Читать книгу "Наука Плоского мира - Терри Пратчетт"

Форма, которую принимает вода под воздействием всех этих сил, определяется свойствами жидкости. В нормальных обстоятельствах поверхность воды горизонтальна, ведь в противном случае вода, расположенная выше, просто стечет вниз. То же самое происходит и под воздействием дополнительных сил: поверхность воды располагается под прямым углом к точному направлению объединенных сил.

Если рассмотреть в деталях все три силы, то станет понятно, что вода принимает форму элипсоида, форма которого близка к форме сферы, но слегка вытянутой, причем вытянется она в направлении Луны. Центр элипсоида совпадает с центром Земли, то есть вода «встает на дыбы» не только на ближнем к Луне полушарии, но и на противоположном. Такое изменение формы только частично обусловлено влиянием лунной гравитации, притягивающей к себе близкорасположенную воду. В действительности движение происходит по большей части в стороны, а не вверх. Эти сторонние силы выталкивают воду в одни области Мирового океана, забирая ее в других. Общий эффект почти незаметен, поверхность воды поднимается и опускается всего на 18 дюймов (50 см).

Побережье, где море встречается с сушей, создает гораздо большие приливно-отливные движения. Бо́льшая часть воды движется вдоль (а не вверх), и ее движение обусловлено формой побережья. В некоторых местах вода попадает в узкие проливы и поднимается там намного выше, чем в других. Именно это происходит в заливе Фанди. Эффект усиливается тем, что прибрежные воды неглубоки, и вся энергия, перемещающая воду, концентрируется в тонком ее слое, создавая быстрые и хорошо заметные движения.

Теперь вернем в нашу модель Солнце. Его воздействие такое же, как и Луны, только вдвое слабее. Когда Солнце и Луна выстраиваются в одну линию с Землей (если они находятся по одну сторону Земли, то у нас будет новолуние, если по разные – полнолуние), их гравитационное воздействие увеличивается. Это приводит к так называемому сизигийному приливу, когда прилив намного выше обычного, а отлив – ниже. Несмотря на то, что в английском языке подобный прилив называется «весенним», ничего общего со временем года он не имеет. Когда же Солнце и Луна образуют прямой угол с Землей, мы видим половинку Луны, сила притяжения Солнца частично компенсируется. Возникает так называемый квадратурный прилив, при котором приливы и отливы меньше обычных. (Намека на существование квадратурного времени года тоже, вероятнее всего, нет.)

Таким образом, если учесть все эти эффекты и вспомнить о прошлых приливах, можно предсказывать время высоких и низких приливов, а также высоту подъема воды в любом месте Земли.

Процессы, аналогичные приливам, наблюдаются и в земной атмосфере, и на суше (в первом случае – больше, во втором – меньше). Приливные эффекты возникают и на других объектах в Солнечной системе и за ее пределами. Считается, что спутник Юпитера Ио, поверхность которой в основном состоит из серы и где имеются многочисленные вулканы, нагревается в результате повторяющегося сжатия приливными силами Юпитера.

В середине 90‑х годов Жак Ласкар открыл еще одно воздействие Луны на Землю: стабилизацию земной оси. Земля вращается как волчок, и в каждый конкретный момент через ее центр можно провести прямую, вокруг которой она вращается. Эта прямая называется осью. Земная ось ориентирована наклонно относительно плоскости ее вращения вокруг Солнца. Именно этот наклон вызывает смену времен года. Временами Северный полюс оказывается ближе к Солнцу, чем Южный, а через полгода они меняются местами. Когда северный конец оси наклонен в сторону Солнца, на Северное полушарие попадает больше солнечного света, чем на Южное, то есть на севере наступает лето, а на юге – зима. Шесть месяцев спустя, когда ось наклоняется в другую сторону относительно Солнца, времена года меняются.

В течение существенно более длительных периодов времени земная ось получает новую ориентацию. Вроде того, как раскачивается крутящийся волчок, при раскачивании Земли примерно за 26 тысяч лет ее ось делает полный оборот. При этом ось всегда сохраняет наклон в 23° к плоскости, перпендикулярной орбите. Это медленное движение называется прецессией, и оно оказывает небольшое влияние на смену времен года: за те самые 26 тысяч лет она смещается на один год. В общем, ничего особенного, учитывая, что большинство других планет, кроме того, меняют угол к плоскости орбиты. Например, Марс, похоже, меняет угол наклона на 90° каждые 10–20 миллионов лет, что вызывает резкие изменения климата на нем.

Предположим, что ось планеты находится под прямым углом к плоскости ее орбиты. В этом случае смены времен года не будет вообще, и везде, за исключением полюсов, день будет равен ночи. Теперь наклоните немного ось, и тут же появятся смены времен года, а дни станут длиннее летом и короче зимой. Предположим, что ось наклонена на 90°, так что в какой-то момент Северный полюс указывает прямо на Солнце. Полгода спустя на него будет направлен Южный полюс. На обоих полюсах день и ночь будут длиться по шесть месяцев, а смена времен года – совпадать со сменой дня и ночи. Полушария планеты поочередно то полгода поджариваются на Солнце, то замораживаются. Хотя жизнь и может сохраниться в таких условиях, но вопрос о возможности ее возникновения встает ребром. Живые организмы оказались бы чересчур уязвимы для резких перепадов климата, вулканической активности и падений метеоритов.

В течение очень длительных периодов времени, намного превышающих цикл прецессии, земная ось может изменять угол своего наклона, но даже за сотни миллионов лет угол остается почти одинаковым. Почему? Согласно расчетам Ласкара, устойчивость земной оси поддерживается Луной. Так что вполне можно полагать, что жизнь на Земле многим обязана ее небесной сестрице, даже если некоторых она и сводит с ума.

Еще одно воздействие Луны было открыто в 1998 году. Оказалось, что существует четкая связь между приливами и скоростью роста деревьев. Эрнест Цюрхер и Мария‑Джулия Кантиани измеряли диаметры стволов молодых елей, выращенных в теплицах при постоянном освещении. За период наблюдений они изменялись синхронно приливам. Ученые объяснили этот феномен воздействием лунной гравитации на перемещение соков в стволе. Объяснить подобные колебания влиянием лунного света на процесс фотосинтеза нельзя, так как деревья выращивались при искусственном освещении. Эффект может быть аналогичен тому, который происходит с существами, живущими на берегу моря. Эволюционируя в таком месте, они учатся реагировать на приливы. Эволюция достигает этого путем возникновения внутренней динамики, идущей в ногу с приливами. Если вы перенесете такое существо в лабораторные условия, его внутренняя динамика продолжит следовать за приливами.

Луна выполняет еще одну важную роль. Вавилоняне и древние греки уже знали, что Луна – это шар, потому что смена фаз видна невооруженным взглядом, а небольшие отклонения позволяют людям видеть даже больше, чем половину поверхности Луны. Именно ее большой шар, висящий в небе, а отнюдь не солнечный диск, подсказал нам, что такие «большие шары в небе» куда лучше подходят для описания Земли и ее соседей, чем какие-нибудь «небесные огоньки».

Правда, все это очень далеко и от констебля Ангвы, и даже от женского менструального цикла, однако показывает нам, насколько мы с вами связаны со Вселенной. То, что находится Там Наверху, действительно влияет на нас, находящихся Здесь Внизу, и мы продолжаем чувствовать это всю нашу жизнь.