklonená k ekliptike. Dráhy dvoch telies sa pretínajú v bodoch nazývaných vzostupné a zostupné uzly. Sú umiestnené na opačných stranách obežnej dráhy vzhľadom k stredu systému, teda k Zemi. Pomyselná čiara, ktorá spája tieto dva body, sa označuje ako čiara uzlov.
Satelit je najbližšie k našej planéte v bode perigea. Maximálna vzdialenosť oddeľuje dve vesmírne telesá, keď je Mesiac vo svojom apogeu. Čiara spájajúca tieto dva body sa nazýva čiara apsidov.
Poruchy obežnej dráhy
V dôsledku vplyvu veľkého množstva faktorov na pohyb satelitu ide v skutočnosti o súčet viacerých pohybov. Zvážte najvýraznejšie vznikajúce poruchy.
Prvým z nich je regresia uzlov. Priamka spájajúca dva priesečníky roviny lunárnej obežnej dráhy a ekliptiky nie je upevnená na jednom mieste. Pohybuje sa veľmi pomaly opačným smerom (preto sa to nazýva regresia) ako je pohyb satelitu. Inými slovami, rovina obežnej dráhy Mesiacarotuje v priestore. Jedno úplné otočenie jej trvá 18,6 roka.
Pohybuje sa aj línia apsií. Pohyb priamky spájajúcej apocentrum a periapsis je vyjadrený rotáciou obežnej roviny v rovnakom smere ako sa pohybuje Mesiac. To sa deje oveľa rýchlejšie ako v prípade radu uzlov. Úplný obrat trvá 8, 9 rokov.
Obežná dráha Mesiaca navyše zažíva kolísanie určitej amplitúdy. Postupom času sa mení uhol medzi jeho rovinou a ekliptikou. Rozsah hodnôt je od 4°59' do 5°17'. Rovnako ako v prípade línie uzlov je obdobie takýchto výkyvov 18,6 roka.
Konečne, obežná dráha Mesiaca mení svoj tvar. Trochu sa natiahne a potom sa opäť vráti do pôvodnej konfigurácie. Zároveň sa mení excentricita obežnej dráhy (miera odchýlky jej tvaru od kruhu) z 0,04 na 0,07. Zmeny a návrat do pôvodnej polohy trvá 8,9 roka.
Nie je to také jednoduché
V skutočnosti tých štyroch faktorov, ktoré treba brať do úvahy pri výpočtoch, nie je až tak veľa. Nevyčerpávajú však všetky poruchy obežnej dráhy satelitu. V skutočnosti každý parameter pohybu Mesiaca neustále ovplyvňuje veľké množstvo faktorov. To všetko komplikuje úlohu predpovedania presnej polohy satelitu. A zohľadnenie všetkých týchto parametrov je často najdôležitejšou úlohou. Napríklad výpočet trajektórie Mesiaca a jeho presnosť ovplyvňuje úspešnosť misie kozmickej lode, ktorá k nemu bola vyslaná.
Vplyv Mesiaca na Zem
Satelit našej planéty je relatívne malý, ale jeho vplyv je dobrýnápadne. Snáď každý vie, že práve Mesiac tvorí príliv a odliv na Zemi. Tu musíme okamžite urobiť rezerváciu: Slnko tiež spôsobuje podobný efekt, ale kvôli oveľa väčšej vzdialenosti je slapový efekt hviezdy málo viditeľný. Okrem toho sa so zmenou hladiny vody v moriach a oceánoch spájajú aj zvláštnosti rotácie samotnej Zeme.
Gravitačný vplyv Slnka na našu planétu je asi dvestokrát väčší ako vplyv Mesiaca. Slapové sily však primárne závisia od nehomogenity poľa. Vzdialenosť oddeľujúca Zem a Slnko ich vyhladzuje, takže efekt Mesiaca v našej blízkosti je silnejší (dvakrát taký výrazný ako v prípade svietidla).
Na strane planéty, ktorá je momentálne otočená k nočnej hviezde, sa vytvorí prílivová vlna. Na opačnej strane je tiež príliv. Ak by bola Zem nehybná, vlna by sa pohybovala zo západu na východ a nachádzala by sa presne pod Mesiacom. Jeho úplná revolúcia by bola dokončená za 27 dní, teda za hviezdny mesiac. Obdobie rotácie Zeme okolo svojej osi je však o niečo menej ako 24 hodín. V dôsledku toho vlna prebieha po povrchu planéty z východu na západ a jednu rotáciu dokončí za 24 hodín a 48 minút. Keďže vlna sa neustále stretáva s kontinentmi, posúva sa dopredu v smere pohybu Zeme a predbieha satelit planéty.
Vymazanie obežnej dráhy Mesiaca
Prílivová vlna spôsobuje pohyb obrovskej masy vody. To priamo ovplyvňuje pohyb satelitu. Impozantná časťHmotnosť planéty je posunutá z čiary spájajúcej ťažiská dvoch telies a priťahuje Mesiac k sebe. Výsledkom je, že satelit zažije moment sily, ktorý urýchli jeho pohyb.
Súčasne kontinenty bežiace na prílivovej vlne (pohybujú sa rýchlejšie ako vlna, keďže Zem rotuje vyššou rýchlosťou ako Mesiac), zažívajú silu, ktorá ich spomaľuje. To vedie k postupnému spomaľovaniu rotácie našej planéty.
V dôsledku slapovej interakcie dvoch telies, ako aj pôsobenia zákonov zachovania energie a momentu hybnosti sa satelit presunie na vyššiu obežnú dráhu. To znižuje rýchlosť Mesiaca. Na obežnej dráhe sa začína pohybovať pomalšie. Niečo podobné sa deje so Zemou. Spomalí sa, čo vedie k postupnému predlžovaniu dĺžky dňa.
Mesiac sa vzďaľuje od Zeme približne o 38 mm za rok. Štúdie paleontológov a geológov potvrdzujú výpočty astronómov. Proces postupného spomaľovania Zeme a odsunu Mesiaca sa začal približne pred 4,5 miliardami rokov, teda od momentu, keď sa sformovali dve telesá. Údaje výskumníkov podporujú predpoklad, že na začiatku bol lunárny mesiac kratší a Zem sa otáčala vyššou rýchlosťou.
Prílivová vlna sa vyskytuje nielen vo vodách oceánov. Podobné procesy prebiehajú v plášti aj v zemskej kôre. Sú však menej nápadné, pretože tieto vrstvy nie sú také tvárne.
Recesia Mesiaca a spomalenie Zeme nebude navždy. Nakoniec sa doba rotácie planéty bude rovnať obdobiu rotácie satelitu. Mesiac sa bude „vznášať“nad jednou oblasťoupovrchy. Zem a satelit budú vždy otočené rovnakou stranou k sebe. Tu je vhodné pripomenúť, že časť tohto procesu už bola ukončená. Práve slapová interakcia viedla k tomu, že na oblohe je vždy viditeľná rovnaká strana Mesiaca. Vo vesmíre existuje príklad systému, ktorý je v takejto rovnováhe. Tieto sa už volajú Pluto a Cháron.
Mesiac a Zem sú v neustálej interakcii. Nedá sa povedať, ktoré z telies má väčší vplyv na to druhé. Zároveň sú obe vystavené slnku. Významnú úlohu zohrávajú aj iné, vzdialenejšie, vesmírne telesá. Ak vezmeme do úvahy všetky takéto faktory, je dosť ťažké presne zostaviť a opísať model pohybu satelitu na obežnej dráhe okolo našej planéty. Obrovské množstvo nahromadených poznatkov, ako aj neustále sa zdokonaľujúce vybavenie však umožňuje kedykoľvek viac či menej presne predpovedať polohu satelitu a predpovedať budúcnosť, ktorá čaká každý objekt jednotlivo a systém Zem-Mesiac ako celé.
