Луна vs Земля: что если бы Луна упала на Землю24.01.2022 15:33

Когда мы смотрим в ночное небо, первое, что мы ищем глазами, — это Луна. Она настолько привычна, что мы даже не задумываемся о том, насколько большую роль она играет в жизни обитателей нашей планеты. Не думаем и том, сколько разрушений она может принести, если с ней что-либо произойдет — например, если она начнет быстро приближаться к Земле. Представьте, как на закате из-за горизонта восходит не тонкий месяц, а огромная красная Луна, закрывающая полнеба. Именно о таком развитии событий рассказывается в «Падении Луны» — новом фильме режиссера Роланда Эммериха, подарившего нам культовые фильмы-катастрофы «День независимости», «Послезавтра» и »2012». Фильм выйдет в кинотеатрах и IMAX 3 февраля.

Несколько лет назад известный планетолог Джейсон Барнс вычислил, что наш аномально огромный спутник действительно может начать приближаться к Земле. Так что «Падение Луны» дает нам отличный повод освежить школьные знания и самим рассчитать, что будет происходить в этом случае с Землей. И к расчетам Барнса мы тоже вернемся.

Величественный танец

Начнем с основ, а именно — с взаимодействия планеты со спутником. Закон всемирного тяготения, открытый Исааком Ньютоном еще в XVII веке, звучит просто: все тела притягиваются друг другу. И сила гравитационного взаимодействия двух тел выражается несложной формулой:

Из нее следует, что чем ближе тела находятся друг к другу (чем меньше r), тем сильнее они притягиваются (больше F, которая, кстати, является вектором, то есть имеет направление).

где G — гравитационная постоянная, а r — расстояние между центрами двух тел с массами m₁ и m₂.

К сожалению, чтобы рассуждать о падении Луны на Землю, одного закона всемирного тяготения недостаточно, потому что спутник крутится вокруг нашей планеты, двигаясь перпендикулярно силе притяжения. Сила притяжения искривляет путь Луны, оборачивая ее вокруг земного шара. Так что технически Луна уже давно падает на Землю, просто постоянно промахивается и пролетает мимо.

Земля и Луна влияют друг на друга, поэтому Луна на самом деле крутится не вокруг нашей планеты, а вокруг их общего центра масс. Так как Земля в 81 раз массивнее Луны, центр масс находится глубоко внутри планеты, поэтому Земля чуть «вихляет» на месте. Кстати, по такому «вихлянию» звезд ученые иногда определяют, что рядом с ними есть планеты.

В этом взаимодействии есть еще один важный игрок — жидкая вода. Именно благодаря Луне на нашей планете есть приливы и отливы. Некоторые ученые даже считают, что они сыграли непосредственную роль в появлении первых земноводных обитателей, а затем и полностью сухопутных животных. Из-за вращения Земли эти приливы оказываются не «под» Луной, а чуть впереди, и они слегка притягивают ее, вынуждая падать все дальше и дальше через край планеты, то есть отдаляться. Сегодня Луна отдаляется от Земли со скоростью около 3,8 см в год. С такой скоростью у вас растут ногти. Отсюда логично сделать вывод, что когда-то Луна была ближе. Запомним, это нам пригодится.

Чем столкнуть Луну?

Луна почти в четыре раза меньше Земли в диаметре (27%), в 50 раз меньше по объему (21,9 млрд куб. км по сравнению с более чем 1 трлн куб. км) и в 81 раз меньше по массе. Она пятый крупнейший спутник в Солнечной системе. Лучший способ ее сдвинуть — долго ее толкать. Мягкое воздействие гораздо эффективнее резкого столкновения. Например, какой-то объект может «очень удачно» пролететь мимо системы «Земля — Луна» и сильно замедлить Луну.

Представим, что по какой-то причине наш верный спутник начнет действительно падать на Землю, а с 3 февраля увидим в кинотеатрах, а также в IMAX, как это происходит в «Падении Луны». Начнем с 384 400 км — среднего расстояния от Земли до Луны.

Ближе на 10 км 

С Землей ничего не произойдет. Но астрономы точно заметят аномалию. Орбита Луны не идеально круглая, она эллиптическая, и разница между самой близкой и самой дальней точками — 40 000 км. Ученые всегда точно знают, в какой точке этой орбиты находится спутник. Так что они с легкостью засекут отклонение.

Ближе на 80 000 км

 Это уже существенный сдвиг, но именно на таком расстоянии — около 300 000 км — Луна была от Земли около 2,1 млрд лет назад. Приливы будут в два раза выше. Исторически на них влияет уровень Мирового океана, который зависит от объема полярных шапок и расположения континентов, но будем считать, что спутник приближается настолько быстро, что ледниковые периоды не играют роли. Луна станет ярче, потому что до нас будет долетать больше отраженного от нее света, но невооруженным глазом мы пока этого не заметим.

Ближе на 192 200 км, в два раза

Приливы будут в восемь раз выше. Некоторые острова большую часть дня окажутся полностью под водой. Но вода не единственная жидкая составляющая нашей планеты. На таком расстоянии Луна станет гораздо более заметно влиять на земную мантию. Самое вулканически активное тело Солнечной системы — это Ио, спутник Юпитера. Его активность объясняется как раз гравитационным воздействием гиганта Юпитера и других его спутников. Приближение Луны сулит нам землетрясения и извержения вулканов. «Падение Луны» обещает быть зрелищным.

На расстоянии 76 880 км, в пять раз ближе

Луна закроет четверть неба и гораздо чаще будет заслонять Солнце. Сегодня солнечные затмения случаются почти так же часто, как и лунные, но они значительно короче. Полноценно насладиться ими можно с очень небольшой территории — она гораздо меньше той, с которой видны лунные. Так что напоследок у всех жителей Земли будет шанс полюбоваться солнечными затмениями!  

На расстоянии 38 400 км, в десять раз ближе 

Сегодня орбитальный период Луны — чуть больше 27 дней. Если ее орбита станет ближе, то и летать Луна будет гораздо быстрее, чтобы продолжать «промахиваться» мимо планеты. На таком расстоянии она уже будет делать полный оборот вокруг планеты менее чем за сутки. (Можете посчитать сами, используя ньютоновскую форму третьего закона Кеплера, которая дает соотношение T²/R³, где T — орбитальный период, а R — радиус орбиты.) Фазы Луны при этом будет меняться раз в час. Побережье станет совсем необитаемым, потому что огромные приливы, как в трейлере «Падения Луны», начнут разрушать города.

На расстоянии 19 000 км

Приливы достигнут высоты 7600 м. Океанское дно будет оголяться. Начнет трястись земная кора. 

На расстоянии 18 470 км

Такое точное значение не случайно. Это предел Роша для Луны. На всем проделанном пути не только Луна воздействовала на океаны и мантию Земли — наша планета все сильнее воздействовала на Луну. На расстоянии 18 470 км Луна уже не сможет удерживать себя силами собственной гравитации и разрушится под воздействием приливных сил, образовав вокруг Земли красивое кольцо — как у Сатурна. Существование такого предела доказал в середине XIX века французский астроном Эдуард Рош. Однако предположим, что по каким-то внешним причинам спутник удержится и продолжит свое разрушающее наступление, как это и происходит в новом фильме Эммериха «Падение Луны».

На расстоянии 400 км, расстоянии полета МКС

Луна будет облетать Землю каждые пару часов и закроет полнеба. Без солнечного света станет очень холодно, но не это окажется главной нашей проблемой. Мы сами почувствуем притяжение Луны — оно составит одну десятую от земного. Мировой потоп будет происходить каждые полтора часа.

На расстоянии 100 км, высота космоса

В такой близости спутник уже начнет притягивать к себе атмосферу и воду. Может, мы сможем спасаться в горах? Хуже всего ситуация будет в районе экватора — на пути Луны. Но оттуда уже всех эвакуируют. Представьте, как Луна поднимается над горизонтом, а вслед за ней поднимается океан.

Касание!  

Луна начинает «соскребать» кору Земли. Нам кора кажется непреодолимо толстой. На континентах ее глубина в среднем около 30 км. Для Луны это лишь скорлупа. Хотя своим притяжением она уже должна была вскрыть все разломы между тектоническими плитами и образовать новые. Скорее всего, Земля и Луна разрушатся, расплавятся и вновь сплавятся в единое тело. По сути, Луна вернется на родину, ведь, согласно одной из теорий, она образовалась из обломков, которые выбила из Земли планета размером с Марс на заре образования Солнечной системы.

А если бы Луны не существовало?

Наш незаменимый спутник влияет не только на отливы и приливы, которые, кстати, все же не исчезнут до конца, потому что на них влияет еще и далекое Солнце. Луна стабилизирует 23,5-градусный наклон планеты и тем самым поддерживает постоянство смены сезонов. Без спутника Земля гораздо сильнее «вихляла» бы вокруг своей оси, и сезоны и климат были бы не такими постоянными. Полюса становились бы тропиками, а экватор замерзал. Затмений тоже не будет.

Не стоит забывать, что от Луны зависит жизнь многих земных животных. Прибрежные экосистемы, где животные полагаются на приливы и отливы для выживания, «выйдут из строя». Кстати, это произойдет и в том случае, если Луна начнет слишком быстро приближаться — быстрее, чем может происходить эволюция. Это коснется и ночных животных. Даже тем, которые видят в темноте, требуется немного света. Другие же потеряют свой главный ориентир.

Зато ночное небо будет просто потрясающим. Самым ярким объектом станет Венера, которая почти в 2000 раза тусклее Луны во время полнолуния. Звезды будут гораздо более яркими. Когда Луна только образовалась, день на Земле длился 4–5 часов. За прошедшие миллиарды лет спутник замедлил вращение нашей планеты до привычных 24 часов и продолжает замедлять. Без Луны длина дня навсегда бы осталась такой, какой была в момент исчезновения нашего спутника. Если бы Луна не возникла, то мы встречали ли бы рассвет каждые четыре часа.

По расчетам Барнса

На протяжении всей своей истории Луна отдалялась от Земли. Но все же в какой-то момент это отдаление превратится в приближение. Когда это произойдет, рассчитать сложно, потому что в такой долгосрочной перспективе играют роль и ледниковые периоды, и тектоника плит земной коры, ведь они влияют на форму и уровень Мирового океана. Тем не менее однажды Луна замедлит Землю настолько, что вращение вокруг оси будет совпадать с орбитальным периодом спутника. И тогда, по словам Джеймса Барнса, Луна перестанет отдаляться, а Солнце тем временем продолжит утягивать энергию у системы «Земля — Луна», и спутник начнет двигаться уже в сторону Земли. По спирали. По расчетам Барнса, произойдет это через 65 млрд лет. Но в этих вычислениях слишком много переменных и не учитывается, что Луну с ее орбиты может столкнуть и нечто иное

А пока что Луна продолжает притягивать наш взгляд. Фантастические фильмы — отличный повод переосмыслить привычные нам вещи и пофантазировать о том, «что было бы, если бы».

Как вы думаете, Луна может столкнуться с Землей? Пишите ответы в комментариях и смотрите «Падение Луны» в кинотеатрах и IMAX с 3 февраля.

КУПИТЬ БИЛЕТ

На правах рекламы