Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...=Jaroslav Heiniš - revize plynu, Ostrava a okolí, stavební práce, rekonstrukce, hodinový manžel (www.heinis.cz). Ženklava, Kopřivnice, Příbor, Nový jičín, Bělotín, Bílovec...
DOMŮ   ARCHIV   IBT   IAN 1-50   IAN 50-226   IAN 227-500   RÁDIO   PŘEKVAPENÍ  
STALO SE

Změny v rotaci Země a vývoj dráhy Měsíce

V minulém vydání jsme hovořili o vývoji rotace Země za posledních cca 2700 let, tj. za období, kdy máme dochovány záznamy o přímých astronomických pozorováních. Nepřímými metodami je však možné jít ještě daleko dále do minulosti; z rytmu růstu některých fosilií či mořských usazenin je možné určit takové veličiny jako je počet lunárních měsíců v roce či počet dnů v lunárním synodickém měsíci dokonce až v prekambriu (cca před 650 miliony let).

Ilustrační foto...Tak např. podle Williamse (EOS, vol.70, no. 3, 1989), který zkoumal vrstvy v siltovcích a jemných pískovcích v Jižní Austrálii, obsahoval rok v té době 13,1 lunárních měsíců (oproti dnešním 12,4), přičemž každý lunární měsíc obsahoval 30,5 slunečního dne (oproti dnešním 29,53 dne), což dává 400 dní do roka (oproti dnešním 365); všechny tyto údaje jsou ovšem určeny se zhruba pětiprocentní nepřesností.

S rotací Země velice úzce souvisí dlouhodobý vývoj dráhy našeho nejbližšího souputníka -- Měsíce, neboť ten je dominantně ovlivněn slapovým třením. Právě prostřednictvím slapového tření dochází totiž k výměně momentu hybnosti mezi rotující Zemí a ji obíhajícím Měsícem. Mechanismus tohoto přenosu je zřejmý z prvního obrázku: přitažlivá síla Měsíce (M) působí na přivrácenou stranu Země (Z) více nežli na její odvrácenou stranu, což má za následek deformaci (tzv. slapové vzdutí) obecně netuhé Země směrem k působící síle. Podobný vliv, ale podstatně menší (zhruba poloviční) vykonává na Zemi též Slunce.

Slapové vzdutí se projevuje na Zemi nejmarkantněji střídáním přílivů a odlivů na mořském pobřeží (až několikametrové kolísání hladiny), ale způsobuje též podstatně menší (zhruba půlmetrové) periodické deformace zemské kůry, malé změny směru místních tížnic (několik setin obloukové vteřiny) či variace velikosti zemské tíže na jejím povrchu (nepřesahující 10-7násobek její celkové hodnoty), vše se zhruba polodenní periodou.

Pokud by Země byla ideálně elastickým tělesem, byl by směr vzdutí neustále totožný se směrem k působícímu tělesu a shora provedený výčet pozorovatelných změn by byl prakticky vyčerpán. Země ovšem takovým tělesem není; vzhledem k nezanedbatelnému tření jak oceánů o dna (zejména mělkých) moří, tak uvnitř viskózně-elastického pláště dochází vlivem rotace Země (která v současnosti předbíhá oběh Měsíce kolem ní) k unášení tohoto vzdutí vpřed o malý úhel epsílon, dosahující několika stupňů. Právě tento malý úhlový rozdíl mezi slapovým vzdutím a směrem k Měsíci (či Slunci) způsobuje vznik dodatečné dvojice sil (v obrázku označené šipkami), která zpomaluje rotaci Země. Stejný moment sil, avšak opačného znaménka, působí na Měsíc a urychluje jej ve dráze. Tím zvětšuje velikost velké poloosy jeho dráhy; z Keplerova zákona pak vyplývá, že zdánlivá úhlová rychlost oběhu Měsíce kolem Země se zmenšuje.

Podobný avšak menší vliv na zpomalování rychlosti rotace má Slunce (způsobuje pouze zhruba 20 % celkového efektu), a velice malý vliv se projevuje též v oběhu Země kolem Slunce. Pro úplnost dodejme, že tatáž dvojice sil způsobuje rovněž dlouhodobé změny ve sklonu osy rotace Země a měsíční dráhy k rovině ekliptiky. Celkový moment hybnosti soustavy Země-Měsíc-Slunce se přitom zachovává, dochází pouze k jeho přerozdělování mezi translačním a rotačním pohybem.

Ilustrační foto...Jak již bylo konstatováno v předchozím článku, z astronomických pozorování za uplynulých 2700 let, zpracovaných Stephensonem a Morrisonem vyplývá, že den se prodlužuje rychlostí zhruba o 0,0017 s za století. Tato hodnota je v plném souhlasu též s moderními pozorováními parametrů orientace Země druhé poloviny tohoto století. Na druhé straně pak z teorie slapového tření dostáváme hodnotu poněkud větší (0,0023 s za století); této hodnotě též odpovídá slapové zpomalování Měsíce ve dráze (o 26" za století na druhou) či zvětšování poloosy měsíční dráhy (o 3,8 cm za rok), odvozené z téměř třicetiletých přímých laserových pozorování vzdálenosti Měsíce od Země (viz např. Williams, Newhall a Dickey v AGU Geodynamics Series 24, 1993). Rozdíl mezi pozorovaným a slapově vynuceným zpomalováním rotace Země je všeobecně přičítán pomalému zmenšování zploštění Země (a tedy zmenšování jejího polárního momentu setrvačnosti), způsobenému opožděnou reakcí viskózně-elastické Země na poslední odlednění polárních oblastí, které skončilo před cca pěti tisíci lety. Toto jakési navracení se zploštělé Země směrem ke kulovému tvaru bylo v posledních letech spolehlivě určeno z analýzy pohybu umělých družic Země, pozorovaných laserovými metodami. Odtud vyplývá dodatečné urychlování rotace Země, které se téměř přesně rovná právě zjištěnému rozdílu v prodlužování délky dne.

Jak ale vypadal v minulosti slapový vývoj soustavy Země-Měsíc na mnohem delším časovém intervalu? Především je nutné konstatovat, že současné hodnoty zpomalování rotace Země a vzdalování Měsíce od Země nemůžeme mechanicky lineárně extrapolovat do minulosti, neboť slapové síly nebyly v čase konstantní. Ty totiž především závisejí na proměnlivé vzdálenosti Měsíce od Země (jsou nepřímo úměrné její třetí mocnině, a byly tedy v minulosti podstatně větší nežli dnes), ale též na viskozitě zemského pláště a rozložení kontinentů, které nebylo v dávné minulosti stejné jako dnes. Problematice tohoto vývoje se v minulosti věnovala řada autorů; zde se budeme opírat zejména o poměrně nedávnou studii, provedenou Toumou a Wisdomem (Astron. J. 108, No. 5, 1994), ale i o některé práce staršího data. Z výpočtů vyplývá, že den byl v minulosti mnohem delší a Měsíc byl podstatně blíže Zemi nežli nyní. Vztah mezi délkou dne a velkou poloosou dráhy Měsíce je určen poměrně spolehlivě a je patrný z grafu na druhém obrázku, kde je velká poloosa dráhy a vyjádřena v jednotkách rovníkového poloměru Země R; zde nejsou prakticky žádné podstatné rozdíly mezi různými modely slapů.

Ilustrační foto...

Naproti tomu je přesné časové měřítko vývoje poloosy dráhy Měsíce (a tedy i délky dne) dosti nejisté, protože je přímo závislé na znalosti velikosti úhlu epsílon (závisející hlavně na viskozitě zemského pláště a rozložení kontinentů a oceánů) a jejího vývoje v čase. Možný scénář je naznačen (včetně výhledu do budoucna) na obrázku číslo 3, kde nejistota v čase je dána dvěma křivkami, odpovídajícími dvěma různým použitým modelům. Je zřejmé, že značně nejistý je průběh vývoje právě v nejstarším stadiu vývoje (před více než miliardou let), kdy byl Měsíc velmi blízko u Země -- v té době bylo totiž slapové vzdutí podstatně větší nežli dnes a bylo doprovázeno značnými deformacemi, které se jen velice obtížně modelují.

Z uvedených grafů tedy např. vyplývá, že před 500 milióny let se Měsíc nacházel ve vzdálenosti zhruba 56 zemských poloměrů (oproti dnešním 60), a délka dne tehdy činila necelých 20 hodin. Před jednou miliardou let pak šlo o hodnoty (různé dle použitých slapových modelů) 46-51 zemských poloměrů a 14-16 hodin. V budoucnu naopak lze dle tohoto scénáře očekávat podstatně pomalejší vzdalování Měsíce od Země nežli tomu bylo v minulosti (slapové síly s časem slábnou) -- za 500 miliónů let bude vzdálenost Měsíce činit 62 zemských poloměrů a den se prodlouží na 26 hodin. Obecně lze říci, že délka dne má dlouhodobou tendenci se přibližovat oběžné době Měsíce kolem Země.

Současně s tím bylo zjištěno, že střední sklon zemského rovníku k ekliptice byl v počátečním stadiu vývoje (tzn. v době, kdy poloosa dráhy Měsíce byla menší nežli 30 poloměrů zemského rovníku) podstatně menší nežli nyní (okolo 10 stupňů oproti dnešním 23,5 stupně), přičemž jeho změny během jedné otočky uzlové přímky měsíční dráhy (amplituda hlavního členu nutace) dosahovaly až několika stupňů (dnes kolem 9 obloukových vteřin). V tomtéž období pak byl sklon dráhy Měsíce k ekliptice velice proměnlivý -- kolísal až v rozmezí od 0 do více než 20 stupňů (dnes je téměř konstantní a činí zhruba 5 stupňů).

Jan Vondrák

| Zdroj: S laskavým svolením autora a vydavatelů zpravodaje Corona Pragensis. IAN.cz
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...
archiv zdroj
RULETA
Žeň objevů 2005 (XL.) - díl B
Ilustrační foto...
Kosmonautika v roce sedm
Ilustrační foto...
Napínavý příběh se šťastným koncem
Ilustrační foto...
Instantní pamětník 7
Ilustrační foto...
Stručně z kosmonautiky XIV
Ilustrační foto...
STALO SE
4.12.2012 -
Probíhá experiment. Stránky se pomalu dostávají ze záhrobí zpět na světlo digitálního světa... Omluvte nedostatky, již brzy snad na této adrese najdete víceméně kompletní archiv IAN...

WEBKAMERA
 Upice webcam / widecam
UPICE WEBCAM

Add to Google

 

Pridej na Seznam
 

  © 1997 - 2017 IAN :: RSS - novinky z astronomie a kosmonautiky SiteMap :: www :: ISSN 1212-6691