Почему импульс передается Луне?

Скорость вращения Земли очень постепенно замедляется. В краткосрочной перспективе скорость вращения Земли изменяется несколько хаотично, то ускоряясь, то замедляясь. Эти краткосрочные изменения связаны с передачей углового момента между различными компонентами Земли. Долгосрочные вековые изменения скорости вращения Земли связаны с приливными взаимодействиями между Землей, Солнцем и Луной.

Замедление скорости вращения Земли означает уменьшение углового момента. Поскольку угловой момент является сохраняющейся величиной, этот потерянный угловой момент не исчезает просто так. Его нужно перевести на что-то другое. Этим чем-то еще являются два тела, ответственные за замедление скорости вращения Земли, а именно Луна и Солнце, в основном Луна.

Учебник объясняет это приливной выпуклостью Земли.

Ньютон объяснил приливы, отметив, что приливная сила направлена ​​от центра Земли вдоль оси, соединяющей центр масс Земли и Луны, и направлена ​​внутрь к центру Земли по большому кругу, нормальному к этой оси.

Ньютон рассудил, что эта сила должна заставить земные океаны выпячиваться наружу вдоль этой осевой линии и втягиваться внутрь по той окружности, где приливная сила направлена ​​внутрь. Эта равновесная теория приливов дает хорошее и простое объяснение передачи углового момента от вращения Земли к орбите Луны. Луна немного тянет приливную выпуклость вперед. Эта внеосевая приливная выпуклость на Земле, в свою очередь, приводит к тангенциальной составляющей силы гравитационного притяжения Земли на Луне в направлении скорости Луны.

То же самое происходит, когда ракета на круговой орбите запускает двигатели против вектора скорости. Ракета ускоряется вперед, но при этом переходит на более высокую орбиту, где замедляется. То же самое происходит и с Луной. Это непрерывное ускорение вперед очень постепенно поднимает Луну на все более высокую орбиту.

Это очень медленный процесс. В настоящее время Луна удаляется от Земли со скоростью примерно 3,8 сантиметра в год, и это медленное сползание аномально велико. Долгосрочная скорость, основанная на различных записях окаменелостей, составляет около 1,7 см / год за последние 2–3 миллиарда лет.

В этой модели есть один недостаток: теория приливов Ньютона ложна. Хотя Ньютон разработал правильную модель приливной силы, его статическая модель приливов просто неверна. Нет никакой ньютоновской приливной выпуклости. Не может быть по ряду причин.

Более того, ньютоновская равновесная теория приливов опровергается наблюдениями за приливами. Рассмотрим Северное море. Согласно теории равновесия Ньютона, в Северном море будет два прилива в день: один, когда Луна находится в зените, а другой, когда она находится в надире. Поскольку Северное море довольно маленькое, эти приливы должны происходить более или менее в одно и то же время по всему Северному морю. Это не то, что происходит. В любое время суток где-то в Северном море всегда прилив, где-то отлив. То же самое касается Патагонии, Новой Зеландии и некоторых других мест на Земле.

Лаплас разработал правильную теорию приливов. Динамическая теория приливов Лапласа учитывает именно то, что говорит о том, почему ньютоновская приливная выпуклость не может существовать. Вместо приливной выпуклости океаны состоят из ряда амфидромных систем. В океанах есть несколько амфидромных точек, где приливов почти нет. Приливы вращаются вокруг этих амфидромных точек. В Северном море есть три таких точки, что объясняет, почему приливы в Северном море так смехотворно сложны.

Итак, если ньютоновская равновесная теория приливов и его приливная выпуклость ложны, то чем объясняется передача импульса? Взаимодействия на побережьях приводят к асимметрии вращения вокруг этих амфидромных точек. Чистый эффект этих асимметрий состоит в том, чтобы вызвать тангенциальную составляющую в гравитационном ускорении Луны.

Это не «чистая приливная выпуклость». Приливной выпуклости нет. Эти амфидромные системы являются результатом геометрии океанов и невозможности приливной выпуклости. Геометрия океанов сильно изменилась за века. В настоящее время существуют два огромных сухопутных барьера между севером и югом, которые препятствуют приливам: Америка в западном полушарии и Афро-Евразия в восточном полушарии. Эта конфигурация является причиной нынешних аномальных темпов рецессии. Приливы имели гораздо более свободное течение в другие периоды истории Земли, например, когда континенты Земли были организованы как единый суперконтинент. Темпы рецессии в эти периоды были аномально низкими.

использованная литература

Ламбек, « Приливная диссипация в океанах: астрономические, геофизические и океанографические последствия », Фил. Транс. Р. Соц. Лонд. А 287: 1347 (1977)

Праудман и Дудсон, « Основная составляющая приливов Северного моря », Фил. Транс. Р. Соц. Лонд. А , 224 (1924).

Томпсон, « Динамика приливов: динамическая теория приливов », конспект лекций для Ocean 420 в Univ. Вашингтона.

Воталь, « Приливы и их происхождение », конспекты лекций по геологии 161 в Оберлин-колледже.