Как се променя разстоянието от Земята до Луната?

Почти 50 години, откакто човек за първи път стъпи на Луната, днес много нации отново се подготвят за приземяване на сателита на Земята.

Само тази година Китай изпрати робот космически кораб на далечната страна на Луната, Индия е близо до кацане там и изпращане на лунен автомобил, а Израел продължава мисията си да се докосва до повърхността на Луната, въпреки катастрофата на последното си начинание.

Междувременно НАСА обяви, че иска да изпрати астронавти до южния полюс на Луната до 2024 година.

На 21 юли 1969 г. екипажът на Аполо 11 инсталира първия комплект огледала, които да отразяват лазерите, насочени към Луната от Земята. Последвалите експерименти, извършени с помощта на това оборудване, помогнаха на учените да измерят точно разстоянието между Земята и Луната. Сега знаем, че орбитата на Луната се увеличава с 3.8 см на година, или с толкова тя се отдалечава от Земята.

Това разстояние и използването на лунните скали за да се датира образуването на Луната преди 4.51 милиарда години, са основа за хипотезата за гигантския удар (теорията, че Луната се е образувала от отломки след гигантски сблъсък в началото на историята на Земята).

Но ако приемем, че лунната рецесия винаги е била 3,8 см за година, ние трябва да се върнем 13 милиарда години, за да достигнем до времето, когато Земята и Луната са били достатъчно близо една до друга, за да се образува Луната. Това наистина е твърде далеч във времето, но бъркотията може да се обясни с древните континенти и приливи на Земята.

Разстоянието до Луната е свързано с историята на континенталните конфигурации на Земята. Загубата на енергията на приливите и отливите (поради триенето между движещия се океан и морското дъно) забавя въртенето на планетата, което принуждава Луната да се отдалечи от нея и да отстъпва. Приливите и отливите се контролират до голяма степен от формата и размера на океанските басейни на Земята. Когато тектонските плочи на Земята се движат, геометрията на океана се променя, както и приливът. Това се отразява на отстъплението (рецесията) на Луната, така че то изглежда по-малко.

Това означава, че ако знаем как тектонските плочи на Земята са се променили, можем да определим къде е била Луната по отношение на нашата планета в даден момент във времето.

Знаем, че силата на прилива също зависи от разстоянието между Земята и Луната. Така че можем да предположим, че приливите и отливите са били по-силни, когато Луната е била млада и по-близо до планетата. Тъй като Луната бързо се отдръпва от Земята в началото на своята история, приливите и отливите стават по-слаби и отдалечаването се забавя.

Подробната математика, която описва тази еволюция, първоначално е разработена от Джордж Дарвин, син на великия Чарлз Дарвин, през 1880 г. Но неговата формула произвежда проблеми, когато въвеждаме нашите съвременни числа. Той предсказва, че Земята и Луната са били близо една до друга само преди 1,5 милиарда години. Формулата на Дарвин може да се съгласува с модерните оценки за възрастта и разстоянието на Луната, само ако типичният й скорошен темп на отдръпване е намален до около един сантиметър годишно.

Изводът е, че днешните приливи и отливи трябва да са необичайно големи, което да води до 3,8 см. годишна рецесия на Луната. Причината за тези големи приливи е, че днешният северен Атлантически океан има правилната ширина и дълбочина за да бъде в резонанс с приливите и отливите, така че естественият период на трептене е близък до този на прилива, което му позволява да стане много голям. Това е много подобно на дете на люлка, което се издига по-високо, ако люлката бъде натисната в правилния момент.

Но да се върнем назад във времето – само няколко милиона години са достатъчни – и Северният Атлантик е с различна форма, така че този резонанс да изчезне и скоростта на рецесията (на отдалечаване) на Луната да бъде по-бавна. Тъй като тектониката на плочите премества и континентите, а забавянето на ротацията на Земята променя дължината на дните и периода на приливите, планетата би трябвало да се вмъква и да излиза от подобни състояния на силни приливи. Но ние не знаем детайлите на приливите и отливите в продължение на дълги периоди от време и в резултат на това не можем да кажем на какво разстояние от Земята е била Луната в далечното минало.

Един обещаващ подход за отговор на този въпрос е да се направи опит да се открият циклите на Миланкович според физически и химически промени в древните седименти. Тези цикли се появяват поради вариации във формата и ориентацията на земната орбита и вариациите в ориентацията на земната ос. Те произвеждат климатични цикли, каквито са ледниковите епохи през последните няколко милиона години.

Повечето цикли на Миланкович не променят периодите си в историята на Земята, но някои от тях са засегнати от скоростта на въртене на Земята и от разстоянието до Луната. Ако можем да открием и да определим количествено тези конкретни периоди, можем да ги използваме, за да оценим дължината на деня и разстоянието между Земята и Луната по време отлагането на утайките. Досега това е направено само за една точка в далечното минало. Древни седименти намерени в Китай предполагат, че преди 1,4 милиарда години разстоянието между Земята и Луната е било 341 000 км (сега разстоянието е 384 000 км).

Сега учените имат за цел да повторят тези изчисления за седименти отложени на стотици места по Земята, определени в различни периоди от време. Това ще осигури стабилен и почти непрекъснат запис на лунната рецесия през последните няколко милиарда години и ще ни даде по-добра оценка, как са се променяли приливите в миналото. Заедно, тези взаимосвързани проучвания ще дадат една последователна картина за това, как системата Земя-Луна се е развивала във времето.

Статията е публикувана в изданието The Conversation.