Η Σελήνη απομακρύνεται από τη Γη κατά περίπου 3,8 εκατοστά τον χρόνο. Η αλλαγή είναι σχεδόν αδύνατο να γίνει αντιληπτή στην καθημερινή ζωή, όμως αποτελεί μέρος μιας διαδικασίας που εξελίσσεται εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.
Πίσω από αυτή τη μικρή ετήσια μεταβολή κρύβεται μια εντυπωσιακή ανταλλαγή στροφορμής ανάμεσα στη Γη και τη Σελήνη. Το αποτέλεσμα είναι ότι η Σελήνη ανεβαίνει πολύ αργά σε μεγαλύτερη τροχιά, ενώ η περιστροφή της Γης επιβραδύνεται σταδιακά.
Πόσο γρήγορα απομακρύνεται η Σελήνη;
Οι σημερινές μετρήσεις δείχνουν ότι η μέση απόσταση Γης και Σελήνης αυξάνεται κατά περίπου 3,8 εκατοστά τον χρόνο. Η μέση απόσταση των δύο σωμάτων είναι περίπου 384.400 χιλιόμετρα, επομένως η ετήσια αλλαγή είναι εξαιρετικά μικρή σε σχέση με το συνολικό μέγεθος της τροχιάς.
Σε ανθρώπινη χρονική κλίμακα η διαφορά είναι ασήμαντη. Σε εκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια, όμως, η συσσώρευση αυτών των μεταβολών αλλάζει σημαντικά το σύστημα Γης–Σελήνης.
Γνωρίζουμε επίσης από γεωλογικά και αστρονομικά στοιχεία ότι η Σελήνη βρισκόταν πολύ πιο κοντά στη Γη στο παρελθόν.
Γιατί απομακρύνεται από τη Γη;
Η βασική αιτία είναι οι παλιρροϊκές δυνάμεις. Η βαρύτητα της Σελήνης προκαλεί παλιρροϊκές διογκώσεις στους ωκεανούς της Γης και, σε μικρότερο βαθμό, παραμορφώνει και τον ίδιο τον στερεό πλανήτη.
Η Γη περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της πολύ γρηγορότερα απ’ όσο η Σελήνη ολοκληρώνει μία περιφορά γύρω της. Εξαιτίας της περιστροφής και της παλιρροϊκής διάχυσης ενέργειας, οι διογκώσεις των ωκεανών δεν βρίσκονται ακριβώς πάνω στη νοητή γραμμή Γης–Σελήνης, αλλά λίγο πιο μπροστά.
Η βαρύτητα αυτών των μετατοπισμένων παλιρροϊκών διογκώσεων ασκεί μια μικρή δύναμη στη Σελήνη προς την κατεύθυνση της κίνησής της. Έτσι μεταφέρεται στροφορμή από την περιστροφή της Γης στην τροχιακή κίνηση της Σελήνης.
Η Γη χάνει ελάχιστη περιστροφική ταχύτητα και η Σελήνη αποκτά μεγαλύτερη τροχιακή στροφορμή, με αποτέλεσμα να μετακινείται σε μεγαλύτερη τροχιά.
Γιατί οι παλίρροιες είναι τόσο σημαντικές;
Οι παλίρροιες αποτελούν τον κύριο μηχανισμό μέσω του οποίου μεταφέρεται ενέργεια και στροφορμή στο σύστημα Γης–Σελήνης.
Η διαδικασία δεν περιορίζεται στην απλή «τριβή του νερού στον βυθό». Η ενέργεια των παλιρροιών χάνεται μέσω πολύπλοκων κινήσεων στους ωκεανούς, παλιρροϊκών ρευμάτων, αλληλεπίδρασης με τον πυθμένα και δημιουργίας εσωτερικών κυμάτων.
Η μορφή των ηπείρων και των ωκεάνιων λεκανών επηρεάζει επίσης σημαντικά το πόσο αποτελεσματικά διαχέεται αυτή η ενέργεια.
Ο ρυθμός των 3,8 εκατοστών ήταν πάντα ίδιος;
Όχι. Αυτό είναι ένα από τα σημαντικότερα σημεία για τη σωστή κατανόηση του φαινομένου.
Αν θεωρούσαμε ότι η Σελήνη απομακρυνόταν πάντα με τον σημερινό ρυθμό των 3,8 εκατοστών τον χρόνο και κάναμε απλή προβολή προς τα πίσω, θα καταλήγαμε σε αποτελέσματα που δεν συμβαδίζουν με τη γνωστή ηλικία της Σελήνης.
Ο λόγος είναι ότι η παλιρροϊκή διάχυση μεταβάλλεται με τον χρόνο. Οι ήπειροι μετακινούνται, οι ωκεανοί αλλάζουν σχήμα και βάθος και οι παλιρροϊκοί συντονισμοί ενισχύονται ή εξασθενούν.
Γεωλογικές μελέτες δείχνουν ότι υπήρξαν περίοδοι κατά τις οποίες η παλιρροϊκή διάχυση ήταν αρκετά διαφορετική από τη σημερινή. Επομένως τα 3,8 εκατοστά είναι ο σημερινός μετρούμενος ρυθμός, όχι ένας σταθερός αριθμός για ολόκληρη την ιστορία της Γης.
Πώς γνωρίζουμε με τόση ακρίβεια την απόσταση;
Μία από τις σημαντικότερες τεχνικές είναι το Lunar Laser Ranging.
Κατά τις αποστολές Apollo τοποθετήθηκαν στην επιφάνεια της Σελήνης ειδικοί ανακλαστήρες. Ανακλαστήρες τοποθετήθηκαν επίσης από σοβιετικές αποστολές Luna και νεότερες σεληνιακές αποστολές.
Από επίγεια παρατηρητήρια στέλνονται πολύ σύντομοι παλμοί λέιζερ προς αυτούς τους ανακλαστήρες. Ένα μικρό μέρος του φωτός επιστρέφει στη Γη και οι επιστήμονες μετρούν τον χρόνο μετάβασης και επιστροφής.
Επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι γνωστή με εξαιρετική ακρίβεια, ο χρόνος αυτός επιτρέπει τον υπολογισμό της απόστασης με ακρίβεια επιπέδου χιλιοστών.
Οι μετρήσεις συνεχίζονται εδώ και δεκαετίες και έχουν δείξει καθαρά την αύξηση της μέσης απόστασης κατά περίπου 3,8 εκατοστά τον χρόνο.
Τι συμβαίνει ταυτόχρονα με τη διάρκεια της ημέρας;
Η ενέργεια που αποκτά η τροχιά της Σελήνης δεν εμφανίζεται από το πουθενά. Η περιστροφή της Γης επιβραδύνεται πολύ αργά.
Η μακροχρόνια παλιρροϊκή επίδραση αντιστοιχεί σήμερα σε αύξηση της διάρκειας της ημέρας κατά περίπου 2,3 έως 2,4 χιλιοστά του δευτερολέπτου ανά αιώνα.
Αυτός είναι ένας πολύ μικρός αριθμός. Αν όμως κοιτάξουμε εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν, γίνεται σαφές ότι οι ημέρες της Γης ήταν σημαντικά μικρότερες από 24 ώρες.
Η πραγματική διάρκεια της ημέρας δεν αλλάζει όμως με απόλυτα σταθερό ρυθμό. Κινήσεις στον υγρό πυρήνα της Γης, μεταβολές της ατμόσφαιρας, των ωκεανών και ακόμη και η μετακίνηση πάγων και νερού επηρεάζουν επίσης προσωρινά την περιστροφή.
Θα γίνουν οι παλίρροιες όλο και μικρότερες;
Σε γενικές γραμμές, όσο αυξάνεται η απόσταση της Σελήνης τόσο μειώνεται η παλιρροϊκή δύναμη που ασκεί στη Γη. Αυτό όμως δεν σημαίνει ότι μπορούμε απλώς να υπολογίσουμε πως οι παλίρροιες θα γίνονται κάθε χρόνο λίγο μικρότερες.
Η πραγματική ένταση των παλιρροιών εξαρτάται έντονα από το σχήμα των ωκεανών, το βάθος τους, τις ακτογραμμές και τους φυσικούς συντονισμούς των θαλάσσιων λεκανών.
Καθώς οι τεκτονικές πλάκες μετακινούνται και οι ωκεανοί αλλάζουν μορφή σε γεωλογικό χρόνο, μπορούν να υπάρξουν περίοδοι μεγαλύτερης ή μικρότερης παλιρροϊκής διάχυσης ανεξάρτητα από τη σχετικά ομαλή μεταβολή της απόστασης της Σελήνης.
Τι ρόλο παίζει η Σελήνη στην κλίση του άξονα της Γης;
Η Σελήνη συμβάλλει στη σχετικά σταθερή συμπεριφορά της κλίσης του άξονα της Γης. Η σημερινή λόξωση μεταβάλλεται σε σχετικά περιορισμένο εύρος σε σύγκριση με αυτό που θα μπορούσε να συμβαίνει σε έναν πλανήτη χωρίς έναν μεγάλο φυσικό δορυφόρο.
Η σταθερότητα αυτή έχει σημασία επειδή η κλίση του άξονα επηρεάζει την κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας και τις εποχές.
Ωστόσο δεν είναι σωστό να υποθέσουμε ότι η σημερινή απομάκρυνση κατά 3,8 εκατοστά τον χρόνο θα οδηγήσει με απλό και προβλέψιμο τρόπο σε μελλοντική κλιματική αποσταθεροποίηση. Η μακροχρόνια δυναμική του συστήματος είναι πολύ πιο σύνθετη.
Μπορεί η Σελήνη να ξεφύγει τελείως από τη Γη;
Η σημερινή απομάκρυνση δεν σημαίνει ότι η Σελήνη πρόκειται κάποια στιγμή σύντομα να «φύγει» από τη Γη.
Καθώς απομακρύνεται, η διαδικασία γίνεται σταδιακά πιο αργή. Θεωρητικά, αν το σύστημα Γης–Σελήνης μπορούσε να εξελίσσεται ανενόχλητο για περίπου 50 δισεκατομμύρια χρόνια, η περιστροφή της Γης θα μπορούσε να συγχρονιστεί με την τροχιά της Σελήνης.
Τότε η Γη και η Σελήνη θα ήταν αμοιβαία παλιρροϊκά κλειδωμένες, όπως συμβαίνει σήμερα με τον Πλούτωνα και τον Χάροντα: το ένα σώμα θα έδειχνε συνεχώς την ίδια πλευρά στο άλλο.
Στην πράξη, όμως, αυτή η κατάσταση δεν πρόκειται να προλάβει να συμβεί. Ο Ήλιος θα έχει εξελιχθεί σε ερυθρό γίγαντα δισεκατομμύρια χρόνια νωρίτερα και θα έχει αλλάξει δραματικά το εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα.
Οι ολικές εκλείψεις Ηλίου θα υπάρχουν για πάντα;
Υπάρχει και μια πιο ορατή συνέπεια της απομάκρυνσης. Καθώς η Σελήνη κινείται σταδιακά πιο μακριά, το φαινόμενο γωνιακό μέγεθός της στον ουρανό μειώνεται.
Σήμερα η Σελήνη και ο Ήλιος φαίνονται από τη Γη σχεδόν ίσοι σε μέγεθος, γι’ αυτό μπορούν να συμβούν εντυπωσιακές ολικές εκλείψεις Ηλίου.
Σε πολύ μακρινό μέλλον, όταν η μέση απόσταση της Σελήνης θα έχει αυξηθεί αρκετά, δεν θα μπορεί πλέον να καλύπτει πλήρως τον ηλιακό δίσκο σε καμία έκλειψη. Θα παραμένουν όμως δακτυλιοειδείς εκλείψεις.
Τι μας αποκαλύπτει τελικά αυτή η μικρή μεταβολή;
Τα 3,8 εκατοστά τον χρόνο μοιάζουν ασήμαντα, αλλά αποκαλύπτουν ότι το σύστημα Γης–Σελήνης δεν είναι στατικό. Οι παλίρροιες, η περιστροφή της Γης και η τροχιά της Σελήνης αποτελούν μέρη του ίδιου δυναμικού συστήματος.
Κάθε χρόνο, ένα απειροελάχιστο μέρος της περιστροφικής στροφορμής της Γης μεταφέρεται στη Σελήνη. Η ημέρα μεγαλώνει ελάχιστα και η Σελήνη μετακινείται λίγο πιο μακριά.
Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι αυτή η διαδικασία έχει αφήσει ίχνη τόσο στις σύγχρονες μετρήσεις λέιζερ όσο και στο γεωλογικό αρχείο της Γης. Έτσι μια μεταβολή μικρότερη από το μήκος ενός δαχτύλου κάθε χρόνο μάς βοηθά να ανασυνθέσουμε δισεκατομμύρια χρόνια κοινής ιστορίας Γης και Σελήνης.
Πηγές:
