Прямо сейчас, пока вы читаете эту статью, Луна стала дальше от Земли на пару миллиметров. За год - на 3,8 сантиметра. А за миллиард лет она убежала так далеко, что сутки на нашей планете растянулись на несколько часов.
Да, спутница-Луна нас покидает. Медленно, без скандала, но уверенно.
Откуда мы это знаем
В 1969 году астронавты Apollo 11 оставили на Луне зеркало размером с большой портфель. Не для красоты. Это уголковый отражатель: посветишь в него лазером с Земли, и луч вернется точно туда, откуда прилетел.
С тех пор обсерватории по всему миру (Макдональд в Техасе, Грасс во Франции, станция APOLLO в Нью-Мексико) бьют в эти зеркала короткими импульсами и засекают время возвращения сигнала. Точность измерения: миллиметры на расстоянии в 384 тысячи километров.
И вот что показали полвека наблюдений: Луна уходит от нас на 3,8 сантиметра в год. Примерно с такой же скоростью растут ваши ногти. Только Луне торопиться некуда.
Кто ее толкает
Главный обвиняемый: приливы. Луна тянет океаны к себе, отсюда отливы и приливы. Но Земля под этим водяным горбом продолжает вращаться, и волна выпуклости каждый раз чуть-чуть опережает Луну. Эта смещенная масса воды создает гравитационный рычажок, который тащит Луну вперед по ее орбите.
А дальше работает простая механика. Получая дополнительный момент импульса, Луна забирается на более высокую орбиту. Земля же, отдавая ей свой момент, замедляет вращение. Иными словами, Луна толкает нас в спину каждой приливной волной, мы отвечаем тем же. Только обмен невыгоден для нас: мы тормозим, она удирает.
Откуда вообще взялась Луна
По модели гигантского столкновения, около 4,5 миллиарда лет назад в молодую Землю врезалась планета размером примерно с Марс. Ее назвали Тейя, в честь древнегреческой матери богини Луны. Удар был такой силы, что мантия обеих планет частично испарилась и образовала вокруг Земли раскаленный диск из обломков. Из этого диска за тысячи лет (по некоторым моделям, даже за сотни) и собралась Луна.
И собралась она почти впритык. Расчеты показывают: новорожденная Луна висела на расстоянии 20–30 тысяч километров от Земли. Это в 13 раз ближе, чем сейчас. Если бы вы стояли на берегу архейского океана и смотрели вверх, она занимала бы пол-неба и выглядела абсолютно жутко. Хорошо, что смотреть было некому.
Где Луна была миллиард лет назад
Самое интересное начинается, когда геологи и астрономы пытаются восстановить положение Луны в глубоком прошлом. Простая экстраполяция по нынешним 3,8 сантиметра в год дает обманчивую цифру, потому что скорость удаления не была постоянной. Она зависит от того, как расположены континенты и насколько глубоки океаны: приливы тормозят сильнее на мелководьях.
Поэтому ученые используют косвенные данные. Например, ритмиты, древние слоистые осадки, в которых отпечатались следы суточных и приливных циклов. Или циклы Миланковича в породах: периоды прецессии земной оси зависят от расстояния до Луны.
В 2018 году в журнале PNAS вышла работа Стивена Мейерса и Альберто Малинверно. Они применили метод астрохронологии к породам возрастом 1,4 миллиарда лет (Китай) и 55 миллионов лет (Атлантика). Результат впечатляет: 1,4 миллиарда лет назад Луна находилась примерно в 340,4 тысячи километров от Земли, а земные сутки длились около 18 часов 41 минуты.
Восемнадцать с лишним часов, не двадцать четыре.
Если мысленно переселить вас в эпоху позднего мезопротерозоя, день там пролетит на пять с половиной часов быстрее. Восемь часов сна займут почти половину суток. Зато в году поместится около 470 таких дней. Никакого «времени мне не хватает»: его и правда было меньше.
Зачем нам это вообще знать
Близкая Луна устраивала на ранней Земле приливы такой высоты, что вода уходила и возвращалась на десятки километров вглубь суши. По одной из гипотез, именно эти гигантские приливные зоны стали удобной лабораторией для возникновения жизни: периодическое высыхание концентрировало органику, а возвращение воды все перемешивало.
Кроме того, Луна стабилизирует наклон земной оси. Без нее ось рыскала бы хаотично, а вместе с ней скакал бы и климат. У Марса именно так и происходит: за миллионы лет его наклон гуляет на десятки градусов.
Так что наша спутница не просто декорация для свиданий и обоев на смартфоне. Она задает длину суток, держит ось, гонит приливы. И при этом потихоньку уходит.
Что будет дальше
Удаление продолжится, но не вечно. Через несколько миллиардов лет Земля замедлится настолько, что одни земные сутки сравняются с одним лунным месяцем. Луна зависнет над одной точкой планеты, как сейчас Земля висит над одной стороной Луны. Это называется приливный захват. Правда, к тому моменту Солнце уже превратится в красный гигант, и обсуждать длину суток будет, скажем мягко, некому.
А пока процесс идет. Сантиметр за сантиметром, эпоха за эпохой. Если кто-то снова скажет, что Луна это извечный спутник Земли, который как висел, так и висит, расскажите ему про зеркала Apollo и про работу Мейерса с Малинверно. И добавьте: в эпоху первых многоклеточных организмов день был короче, а спутница ближе. Мы наблюдаем долгий, медленный и довольно драматичный лунный побег. Просто настолько медленный, что одна человеческая жизнь его не замечает.