Из космоса океан кажется очень спокойным местом, голубой и бескрайней скатертью. Но на самом деле он находится в постоянном движении. В нём есть течения, большие и маленькие; есть волны, разбивающиеся о берег; и есть две огромные волны шириной во всю планету, бесконечно бегущие вокруг Земли. Что это за волны, и откуда они взялись?
ТУт ЗамеШана ЛУна Если прийти на берег океана рано утром и остаться там на весь день, можно наблюдать интересное явление. Оставьте полотенце на песке в десяти метрах от воды, и через пару часов вы обнаружите, что прибой плещется уже рядом с ним или вовсе унёс его в дальнее плавание. Если продолжить наблюдение, вы заметите, что через какое-то время вода начнёт отступать и может уйти даже дальше, чем была поначалу. Это вызвано плавным изменением уровня воды, которое называется приливом и отливом. Чем более пологий пляж, тем визуально очевиднее будут эти изменения. Многие слышали, что приливы связаны с Луной. Это действительно так, сила притяжения нашего спутника действует на воду Мирового океана неравномерно: чем ближе к спутнику, тем сильнее. Вспомним формулу силы гравитации (F) — она обратно пропорциональна квадрату расстояния между объектами. Относительно дистанции до Луны такие расстояния, как радиус и диаметр Земли, оказываются значительными, поэтому из-за разницы в силе притяжения вода «вытягивается» в каплю.
Давайте представим, что Земля проворачивается внутри этой капли. Наблюдатель в одной точке за один оборот (сутки) последовательно проходит фазу прилива и отлива. Вроде бы логично?
Но в реальности мы наблюдаем, что за сутки уровень воды меняется 4 раза. Дважды в день пляж будет узким, что соответствует самому большому уровню воды, так называемому полному приливу, и дважды он максимально расширится, потому что уровень воды будет минимальный — это называется полный отлив.
Наше рассуждение объясняет только один прилив и отлив за сутки. Откуда же берутся вторые два?
Всё сложнее, чем кажется Большинство людей считает, что Луна вращается вокруг Земли, но это не совсем точно. На самом деле Земля и Луна вращаются вокруг центра масс системы Земля—Луна. Так как наша планета на два порядка тяжелее Луны, точка центра масс находится внутри Земли,в точке, удалённой от центра Земли примерно на 2/3 радиуса планеты. Поэтому нам и кажется, что Луна вращается вокруг нашей планеты.
Центр масс системы Земля—Луна
Выходит, что Земля тоже совершает небольшое вращение вокруг этого центра масс. Мы этого не замечаем, но вот покрывающая планету вода по инерции стремится убежать от центра вращения. Центробежная сила одинакова в каждой точке Земли. В точке A, самой близкой к Луне, она немного уменьшает гравитацию, а в точке С с противоположной стороны оказывается больше силы притяжения и тоже вытягивает Мировой океан в каплю.
СИЛЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ПРИЛИВАХ И ОТЛИВАХ
Fц— центробежная сила
FA, FB, FC — сила гравитации в точках A, B, C
FRA, FRB, FRC — результирующая сила в точках A, B, C
В результате воздействия двух сил возникает эффект, который и формирует вытянутый «блинчик», вращаясь под которым наблюдатель на Земле видит два прилива и два отлива в сутки. Существует ещё один феномен — время между приливами чуть сдвигается. Почему? Необходимо учесть, что за время, пока Земля делает полный оборот, Луна успевает сместиться. Полный лунный цикл составляет 28 дней, а значит, за сутки Луна пролетает 1/28 своей орбиты. Точка максимального уровня воды, в свою очередь, следует за Луной, поэтому, чтобы нагнать полный прилив, наблюдателю на Земле надо ещё примерно 50 минут (в сутках 24 × 60 = 1440 минут, 1/28 часть от этого равна приблизительно 50 минутам).
Прилив следует за Луной, которая тоже смещается. То есть полный цикл приливов и отливов для наблюдателя закончится через 24 часа 50 минут. Чтобы определить время между приливом и отливом, это время следует разделить на четыре. В результате получим, что время между полным отливом и полным приливом составляет примерно 6 часов 12 минут.
Как влияет Солнце
Луна не единственный объект, с которым взаимодействует вода на Земле. Взаимоотношения с Солнцем строятся по той же схеме: гравитация вытягивает каплю в сторону нашей звезды, а инерция — в противоположную. Относительно полного расстояния от Земли до Солнца разница в гравитации между точками в разных частях планеты получается небольшая, поэтому солнечный «блинчик» меньше лунного. Итоговая картина является суммой двух этих взаимодействий, и хоть полный прилив всегда направлен в сторону Луны, его абсолютное значение зависит от взаимного расположения Луны и Солнца. Объясняется это просто: всё дело в фазе Луны. Когда она находится на одной линии с Солнцем, а это случается в новолуние и полнолуние, их «блинчики» складываются, усиливая перепад воды между приливом и отливом. И наоборот, когда Луна и Солнце находятся на перпендикулярных линиях, в этот момент с неба смотрит половинка Луны, капли компенсируют друг друга и уровень воды в течение суток меняется незначительно.
ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ СОЛНЦА И ЛУНЫ
Если посмотреть на линию уровня воды во время приливов и отливов за месяц, видно, что она колеблется то очень сильно, то, наоборот, незначительно.
Везде ли приливы одинаковые? Что касается абсолютного значения приливов и отливов, то оно зависит от того, в каком месте мы их наблюдаем. Приливный горб можно представить как огромную волну, которая кольцом опоясывает Землю и пробегает по ней. Там, где эта волна встречает на своём пути небольшие острова, она проходит через них практически без изменений, как через решето. Другое дело, когда на пути у неё оказывается широкий берег континента. Он тормозит воду, вынуждая её искать пути обхода, вода прибывает быстрее, чем убывает, и в итоге абсолютное значение прилива оказывается больше.
В некоторых местах нашей планеты из-за особенностей береговой линии бывают аномально высокие приливы и отливы. Рекордсменом в этом смысле является залив Фанди в Канаде. Там зафиксирована максимальная амплитуда изменения уровня воды между приливом и отливом — 16,3 метра! Полезно знать, что прилив, направленный на Луну, всегда несколько больше, чем тот, что с противоположной стороны, а ещё, зная фазу Луны, можно спрогнозировать, насколько быстро будет убывать и прибывать вода. Поскольку время между приливом и отливом всегда одинаковое — 6 часов 1 2 минут, а абсолютное значение больше в полнолуние и новолуние, в эти дни месяца уровень воды меняется быстрее всего.
Приливы и отливы играют ключевую в роль в природе, потому что воздействуют на самое важное пространство нашей планеты — океаны. Многие учёные связывают появление самой жизни с приливами и отливами. Возможно, прибрежная зона была естественной химической лабораторией, в которой перемешивались различные химические компоненты, рождая бесчисленные комбинации. Одна из наиболее удачных могла зажечь искру жизни.
