Американские
ученые смогли восстановить историю взаимных «отношений» между Землей и ее
единственным естественным спутником Луной и выяснить, чему равнялись сутки на
нашей планете более миллиарда лет назад.
То, что благодаря Лунным приливам Земля плавно замедляет вращение вокруг своей оси, известно давно. Таково проявление одного из основных законов механики — закона сохранения момента импульса. Поскольку Луна своим притяжением вызывает на Земле приливы, которые ежесекундно тормозят вращение планеты, часть кинетической энергии системы Земля-Луна постоянно переходит в тепло. Однако замедление вращения Земли, приводящее к увеличению суток, имеет и обратную сторону — сама Луна отдаляется от Земли.
Скорость отдаления Луны удалось измерить не так давно: при помощи уголковых отражателей, оставленных на ее поверхности американскими астронавтами и советскими станциями, было установлено, что расстояние до Луны растет в среднем на 38 миллиметров в год.
«По мере удаления Луны Земля уподобляется фигуристу, который замедляет вращение, распрямляя руки», — поясняет Стивен Мейерс, профессор геофизики из Висконсинского университета в Мадисоне, автор статьи, опубликованной в журнале PNAS.
«Мы хотели изучить камни возрастом миллиарды лет способом, сравнимым с тем, как мы изучаем современные геологические процессы», — пояснил Мейерс.
На движение Земли в космосе и ее расстояние до Солнца влияют как само Солнце, так и Луна, а также другие планеты Солнечной системы. Изменения в характере этого движения приводят к определяющим изменения климата вариациям солнечного излучения, достигающего поверхности Земли. Вариации эти в честь сербского астрофизика Милутина Миланковича называют циклами Миланковича, которые играют важную роль в климатологии и палеоклиматологии.
Анализируя ископаемые находки, Мейерс и его коллеги изучают изменения климата, происходившие на протяжении последних сотен миллионов лет.
Лезть в более глубокое прошлое, изучать климат на Земле, царивший на Земле миллиарды лет назад, гораздо сложнее, поскольку существующие инструменты, такие как радиоизотопный анализ, не дают той точности, которая необходима для выделения соответствующих циклов.
Усложняют задачу также наше неполное знание истории Луны и теория «орбитального хаоса», предложенная парижским астрономом Жаком Ласкаром в 1989 году. Ласкар показал, что обычные численные методы исследования эволюции Солнечной системы на больших промежутках времени, примерно 100 миллионов лет, перестают работать — мешает хаос.
На движение каждого из тел Солнечной системы влияют множество других тел, небольшие начальные вариации в их движении могут приводить к огромным расхождениям миллионы лет спустя, поэтому оценить эти начальные условия, «отмотав время назад», — чрезвычайно сложная задача.
Просто повернуть процесс отдаления Луны вспять не получилось. Учитывая ее ежегодное отдаление Луны 38,2 миллиметра, ученые высчитали, что такими темпами всего 1,5 млрд. лет назад Луна находилась бы так близко от Земли, что та просто разорвала бы ее на части.
В своей статье ученые описали новый статистический метод, позволяющий соотносить астрономические данные с данными геологических находок (астрохронология). Этот метод помогает оглядываться назад в геологическое прошлое нашей планеты, воссоздавать историю Солнечной системы и лучше понимать причины климатических изменений.
Вместе с Альберто Малинверно из Колумбийского университета Мейерс разработал алгоритм TimeOptMCMC, при помощи которого они проанализировали данные об осадочных породах формации Сямалинг на севере Китая возрастом 1,4 млрд лет и проб, взятых с Китового хребта в южной части Атлантического океана.
Таким образом им удалось оценить расстояние между Луной и Землей 1,4 млрд лет назад и дать оценку земным суткам в ту эпоху — они оказались равны 18 часам 41 минуте, то есть более чем на пять часов короче нынешних.
Проведенный анализ показал, что в те времена Луна отдалялась от Земле гораздо медленнее, чем сейчас, и ежегодный прирост суток на Земле был больше современного.
