Наука Плоского мира

Наиболее очевидное влияние Луны на Землю выражается в приливах и отливах, повергших наших волшебников в ступор. Как часто случается в науке, происхождение приливов не так просто, как можно решить исходя из элементарного здравого смысла. Здравый смысл утверждает, что гравитация Луны притягивает Землю, особенно ту ее часть, которая расположена ближе к Луне. Когда в этой части располагается суша, ничего особенного не происходит, но когда там находится вода, занимающая более половины поверхности Земли, то она начинает подниматься. Такое объяснение – всего лишь очередные «враки детям» и не соответствует реальности. Оно подводит нас к мысли, что прилив начинается тогда, когда Луна находится прямо у нас над головой, ну, или по крайней мере в наивысшей точке своей орбиты. Получается, что прилив должен происходить каждый день или, точнее, каждые 24 часа 50 минут, если принять во внимание, что система Земля – Луна все-таки несколько сложнее.

Между тем приливы происходят дважды в день с интервалом в 12 часов 25 минут. То есть в точности вдвое чаще.

И это еще не все: притяжение Луны на поверхности Земли составляет всего лишь одну десятимиллионную от гравитации самой Земли, а притяжение Солнца – около половины. Даже если сложить вместе эти две силы, их не хватит для того, чтобы поднять всю массу воды на высоту 70 футов (21 м), а именно такова высота самого большого прилива, происходящего в заливе Фанди между Новой Шотландией и Нью-Брансуиком.

До тех пор, пока Исаак Ньютон не открыл закон всемирного тяготения и не сделал необходимые расчеты, правдоподобное объяснение приливов совершенно ускользало от человечества. Впоследствии его идеи были усовершенствованы, однако основу заложил именно он.

Отбросим для простоты все, кроме Земли и Луны, и предположим, что Земля полностью состоит из воды. «Водяная» Земля вращается вокруг своей оси, на нее оказывает влияние центробежная сила, и вода будет скапливаться в районе экватора. Но кроме центробежной, на нее будут оказывать влияние еще две силы: земная гравитация и лунная.

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.