Если совсем коротко: приливы и отливы — это работа лунной гравитации, которой немного помогает солнечная. Луна притягивает воду океанов, но тянет её в разных точках Земли по-разному. Из-за этой разницы вода собирается в два горба — со стороны Луны и ровно напротив неё. Земля вращается под этими горбами, поэтому почти на любом берегу за сутки бывает два прилива и два отлива. Привет, это канал «Обо всём». Сегодня разберём, почему так устроено, и заодно разгоним три живучих мифа — включая самый частый, будто прилив поднимается только там, куда «смотрит» Луна.
Сначала о главном: гравитация, но хитрая
Связь приливов с тяготением установил ещё Исаак Ньютон в 1687 году: океанские приливы возникают из-за гравитационного притяжения Солнца и Луны. На первый взгляд странно — Солнце в десятки миллионов раз массивнее Луны, а приливы в основном лунные. Фокус в расстоянии. Приливная сила убывает с расстоянием гораздо быстрее, чем само притяжение, и близкая Луна в этом соревновании выигрывает у далёкого Солнца.
Цифры честно огромные. По данным NASA, Солнце примерно в 27 миллионов раз массивнее Луны, но при этом почти в 390 раз дальше. В итоге его приливная сила — чуть меньше половины лунной. Солнце влияет, и мы ещё увидим, как именно, но первую скрипку играет Луна. Кстати, это та же самая гравитация, из-за которой Луна не падает на Землю, а аккуратно вращается вокруг неё.
И сразу важная оговорка про масштаб. Раз всё дело в разнице притяжения между ближним и дальним краем тела, то чем тело крупнее, тем эта разница заметнее. Поэтому приливы хорошо видны на целом океане и совершенно неощутимы в стакане воды, в ванне или в пруду: там от края до края ничтожное расстояние, и Луна тянет всю воду практически одинаково. Приливная сила любит размах — на маленьком объёме ей попросту негде развернуться.
Почему водяных горба два, а не один
Вот тот самый «ага»-момент, ради которого стоит дочитать. Ключевое слово здесь — не «притяжение», а «разность притяжений». Луна тянет не Землю целиком одинаково, а каждую её часть со своей силой: ближняя к Луне сторона — ближе, и её тянет сильнее; центр планеты — средне; дальняя сторона — дальше, и её тянет слабее. Эту разницу между точками и называют приливной силой.
Теперь посмотрим на воду относительно центра Земли. На ближней стороне вода притягивается к Луне сильнее, чем планета в среднем, — и вспучивается в сторону Луны. На дальней стороне наоборот: там притяжение слабее среднего, и Земля как бы «уходит» из-под воды вперёд, к Луне, оставляя воду позади. Получается второй горб — с противоположной стороны. Как формулирует океанская служба NOAA, один горб образуется там, где Земля и Луна ближе всего, а второй — там, где они дальше всего друг от друга.
Запомните это ощущение: дальний горб появляется не потому, что Луна «отталкивает» воду, и не потому, что там магия. Он появляется ровно из-за того, что по телу Земли сила притяжения не одинаковая. Уберите разницу — исчезнут оба горба.
Откуда берутся два прилива в сутки
Два горба — это две области высокой воды, и они всё время держатся вдоль линии Земля–Луна. А Земля под ними вращается. За один оборот любая точка побережья проходит сначала под одним горбом, потом через «провал» между ними, потом под вторым горбом и снова через провал. Отсюда и ритм: два прилива и два отлива в сутки, каждый примерно через 12 с небольшим часов.
Почему «примерно»? Потому что пока Земля крутится, Луна тоже успевает немного сместиться по орбите. Чтобы точка снова оказалась точно под Луной, планете нужно довернуться — на это уходит около 50 лишних минут. Поэтому приливы каждый день сдвигаются вперёд почти на час, а полный «лунный день» длится не 24 часа, а примерно 24 часа 50 минут. Есть и приятная тонкость: горбы из-за трения и инерции воды держатся чуть впереди Луны, поэтому пик прилива наступает не ровно в тот миг, когда Луна над головой.
Два прилива в сутки — правило, но не закон. На части побережий из-за формы морского бассейна и наклона лунной орбиты к экватору два горба получаются разной высоты — это называют смешанным приливом. А кое-где и вовсе выходит один заметный прилив и один отлив за сутки. Это по-прежнему те же два горба: просто геометрия берега и положение Луны делают один из них почти неразличимым.
Почему приливы можно расписать на годы вперёд
Вот ещё один приятный вывод из механизма. Раз приливы рождает положение Луны и Солнца, а их движение — это чистая небесная механика, то и приливы считаются заранее. Моряки и порты пользуются таблицами приливов, где на годы вперёд расписано, во сколько будет полная и малая вода в конкретной точке. Ураган на Юпитере предсказать нельзя, а прилив в родной гавани на следующий август — запросто.
Сбивает эту «часовую» точность только погода. Сильный нагонный ветер и падение атмосферного давления во время шторма могут поднять воду выше таблицы — это штормовой нагон, и именно он опаснее всего, когда совпадает с высоким сизигийным приливом. Но астрономическую часть прилива это не отменяет: она остаётся предсказуемой, к ней лишь добавляется «погодная» поправка.
При чём тут Солнце: сизигии и квадратуры
Солнце рисует свою, более слабую пару горбов. И важно, как эти солнечные горбы складываются с лунными. Когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются в одну линию — а это новолуние и полнолуние, — их притяжения складываются, горбы усиливают друг друга, и приливы получаются особенно высокими, а отливы особенно низкими. Такие приливы называют сизигийными.
А когда Луна в первой или последней четверти, Солнце стоит к линии Земля–Луна под прямым углом. Тогда солнечный горб приходится на лунный «провал», притяжения частично мешают друг другу, и размах прилива самый скромный. Это квадратурные приливы. Так что миф «Солнце ни при чём» разбивается уже о школьный календарь фаз Луны: дважды в месяц оно заметно поднимает приливы и дважды — приглушает.
Почему где-то 16 метров, а где-то почти ноль
Если бы Земля была ровным шаром, сплошь покрытым океаном, приливные горбы поднимали бы воду всего на десятки сантиметров. Но реальную высоту прилива на берегу определяет форма дна и берега. Узкие, сужающиеся заливы работают как рупор: приливная волна вкатывается в них, отражается, попадает в резонанс — и размах вырастает в разы. Резонанс тут такой же, как у качелей: если время, за которое вода добегает до вершины залива и возвращается, близко к периоду прилива, толчки Луны попадают точно в такт — и раскачивают воду всё сильнее.
Чемпион мира по этой части — залив Фанди на востоке Канады. По версии Книги рекордов Гиннесса, наибольший средний размах сизигийного прилива там достигает 14,5 метра, а в отдельные дни разница между полной и малой водой доходит примерно до 16 метров — высота пятиэтажного дома. И наоборот: в почти замкнутых морях вроде Чёрного или Балтийского приливная волна толком не разгоняется, и прилив там измеряется сантиметрами — его легко не заметить. Так что океан — штука неоднородная не только по тому, почему вода в морях солёная, но и по тому, как в нём гуляют приливы.
Побочный эффект: Земля тормозит, а Луна отодвигается
У приливов есть продолжение, которое легко проглядеть. Вода в горбах трётся о дно и берега, а Земля своим вращением всё время тащит горбы чуть вперёд относительно линии на Луну. Это трение понемногу тормозит вращение планеты: земные сутки очень медленно удлиняются. На масштабе сотен миллионов лет разница огромная — в далёком прошлом день был заметно короче нынешних 24 часов.
А энергия вращения, которую теряет Земля, не исчезает — через гравитацию и смещённый горб она передаётся Луне и чуть-чуть поднимает её орбиту. Поэтому Луна отодвигается от нас примерно на 3,8 сантиметра в год. Это не догадка: расстояние измеряют лазером по уголковым отражателям, которые астронавты «Аполлонов» и советские «Луноходы» оставили на поверхности. Так что приливы — это не только плеск воды у берега, но и медленный космический обмен энергией между Землёй и её спутником.
Три мифа, которые пора отпустить
Миф первый: «прилив там, где Луна, и только там». Нет. Горба два, и они на противоположных сторонах планеты. Пока на одном берегу Луна поднимает воду, на обращённом к ней «затылке» Земли идёт ровно такой же прилив — за счёт дальнего горба. Именно поэтому высокая вода приходит дважды за сутки, а не один раз, когда Луна покажется над горизонтом.
Миф второй: «Солнце не влияет». Влияет, просто вдвое слабее Луны. Именно наложение солнечных и лунных горбов даёт разницу между большими сизигийными приливами в новолуние и полнолуние и скромными квадратурными — в четвертях.
Миф третий: «Луна поднимает весь океан, как магнит железку». Тоже мимо. Луна не подхватывает воду целиком вверх — она тянет разные части Земли по-разному, и приливы рождает именно эта разница сил. По той же причине дальний горб — не «отталкивание»: Луна ничего не отталкивает. Гравитация вообще вещь куда более тонкая, чем бытовая картинка «притянуло — подняло»: физики до сих пор спорят о самой её природе.
Коротко
Приливы — это гравитация Луны и, слабее, Солнца. Работает не само притяжение, а его разность по телу Земли: ближнюю сторону тянет сильнее, дальнюю слабее, поэтому водяных горба два — к Луне и напротив. Земля вращается под ними, отсюда два прилива и два отлива в сутки, примерно каждые 12,5 часа. В новолуние и полнолуние Солнце и Луна складываются (высокие сизигийные приливы), в четвертях — мешают (слабые квадратурные). А конкретная высота у берега зависит от формы залива: от сантиметров в закрытых морях до почти 16 метров в заливе Фанди.
Пока нет комментариев