Почему луна отдаляется. На какое максимальное расстояние Луна может удалиться от Земли? Чем так необходима Луна для Земли

МОСКВА, 22 июн - РИА Новости. Предположения, что Луна в будущем может покинуть орбиту спутника Земли, противоречит постулатам небесной механики, заявляют опрошенные РИА Новости российские астрономы.

Ранее многие интернет-СМИ со ссылкой на слова гендиректора "космического" ЦНИИ машиностроения Геннадия Райкунова сообщили, что в будущем Луна может покинуть Землю и стать самостоятельной планетой, двигающейся по собственной орбите вокруг Солнца. По словам Райкунова, таким образом Луна может повторить судьбу Меркурия, который, согласно одной из гипотез, в прошлом был спутником Венеры. В результате, по мнению гендиректора ЦНИИмаша, условия на Земле могут стать похожими на венерианские и будут непригодны для жизни.

"Это звучит как какой-то бред", - сказал РИА Новости Сергей Попов, научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ (ГАИШ).

По его словам, Луна действительно удаляется от Земли, но очень медленно - со скоростью около 38 миллиметров в год. "За несколько миллиардов лет период обращения Луны просто вырастет в полтора раза, и все", - сказал Попов.

"Луна не может совсем уйти. Ей негде взять энергию для того, чтобы сбежать", - отметил он.

Пятинедельные сутки

Другой сотрудник ГАИШ Владимир Сурдин сообщил, что процесс удаления Луны от Земли не будет бесконечным, в конечном счете он сменится приближением. "Утверждение "Луна может покинуть орбиту Земли и превратиться в планету" неверно", - сказал он РИА Новости.

По его словам, удаление Луны от Земли под влиянием приливов вызывает постепенное уменьшение скорости вращения нашей планеты, а скорость ухода спутника будет постепенно снижаться.

Примерно через 5 миллиардов лет радиус лунной орбиты достигнет максимального значения - 463 тысячи километров, а продолжительность земных суток составит 870 часов, то есть пять современных недель. В этот момент скорости вращения Земли вокруг оси и Луны по орбите станут равными: Земля будет смотреть на Луну одной стороной, так же, как Луна сейчас смотрит на Землю.

"Казалось бы, приливное трение (торможение собственного вращения под действием лунной гравитации) при этом должно исчезнуть. Однако солнечные приливы будут продолжать тормозить Землю. Но теперь уже Луна будет опережать вращение Земли и приливное трение начнет тормозить ее движение. В результате Луна станет приближаться к Земле, правда, очень медленно, так как сила солнечных приливов невелика", - сказал астроном.

"Такую картину рисуют нам небесно-механические расчеты, оспаривать которые сегодня никто, я думаю, не станет", - отметил Сурдин.

Потеря Луны не превратит Землю в Венеру

Даже если Луна исчезнет, это не превратит Землю в копию Венеры, заявил РИА Новости заведующий лабораторией сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского РАН Александр Базилевский.

"На условиях на поверхности Земли уход Луны мало скажется. Не будет приливов и отливов (они в основном, лунные) и ночи будут безлунными. Переживем", - сказал собеседник агентства.

"По пути Венеры, с жутким разогревом, Земля может пойти из-за нашей глупости - если доведем ее выбросами парниковых газов до уж очень сильного разогрева. Да и то не уверен, что нам удастся так необратимо испоганить наш климат", - сообщил ученый.

По его словам, гипотеза, что Меркурий был спутником Венеры, а потом ушел с орбиты спутника и стал самостоятельной планетой, действительно выдвигалась. В частности, об этом в 1976 году, в статье, опубликованной в журнале Icarus, писали американские астрономы Томас ван Фландерн (Thomas van Flandern) и Роберт Харрингтон (Robert Harrington).

"Расчеты показали, что это возможно, что, однако, не доказывает, что так оно и было", - сказал Базилевский.

В свою очередь Сурдин отмечает, что "более поздние работы практически отвергли ее (эту гипотезу)".

Сейчас Луна удаляется от Земли. Но когда день и месяц сравняются, начнёт приближаться. Упадёт Луна на Землю или нет?

Какое будущее у системы Земля-Луна? Если экстраполировать современные данные о скорости удаления Луны, то можно сделать такой вывод. Продолжительность суток и месяца будет всё время увеличиваться. При этом сутки будут расти быстрее, чем месяц, и в отдалённом будущем они сравняются. В результате Луна будет всегда видна только с одной стороны Земли.

Система, в которой планета и спутник всё время «смотрят» друг на друга одной и той же стороной, уже есть в Солнечной системе. Это Плутон и Харон. Это самое устойчивое состояние в системе ДВУХ тел. Но Земля находится значительно ближе к Солнцу. Приливные силы со стороны Солнца также тормозят вращение Земли: амплитуда солнечных приливов всего в два с небольшим раза меньше лунных. Поэтому после того, как Земля и Луна будут вращаться синхронно, Солнце будет продолжать тормозить вращение Земли. Земля начнёт вращаться вокруг своей оси МЕДЛЕННЕЕ, чем Луна по орбите. И это означает, что Луна будет находиться НИЖЕ синхронной орбиты. Следовательно, она начнёт падать на Землю.

Закончится ли всё это грандиозной катастрофой в истории Земли?

Хороший сценарий для фильма ужасов: Луна приближается всё ближе, и остановить её невозможно. Ведь если спутник оказывается ниже синхронной орбиты, то начинается его необратимое падение. Или нет?

Спутник, находящийся ниже синхронной орбиты, «упадёт» на планету, а, находящийся выше – «улетит» от неё. Правда, здесь есть существенное уточнение. Это произойдет только при условии, что скорость вращения планеты будет оставаться постоянной. Для маленьких спутников это так. А для больших? При какой массе спутника его уже можно считать большим?

Ответ прост: если орбитальный момент импульса спутника сравним по величине с собственным моментом импульса планеты. В этом случае удаление или приближение спутника будет существенно изменять скорость вращения планеты.

Простой расчёт показывает, что в системе Земля-Луна бОльшая часть общего момента импульса приходится именно на Луну, а не на Землю. Действительно, момент импульса Земли равен:

Здесь I = 0,33 – безразмерный момент инерции Земли, M – её масса, R – экваториальный радиус, V – линейная скорость на экваторе.

Орбитальный момент Луны равен:

Здесь m – масса Луны, r – средний радиус её орбиты, v – орбитальная скорость.

Масса Луны в 80 раз меньше Земли, её орбитальный радиус в 60 раз больше радиуса Земли, а орбитальная скорость (1 км/сек) больше экваториальной скорости вращения Земли (500 м/сек) в 2 раза. Следовательно, орбитальный момент Луны примерно в четыре раза превосходит момент вращения Земли. Поэтому Луна, ни при каких условиях, упасть на Землю не сможет, даже если в отдалённом будущем она окажется на синхронной орбите.

В качестве примера предположим, что Луна находится на современной орбите, а Земля вообще не вращается вокруг своей оси. В этом случае кинетическая энергия будет передаваться от Луны к Земле. Земля постепенно начнёт вращаться, а Луна будет приближаться к ней: падать на Землю. Но не упадёт.

Насколько Луна приблизится к Земле?

Орбитальный момент импульса пропорционален радиусу орбиты и скорости. Орбитальная скорость обратно пропорциональна корню квадратному из радиуса. Поэтому орбитальный момент пропорционален корню квадратному из радиуса. Если радиус орбиты уменьшится на два процента, то момент уменьшится на один процент. И этот процент в силу сохранения передастся Земле. Учитывая, что современный период вращения Земли в одни сутки соответствует 25 процентам лунного орбитального момента, то одному проценту будет соответствовать период в 25 суток. Этот период будет короче лунного месяца, который в силу третьего закона Кеплера уменьшится только на три процента и составит примерно 28 дней. То есть Земля будет вращаться БЫСТРЕЕ, чем Луна. Следовательно, Луна НЕ сможет приблизиться к Земле даже на 2 процента, а приблизится чуть меньше.

Будущее системы Земля-Луна в общих чертах такое.

Сначала Луна будет продолжать удаляться от Земли, получая от неё момент импульса. Но момента импульса у Земли осталось не так много – 25% от орбитального момента импульса Луны. Поэтому максимум, что может получить Луна – это увеличить свой момент импульса на 25%. Радиус её орбиты при этом возрастёт в 1,5 раза (1,25 в квадрате). А лунный месяц увеличится примерно 2 раза (по Третьему закону Кеплера нужно 1,5 возвести в степень 3/2) и составит 60 дней. Соответственно, земные сутки также возрастут до 60 дней. Это МАКСИМАЛЬНОЕ расстояние, на которое Луна может удалиться от Земли.

Сколько времени понадобится Луне, чтобы отойти от Земли на это расстояние (половина радиуса её современной орбиты)?

Расстояние до луны 380 тыс. км, скорость удаления 3,8 см/год. Нетрудно подсчитать, что половину радиуса Луна пройдёт за пять миллиардов лет, если будет удаляться с постоянной скоростью. Но скорость удаления будет постепенно уменьшаться. Так что придётся накинуть ещё несколько миллиардов лет.

Что будем потом?

Солнце продолжит тормозить вращение Земли (солнечные приливы).

Но как только вращение Земли замедлится, Луна чуть-чуть приблизится и вращение снова ускорится. Солнце опять его затормозит, а Луна снова приблизится и ускорит и так далее. Земле в каком-то смысле повезло с Луной. В пору своей молодости, когда наша планета вращалась очень быстро, она передала свой импульс Луне и таким образом сохранила его. Ведь под действием лунных приливов момент импульса Земли не теряется, а только перераспределяется в системе Земля-Луна. А под действием более слабых солнечных приливов теряется. Но эти приливы могут забрать момент импульса только у Земли. Но уже давно основная часть момента импульса системы Земля-Луна сосредоточена в орбитальном движении Луны. И солнечные приливы ничего сделать с ним не могут. Земля отдала львиную долю своего вращения Луне, и там эта доля пребывает в целости и сохранности. А спустя многие миллиарды лет Луна будет постепенно возвращать вращение Земле.

В каждый данный момент времени Луна находится не ближе 361 000 и не дальше 403 000 километров от Земли. Расстояние от Луны до Земли меняется, потому что Луна вращается вокруг Земли не по окружности, а по эллипсу. Кроме того, Луна мало – помалу удаляется от Земли в среднем на 5 сантиметров в год. Люди уже много столетий наблюдают понемногу уменьшающуюся Луну. Может наступить такой день, когда Луна оторвется от Земли и улетит в космос, став самостоятельным небесным телом. Но этого может и не случиться. Баланс гравитационных сил крепко держит Луну на околоземной орбите.

Интересный факт: Луна ежегодно удаляется от Земли приблизительно на 5 сантиметров.

Почему Луна удаляется от Земли?

Любое движущееся тело хочет по инерции продолжить свой путь по прямой линии. Движущееся по окружности тело стремится сорваться с круга и полететь по касательной к нему. Это стремление оторваться от оси вращения называется центробежной силой. Вы ощущаете центробежную силу в детском парке, катаясь на скоростных качелях, или при езде на автомобиле, когда он круто сворачивает и вас прижимает к дверце.

Слово «центробежный» означает «бегущий от центра». Луна тоже стремится последовать этой силе, но ее удерживает на орбите сила земного тяготения. Луна остается на орбите, потому что центробежная сила уравновешена силой земной гравитации. Чем ближе к планете находится ее спутник, тем быстрее он вращается вокруг нее.

Интересный факт: Луна ежегодно удаляется от Земли приблизительно на 5 сантиметров.