КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина III

ЕЛЕМЕНТИ НЕБЕСНОЇ МЕХАНІКИ І ДИНАМІКИ КОСМІЧНИХ ПОЛЬОТІВ

Розділ 6

ОСНОВИ НЕБЕСНОЇ МЕХАНІКИ

6.7. Система Земля-Місяць: припливні ефекти

Вище (див. розділ 1.12) описано явище прецесії — зміщення точки весняного рівнодення назустріч видимому річному рухові Сонця по екліптиці. Ньютон з'ясував, що причиною цього явища є відхилення форми Землі від сферичної. Землю можна розглядати як кулю, до якої у вигляді кільця додано деяку масу (рис. 6.7). Цей екваторіальний шар нахилений до площини екліптики під кутом 23,5°. Задачу про положення осі добового обертання Землі у просторі можна розглядати так. Якби Земля мала форму кулі, то сумарний момент усіх сил, що діють з боку Місяця на кожен елемент її маси, практично дорівнював би нулеві. Тому й вісь її добового обертання не змінювала б свого положення у просторі. Наявність же додаткового приекваторіального шару речовини призводить до появи пари сил (з точками прикладання їх відповідно Q і Q', завдяки чому вісь обертання Землі описує конус (на рис. 6.7 північний полюс нахиляється до читача, південний — від нього). Аналогічна пара сил виникає внаслідок дії сонячного притягання. Тому в загальному ефекту прецесії (50") 34" обумовлено впливом з боку Місяця і 16" — Сонця.

image33

Рис. 6.7. Пояснення прецесії

image34

Рис. 6.8. Утворення припливних горбів у точках А і В на поверхні Землі внаслідок притягання Місяцем. Для спрощення прийнято, що вся поверхня Землі вкрита океаном

Здавна зауважено, що двічі на добу, точніше через кожні 12 год. 26 хв., рівень води в океані піднімається, а через 6 год. 13 хв. після кожного підйому спадає. Тобто вода біля берега то прибуває (настає приплив), то поступово спадає (відплив). У затоці Фанді на східній межі між Канадою і США коливання рівня води досягають 18 м. Біля Мурманська коливання припливу — 4 м, на сході Кольського півострова — близько 7 м.

Існує легенда, за якою Арістотель, не зумівши з'ясувати причини цих явищ, кинувся зі скелі у море. Однак уже Василій Великий (IV ст. н. е.) правильно пояснив припливи і відпливи дією Місяця. Галілей намагався дати інше пояснення (він уважав, що це результат складання добового обертання Землі з її рухом навколо Сонця, так що горби спрямовані завжди у напрямі цього руху і відповідно в зворотний бік). Повністю пояснив явище припливів Ньютон.

На зв'язок припливів і відпливів з Місяцем вказує те, що повторення цих явищ відбувається через такий же проміжок часу, через який відбуваються кульмінації Місяця. Як знаємо, кожної наступної доби у верхній кульмінації Місяць в середньому буває через 24 год. 52 хв. після попередньої. Зрозумілим є і механізм формування припливних горбів: частинки води в точці А, найближчі до Місяця, притягуються ним сильніше, ніж центр Землі, а він, у свою чергу, — сильніше, ніж частинки води в точці В (рис. 6.8). Тому одночасно на Землі виникає два припливні горби. Натомість у точках, зміщених на 90° відносно А, В буде відплив. Унаслідок обертання Землі припливні горби в кожний наступний момент формуються вже в нових пунктах її поверхні.

Проте з огляду на складну форму морського дна, тертя води об дно берега, в'язкість, інерцію та інтерференцію хвиль, що виникають, момент найвищої води в окремому пункті не співпадає зі спостережуваним тут моментом проходження Місяця через небесний меридіан. Це запізнення припливу буває різним у різних місцях (зокрема в портах) і в різні пори року. Його називають прикладною годиною цього пункту (порту). У кожному порту є розклад моментів високої води, його враховують у навігації.

Там, де є для цього сприятливі умови, будують припливні електростанції. У моменти високої води вона заповнює штучні басейни, звідки після певного перепаду рівнів повертається назад у Світовий океан, однак уже через турбіни електростанції. Щоправда, оскільки кожного наступного дня приплив запізнюється, то використати це явище для отримання електроенергії у потрібний час (скажімо, при настанні присмерків, на початок робочого дня) можна не завжди. Тому явище припливу й одну з ланок електростанції використовують для того, щоб заповнювати ще один резервуар, розташований вище, подавати воду з якого в турбіну можна при потребі.

У свою чергу, Земля спричинює припливні явища в тілі Місяця. Це призвело, по-перше, до того, що Місяць має форму, злегка витягнуту в бік Землі, і, по-друге, його обертання навколо власної осі сповільнилося. Тому він тепер повернутий до Землі одним і тим же боком (див. детальніше обговорення у розділі 21).

Як виявив Рош, якщо супутник перебуває на відстані від планети, меншій від певної межі Роша, то припливна сила може призвести до його руйнування. При однаковій густині планети та її супутника межа Роша становить 2,5Rп, де Rп — радіус планети. Однак сказане стосується передусім газоподібного або рідкого супутника. Руйнування твердого об'єкта настає лише у випадку, якщо його розміри перевищують певне значення. Наприклад, близький твердий супутник був би розірваний притяганням Юпітера, якби діаметр супутника перевищував 400 км.

Цікаво, що для Сатурна межа Роша становить 148 000 км, а радіус краю його зовнішнього кільця — 140 000 км. Отже, усе кільце знаходиться всередині межі Роша. Тут, однак, можна вважати, що кільце не є наслідком руйнування гіпотетичного супутника, а, навпаки, припливні сили перешкодили речовині кільця сконденсуватися в один або декілька супутників. До того ж три з відкритих у 1980 р. невеличких супутників Сатурна рухаються навколо нього всередині кільця (їхні середні відстані від планети 136,7, 139,4 і 141,7 тис. км).






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.