Астрономия. Популярные лекции

Количественно рассчитать приливный эффект очень просто. С одной стороны, гравитация Земли старается сделать океан шарообразным, с другой — приливная часть лунного и солнечного влияния стремится вытянуть его вдоль оси. Если оставить Землю в покое и дать ей возможность свободно падать на Луну, то высота выпуклости достигла бы примерно полуметра, т. е. океан приподнимается над своим средним уровнем всего-то на полметра. Если вы плывете на пароходе по открытому морю или океану, полметра — это неощутимо. Это называют статическим приливом.

Но чтобы создать в подлунной точке полуметровую выпуклость, нужно перегнать туда большое количество воды. А ведь поверхность Земли не остается неподвижной, она по отношению к направлению на Луну и на Солнце быстро вращается, делая полный оборот за сутки (а Луна по орбите идет медленно — один оборот вокруг Земли почти за месяц). Поэтому приливный горб постоянно «бегает» по поверхности океана, так что твердая поверхность Земли за сутки два раза оказывается под приливной выпуклостью и два раза — под отливным понижением уровня океана. Прикинем: 40 тысяч километров (длина земного экватора) в сутки — это 500 метров в секунду. Значит, эта полуметровая волна, типа мини-цунами, набегает на восточные побережья континентов в районе экватора со сверхзвуковой скоростью. На наших широтах скорость достигает 250–300 м/с — тоже довольно много: хоть волна и не очень высокая, за счет инерции она может создать большой эффект.

Почти на каждом экзамене мне попадается студент, который уверенно утверждает, что прилив происходит только на одной стороне Земли — на той, которая обращена к Луне. Как правило, такое говорит девушка. Но бывает, хотя и реже, что и юноши в этом вопросе заблуждаются. При этом в целом знания астрономии более глубокие у девушек. Любопытно было бы выяснить причину этой «приливно-гендерной» асимметрии.

Рис. 8.9. Высота приливов меняется с периодом в две недели.

Второй объект по масштабу влияния на Землю — это Солнце. Оно в 400 раз дальше от нас, чем Луна, но в 27 млн раз массивнее. Поэтому эффекты от Луны и от Солнца получаются сравнимыми по величине, хотя Луна все же действует чуть сильнее: гравитационный приливный эффект от Солнца примерно вполовину слабее, чем от Луны. Иногда их влияние складывается: это происходит в новолуние, когда Луна проходит на фоне Солнца, и в полнолуние — когда Луна находится с противоположной от Солнца стороны. В эти дни — когда Земля, Луна и Солнце выстраиваются в линию, а происходит это каждые две недели — суммарный приливный эффект получается в полтора раза больше, чем только от Луны. А через неделю Луна проходит четверть своей орбиты и оказывается с Солнцем в квадратуре (прямой угол между направлениями на них), и тогда их влияния ослабляют друг друга. В среднем высота приливов в открытом море меняется от 25 до 75 см.

Морякам приливы известны давно. Что делает капитан, когда корабль сел на мель? Если вы читали морские приключенческие романы, то знаете, что он сразу смотрит, в какой фазе Луна, и ждет, когда будет ближайшее полнолуние либо новолуние. Тогда максимальный прилив может поднять корабль и снять его с мели.

Береговые проблемы и особенности

Приливы особенно важны для портовых работников и для моряков, которые собираются ввести свой корабль в порт либо вывести из порта. Как правило, проблема мелководья возникает вблизи берегов, и чтобы она не мешала движению судов, для входа в бухту прорывают подводные каналы — искусственные фарватеры. Их глубина должна учитывать высоту максимального отлива.

Если мы посмотрим в какой-то момент времени на высоту приливов и проведем на карте линии равной высоты воды (рис. 8.11), то получатся концентрические окружности с центрами в двух точках (в подлунной и антилунной), в которых прилив максимален. Если бы орбитальная плоскость Луны совпадала с плоскостью земного экватора, то эти точки всегда бы перемещались по экватору и за сутки (точнее — за 24^h

50^m 28^s) делали бы полный оборот. Однако Луна ходит не в этой плоскости, а близ плоскости эклиптики, по отношению к которой экватор наклонен на 23,4°. Поэтому подлунная точка «гуляет» также и по широте. Таким образом, в одном и том же порту (т. е. на одной и той же широте) высота максимального прилива, происходящего через каждые 12,5 часов, в течение суток меняется в зависимости от ориентации Луны относительно земного экватора.

Рис. 8.10. Из-за вращения Земли точка A подвергается периодически меняющимся приливным силам. Стрелками показана горизонтальная проекция приливообразующей силы. Из книги Дж. Г. Дарвина «Приливы и родственные им явления в Солнечной системе», М.: Наука, 1965.