Měsíc je satelitem naší planety, který od nepaměti přitahuje pohledy vědců i zvědavců. Ve starověkém světě jí astrologové i astronomové věnovali působivá pojednání. Básníci za nimi nezůstali pozadu. Dnes se v tomto smyslu změnilo jen málo: dráhu Měsíce, rysy jeho povrchu a vnitřku astronomové pečlivě zkoumají. Sestavovatelé horoskopů z ní také nespouštějí oči. Vliv družice na Zemi zkoumají oba. Astronomové studují, jak interakce dvou kosmických těles ovlivňuje pohyb a další procesy každého z nich. Během studia Měsíce se znalosti v této oblasti výrazně zvýšily.
Původ
Podle vědců vznikly Země a Měsíc přibližně ve stejnou dobu. Obě tělesa jsou stará 4,5 miliardy let. Existuje několik teorií o původu satelitu. Každý z nich vysvětluje určité rysy Měsíce, ale ponechává několik nevyřešených otázek. Teorie obří srážky je dnes považována za nejblíže pravdě.
Podle hypotézy se planeta podobná velikosti Marsu srazila s mladou Zemí. Dopad byl tangenciální a způsobil uvolnění do vesmíru většiny hmoty tohoto vesmírného tělesa a také určitého množství pozemského „materiálu“. Z této hmoty vznikl nový objekt. Poloměr oběžné dráhy Měsíce byl původně šedesát tisíc kilometrů.
Hypotéza obří srážky dobře vysvětluje mnoho vlastností struktury a chemického složení satelitu, většinu charakteristik systému Měsíc-Země. Vezmeme-li však za základ teorii, zůstávají některá fakta stále nepochopitelná. Nedostatek železa na satelitu lze tedy vysvětlit pouze tím, že v době srážky došlo na obou tělesech k diferenciaci vnitřních vrstev. K dnešnímu dni neexistuje žádný důkaz, že k něčemu takovému došlo. A přesto, navzdory takovým protiargumentům, je hypotéza obrovského dopadu považována za hlavní na celém světě.
Parametry
Měsíc, stejně jako většina ostatních satelitů, nemá atmosféru. Byly nalezeny pouze stopy kyslíku, helia, neonu a argonu. Povrchová teplota v osvětlených a tmavých oblastech je tedy velmi rozdílná. Na slunečné straně může vystoupat na +120 ºС a na temné straně může klesnout až na -160 ºС.
Průměrná vzdálenost mezi Zemí a Měsícem je 384 000 km. Tvar satelitu je téměř dokonalá koule. Rozdíl mezi rovníkovým a polárním poloměrem je malý. Jsou 1738,14 a 1735,97 km.
Úplná revoluce Měsíce kolem Zemětrvá něco málo přes 27 dní. Pohyb družice po obloze je pro pozorovatele charakterizován změnou fází. Doba od jednoho úplňku k druhému je poněkud delší než uvedené období a je přibližně 29,5 dne. Rozdíl vzniká, protože Země a satelit se také pohybují kolem Slunce. Měsíc musí ujet o něco více než jeden kruh, aby se vrátil do své původní polohy.
Soustava Země-Měsíc
Měsíc je satelit, poněkud odlišný od jiných podobných objektů. Jeho hlavním rysem v tomto smyslu je jeho hmotnost. Odhaduje se na 7,351022 kg, což je přibližně 1/81 stejného parametru Země. A pokud samotná hmota není ve vesmíru něčím neobvyklým, pak je její vztah k charakteristikám planety atypický. Hmotnostní poměr v systémech satelit-planeta je zpravidla poněkud menší. Podobným poměrem se může pochlubit pouze Pluto a Charon. Tato dvě vesmírná tělesa se před časem začala charakterizovat jako systém dvou planet. Zdá se, že toto označení platí i v případě Země a Měsíce.
Měsíc na oběžné dráze
Satelit provede jednu otáčku kolem planety vzhledem ke hvězdám za hvězdný měsíc, která trvá 27 dní, 7 hodin a 42,2 minuty. Dráha Měsíce má eliptický tvar. V různých obdobích se satelit nachází buď blíže k planetě, nebo dále od ní. Vzdálenost mezi Zemí a Měsícem se mění z 363 104 na 405 696 kilometrů.
Se satelitní trajektoriíještě jeden důkaz je spojen ve prospěch předpokladu, že Zemi s družicí je nutno považovat za systém sestávající ze dvou planet. Dráha Měsíce se nenachází v blízkosti rovníkové roviny Země (jak je typické pro většinu satelitů), ale prakticky v rovině rotace planety kolem Slunce. Úhel mezi ekliptikou a dráhou satelitu je mírně větší než 5º.
Oběh Měsíce kolem Země je ovlivněn mnoha faktory. V tomto ohledu není určení přesné trajektorie satelitu snadný úkol.
Trocha historie
Teorie vysvětlující, jak se Měsíc pohybuje, byla založena v roce 1747. Autorem prvních výpočtů, které vědcům přiblížily pochopení rysů dráhy družice, byl francouzský matematik Clairaut. Potom, ve vzdáleném osmnáctém století, byla revoluce Měsíce kolem Země často uváděna jako argument proti Newtonově teorii. Výpočty provedené pomocí zákona univerzální gravitace se značně lišily od zdánlivého pohybu satelitu. Clairaut tento problém vyřešil.
Problematikou se zabývali tak známí vědci jako d'Alembert a Laplace, Euler, Hill, Puiseux a další. Moderní teorie revoluce měsíce ve skutečnosti začala prací Browna (1923). Výzkum britského matematika a astronoma pomohl odstranit nesrovnalosti mezi výpočty a pozorováním.
Není to snadný úkol
Pohyb Měsíce se skládá ze dvou hlavních procesů: rotace kolem své osy a oběhu kolem naší planety. Nebylo by tak těžké odvodit teorii vysvětlující pohyb družice kdybyjeho oběžná dráha nebyla ovlivněna různými faktory. To je přitažlivost Slunce a rysy tvaru Země a gravitační pole jiných planet. Takové vlivy narušují oběžnou dráhu a předpovídají přesnou polohu Měsíce v určitém období se stává obtížným úkolem. Abychom pochopili, o co tady jde, zastavme se u některých parametrů oběžné dráhy satelitu.
Vzestupný a sestupný uzel, řada apsid
Jak již bylo zmíněno, oběžná dráha Měsíce je nakloněna k ekliptice. Dráhy dvou těles se protínají v bodech nazývaných vzestupné a sestupné uzly. Jsou umístěny na opačných stranách oběžné dráhy vzhledem ke středu systému, tedy k Zemi. Pomyslná čára, která spojuje tyto dva body, se nazývá čára uzlů.
Satelit je nejblíže naší planetě v bodě perigea. Maximální vzdálenost odděluje dvě vesmírná tělesa, když je Měsíc ve svém apogeu. Čára spojující tyto dva body se nazývá čára apsid.
Poruchy oběžné dráhy
V důsledku vlivu velkého množství faktorů na pohyb satelitu se ve skutečnosti jedná o součet několika pohybů. Zvažte nejnápadnější ze vznikajících poruch.
První je regrese uzlových linií. Přímka spojující dva průsečíky roviny lunární oběžné dráhy a ekliptiky není pevně na jednom místě. Pohybuje se velmi pomalu opačným směrem (proto se tomu říká regrese) než je pohyb satelitu. Jinými slovy, rovina oběžné dráhy Měsíceotáčí se v prostoru. Jedno úplné otočení jí trvá 18,6 roku.
Pohybuje se i řada apsid. Pohyb přímky spojující apocentrum a periapsis je vyjádřen rotací orbitální roviny ve stejném směru, ve kterém se pohybuje Měsíc. To se děje mnohem rychleji než v případě řady uzlů. Úplný obrat trvá 8, 9 let.
Na oběžné dráze Měsíce navíc dochází ke kolísání určité amplitudy. Postupem času se úhel mezi jeho rovinou a ekliptikou mění. Rozsah hodnot je od 4°59' do 5°17'. Stejně jako v případě řady uzlů je období takových výkyvů 18,6 let.
Konečně, oběžná dráha Měsíce mění svůj tvar. Trochu se natáhne a poté se vrátí do původní konfigurace. Zároveň se excentricita oběžné dráhy (míra odchylky jejího tvaru od kružnice) změní z 0,04 na 0,07. Změny a návrat do původní polohy trvá 8,9 roku.
Není to tak jednoduché
Ve skutečnosti těch čtyř faktorů, které je třeba při výpočtech vzít v úvahu, není tolik. Nevyčerpávají však všechny poruchy oběžné dráhy satelitu. Ve skutečnosti je každý parametr pohybu Měsíce neustále ovlivňován velkým množstvím faktorů. To vše komplikuje úkol předpovědět přesnou polohu satelitu. A zohlednění všech těchto parametrů je často tím nejdůležitějším úkolem. Například výpočet trajektorie Měsíce a jeho přesnost ovlivňuje úspěšnost mise kosmické lodi, která k němu byla vyslána.
Vliv Měsíce na Zemi
Satelit naší planety je relativně malý, ale jeho dopad je dobrýnápadně. Snad každý ví, že právě Měsíc tvoří příliv a odliv na Zemi. Zde musíme okamžitě provést rezervaci: Slunce způsobuje také podobný efekt, ale vzhledem k mnohem větší vzdálenosti je slapový efekt hvězdy málo patrný. Kromě toho je změna hladiny vody v mořích a oceánech také spojena se zvláštnostmi rotace samotné Země.
Gravitační vliv Slunce na naši planetu je asi dvěstěkrát větší než u Měsíce. Slapové síly však primárně závisí na nehomogenitě pole. Vzdálenost oddělující Zemi a Slunce je vyhlazuje, takže účinek Měsíce blízko nás je silnější (dvakrát tak významný než v případě svítidla).
Na té straně planety, která je aktuálně obrácena k noční hvězdě, se tvoří přílivová vlna. Na opačné straně je také příliv. Pokud by Země stála, pak by se vlna pohybovala ze západu na východ, přesně pod Měsícem. Jeho úplná revoluce by byla dokončena za 27 lichých dní, tedy za hvězdný měsíc. Doba rotace Země kolem své osy je však o něco méně než 24 hodin. V důsledku toho vlna probíhá po povrchu planety z východu na západ a jednu rotaci dokončí za 24 hodin a 48 minut. Protože se vlna neustále setkává s kontinenty, posouvá se dopředu ve směru pohybu Země a předbíhá družici planety ve svém běhu.
Smazání oběžné dráhy Měsíce
Přílivová vlna způsobuje pohyb obrovské masy vody. To přímo ovlivňuje pohyb satelitu. Impozantní částHmota planety je posunuta z čáry spojující těžiště dvou těles a přitahuje Měsíc k sobě. Výsledkem je, že satelit zažije moment síly, který zrychlí jeho pohyb.
Současně kontinenty běžící na přílivové vlně (pohybují se rychleji než vlna, protože Země rotuje vyšší rychlostí než Měsíc), zažívají sílu, která je zpomaluje. To vede k postupnému zpomalování rotace naší planety.
V důsledku slapové interakce dvou těles a také působením zákonů zachování energie a momentu hybnosti se satelit přesune na vyšší oběžnou dráhu. To snižuje rychlost Měsíce. Na oběžné dráze se začíná pohybovat pomaleji. Něco podobného se děje se Zemí. Zpomaluje se, což má za následek postupné prodlužování délky dne.
Měsíc se vzdaluje od Země přibližně o 38 mm za rok. Studie paleontologů a geologů potvrzují výpočty astronomů. Proces postupného zpomalování Země a odstraňování Měsíce začal přibližně před 4,5 miliardami let, tedy od okamžiku, kdy se obě tělesa vytvořila. Údaje výzkumníků podporují předpoklad, že dříve byl lunární měsíc kratší a Země rotovala vyšší rychlostí.
Přílivová vlna se vyskytuje nejen ve vodách oceánů. Podobné procesy probíhají jak v plášti, tak v zemské kůře. Jsou však méně nápadné, protože tyto vrstvy nejsou tak tvárné.
Recese Měsíce a zpomalení Země nebudou navždy. Nakonec se doba rotace planety bude rovnat periodě rotace satelitu. Měsíc se bude „vznášet“nad jednou oblastípovrchy. Země a satelit budou vždy natočeny stejnou stranou k sobě. Zde je vhodné připomenout, že část tohoto procesu již byla ukončena. Právě slapová interakce vedla k tomu, že na obloze je vždy vidět stejná strana Měsíce. Ve vesmíru existuje příklad systému, který je v takové rovnováze. Ty se již nazývají Pluto a Charon.
Měsíc a Země jsou v neustálé interakci. Nelze říci, které z těles má větší vliv na to druhé. Oba jsou přitom vystaveni slunci. Významnou roli hrají i jiná, vzdálenější, vesmírná tělesa. Při zohlednění všech těchto faktorů je poměrně obtížné přesně sestavit a popsat model pohybu satelitu na oběžné dráze kolem naší planety. Obrovské množství nashromážděných znalostí a také neustále se zdokonalující vybavení však umožňuje kdykoli více či méně přesně předpovídat polohu družice a předpovídat budoucnost, která čeká každý objekt jednotlivě a systém Země-Měsíc jako celý.
