ดวงจันทร์เป็นบริวารของโลก ดึงดูดสายตานักวิทยาศาสตร์และผู้คนที่อยากรู้อยากเห็นมาแต่ไหนแต่ไรแล้ว ในโลกยุคโบราณ ทั้งนักโหราศาสตร์และนักดาราศาสตร์ต่างก็อุทิศบทความอันน่าประทับใจให้กับเธอ กวีไม่ได้ล้าหลังพวกเขา วันนี้ มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในแง่นี้: วงโคจรของดวงจันทร์ ลักษณะพื้นผิวและภายในของมันได้รับการศึกษาอย่างรอบคอบโดยนักดาราศาสตร์ ผู้รวบรวมดวงชะตายังไม่ละสายตาจากเธอ อิทธิพลของดาวเทียมที่มีต่อโลกกำลังถูกศึกษาโดยทั้งคู่ นักดาราศาสตร์ศึกษาว่าปฏิสัมพันธ์ของวัตถุในจักรวาลทั้งสองส่งผลต่อการเคลื่อนไหวและกระบวนการอื่นๆ ของแต่ละวัตถุอย่างไร ระหว่างศึกษาดวงจันทร์ ความรู้ด้านนี้เพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด
กำเนิด
ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุว่า โลกและดวงจันทร์ก่อตัวขึ้นพร้อมกัน ทั้งสองร่างมีอายุ 4.5 พันล้านปี มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับที่มาของดาวเทียม แต่ละคนอธิบายลักษณะบางอย่างของดวงจันทร์ แต่ทิ้งคำถามที่ยังไม่ได้แก้ไขไว้หลายข้อ ทฤษฎีการชนกันของยักษ์ถือว่าใกล้เคียงความจริงที่สุดในวันนี้
ตามสมมติฐาน ดาวเคราะห์ที่มีขนาดใกล้เคียงกับดาวอังคารชนกับโลกอายุน้อย ผลกระทบนั้นเป็นสัมผัสและทำให้เกิดการปลดปล่อยสู่อวกาศของสสารส่วนใหญ่ของวัตถุในจักรวาลนี้ เช่นเดียวกับ "วัสดุ" ภาคพื้นดินจำนวนหนึ่ง จากสารนี้ทำให้เกิดวัตถุใหม่ขึ้น รัศมีการโคจรของดวงจันทร์เดิมอยู่ที่หกหมื่นกิโลเมตร
สมมติฐานของการชนกันของยักษ์อธิบายลักษณะโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีของดาวเทียมได้เป็นอย่างดี คุณลักษณะส่วนใหญ่ของระบบดวงจันทร์-โลก อย่างไรก็ตาม หากเราใช้ทฤษฎีเป็นพื้นฐาน ข้อเท็จจริงบางอย่างก็ยังไม่สามารถเข้าใจได้ ดังนั้นการขาดธาตุเหล็กบนดาวเทียมสามารถอธิบายได้ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อเกิดการชนกัน ความแตกต่างของชั้นในได้เกิดขึ้นบนวัตถุทั้งสอง จนถึงปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานว่าสิ่งนี้เกิดขึ้น และถึงกระนั้น แม้จะมีการโต้แย้งดังกล่าว สมมติฐานของผลกระทบขนาดยักษ์ก็ถือเป็นสมมติฐานหลักทั่วโลก
พารามิเตอร์
ดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศเหมือนดาวบริวารอื่นๆ พบเพียงออกซิเจน ฮีเลียม นีออน และอาร์กอนเท่านั้น อุณหภูมิพื้นผิวในบริเวณที่สว่างและมืดจึงแตกต่างกันมาก ด้านที่มีแสงแดดส่องถึง +120 ºС และด้านมืดสามารถลดลงได้ถึง -160 ºС
ระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงจันทร์คือ 384,000 กม. รูปร่างของดาวเทียมเกือบจะเป็นทรงกลมที่สมบูรณ์แบบ ความแตกต่างระหว่างเส้นศูนย์สูตรและรัศมีขั้วมีน้อย คือ 1738.14 และ 1735.97 กม. ตามลำดับ
โคจรรอบโลกอย่างสมบูรณ์ใช้เวลาน้อยกว่า 27 วัน การเคลื่อนที่ของดาวเทียมผ่านท้องฟ้าสำหรับผู้สังเกตมีลักษณะการเปลี่ยนแปลงของเฟส เวลาจากพระจันทร์เต็มดวงถึงอีกดวงหนึ่งค่อนข้างนานกว่าระยะเวลาที่ระบุและประมาณ 29.5 วัน ความแตกต่างเกิดขึ้นเนื่องจากโลกและดาวเทียมกำลังเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ด้วย ดวงจันทร์ต้องเดินทางมากกว่าหนึ่งวงกลมเล็กน้อยเพื่อกลับสู่ตำแหน่งเดิม
ระบบโลก-ดวงจันทร์
ดวงจันทร์เป็นดาวบริวารค่อนข้างจะแตกต่างจากวัตถุอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน คุณสมบัติหลักในแง่นี้คือมวลของมัน ประมาณ 7.351022 กก. ซึ่งมีค่าประมาณ 1/81 ของพารามิเตอร์เดียวกันของโลก และถ้ามวลเองไม่ใช่สิ่งผิดปกติในอวกาศ แสดงว่าความสัมพันธ์ของมวลกับลักษณะของดาวเคราะห์นั้นไม่ปกติ ตามกฎแล้วอัตราส่วนมวลในระบบดาวเคราะห์บริวารจะค่อนข้างเล็กกว่า มีเพียงดาวพลูโตและชารอนเท่านั้นที่สามารถอวดอัตราส่วนที่ใกล้เคียงกันได้ วัตถุจักรวาลทั้งสองนี้เมื่อนานมาแล้วเริ่มมีลักษณะเป็นระบบของดาวเคราะห์สองดวง ดูเหมือนว่าการกำหนดนี้จะใช้ได้ในกรณีของโลกและดวงจันทร์
ดวงจันทร์โคจร
ดาวเทียมทำการปฏิวัติหนึ่งครั้งทั่วโลกเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ในแต่ละเดือนดาวฤกษ์ ซึ่งกินเวลา 27 วัน 7 ชั่วโมง 42.2 นาที วงโคจรของดวงจันทร์มีลักษณะเป็นวงรี ในช่วงเวลาต่างๆ ดาวเทียมจะอยู่ใกล้โลกมากขึ้นหรืออยู่ห่างจากโลก ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์เปลี่ยนจาก 363,104 เป็น 405,696 กิโลเมตร
พร้อมวิถีดาวเทียมหลักฐานอีกประการหนึ่งเชื่อมโยงกันเพื่อสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าโลกที่มีดาวเทียมจะต้องถือว่าเป็นระบบที่ประกอบด้วยดาวเคราะห์สองดวง วงโคจรของดวงจันทร์ไม่ได้ตั้งอยู่ใกล้ระนาบเส้นศูนย์สูตรของโลก (ตามแบบฉบับของดาวเทียมส่วนใหญ่) แต่ในทางปฏิบัติแล้วจะอยู่ในระนาบการหมุนของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ มุมระหว่างสุริยุปราคากับเส้นทางของดาวเทียมนั้นมากกว่า 5º เล็กน้อย
การโคจรของดวงจันทร์รอบโลกได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย ในเรื่องนี้ การกำหนดวิถีโคจรที่แน่นอนของดาวเทียมไม่ใช่เรื่องง่าย
ประวัติศาสตร์เล็กน้อย
ทฤษฎีที่อธิบายว่าดวงจันทร์เคลื่อนที่ได้อย่างไรในปี 1747 ผู้เขียนการคำนวณครั้งแรกที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจคุณลักษณะของวงโคจรของดาวเทียมมากขึ้นคือ Clairaut นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศส จากนั้นในศตวรรษที่สิบแปดอันไกลโพ้น การปฏิวัติของดวงจันทร์รอบโลกก็มักจะถูกหยิบยกขึ้นมาเป็นข้อโต้แย้งต่อทฤษฎีของนิวตัน การคำนวณโดยใช้กฎความโน้มถ่วงสากลแตกต่างอย่างมากจากการเคลื่อนที่ที่ชัดเจนของดาวเทียม Clairaut แก้ปัญหานี้
ปัญหานี้ได้รับการศึกษาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง เช่น d'Alembert และ Laplace, Euler, Hill, Puiseux และอื่นๆ ทฤษฎีสมัยใหม่ของการปฏิวัติดวงจันทร์จริง ๆ แล้วเริ่มต้นด้วยผลงานของบราวน์ (1923) การวิจัยของนักคณิตศาสตร์และนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้ช่วยขจัดความคลาดเคลื่อนระหว่างการคำนวณและการสังเกต
ไม่ใช่เรื่องง่าย
การเคลื่อนตัวของดวงจันทร์ประกอบด้วยสองกระบวนการหลัก: การหมุนรอบแกนและการหมุนรอบโลกของเรา คงจะไม่ยากนักที่จะได้มาซึ่งทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ของดาวเทียมถ้าวงโคจรของมันไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่างๆ นี่คือแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ ลักษณะรูปร่างของโลก และสนามโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ดวงอื่น อิทธิพลดังกล่าวรบกวนวงโคจรและทำนายตำแหน่งที่แน่นอนของดวงจันทร์ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ กลายเป็นงานที่ยาก เพื่อให้เข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้น เรามาดูพารามิเตอร์บางอย่างของวงโคจรของดาวเทียมกัน
โหนดจากน้อยไปมากและจากมากไปน้อย เส้นของส่วนต่าง
ดังที่กล่าวไปแล้ว วงโคจรของดวงจันทร์เอียงไปสู่สุริยุปราคา เส้นทางโคจรของร่างกายทั้งสองตัดกันที่จุดที่เรียกว่าโหนดขึ้นและลง พวกมันตั้งอยู่ด้านตรงข้ามของวงโคจรที่สัมพันธ์กับศูนย์กลางของระบบนั่นคือโลก เส้นจินตภาพที่เชื่อมสองจุดนี้เรียกว่าเส้นนอต
ดาวเทียมอยู่ใกล้โลกที่สุด ณ จุด Perigee ระยะทางสูงสุดแยกวัตถุสองแห่งออกจากกันเมื่อดวงจันทร์อยู่ที่จุดสูงสุด เส้นที่เชื่อมสองจุดนี้เรียกว่าเส้นแยก
การรบกวนของวงโคจร
อันเป็นผลมาจากอิทธิพลของปัจจัยจำนวนมากที่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของดาวเทียม อันที่จริง มันคือผลรวมของการเคลื่อนไหวหลายอย่าง พิจารณาสิ่งรบกวนที่เกิดขึ้นได้ชัดเจนที่สุด
อันแรกคือการถดถอยของบรรทัดโหนด เส้นตรงที่เชื่อมจุดตัดสองจุดของระนาบของวงโคจรของดวงจันทร์กับสุริยุปราคาไม่คงที่ในที่เดียว มันเคลื่อนที่ช้ามากในทิศทางตรงกันข้าม (นั่นคือสาเหตุที่เรียกว่าการถดถอย) กับการเคลื่อนที่ของดาวเทียม กล่าวอีกนัยหนึ่งคือระนาบของวงโคจรของดวงจันทร์หมุนไปในอวกาศ เธอใช้เวลา 18.6 ปีในการหมุนเวียนหนึ่งครั้ง
แนวแอ๊บเปิ้ลก็เคลื่อนไหว การเคลื่อนที่ของเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างจุดศูนย์กลางจุดศูนย์กลางและเส้นรอบวง (periapsis) จะแสดงในการหมุนระนาบการโคจรไปในทิศทางเดียวกับที่ดวงจันทร์เคลื่อนที่ สิ่งนี้เกิดขึ้นเร็วกว่าในกรณีของโหนด ผลัดกันเต็มใช้เวลา 8, 9 ปี
นอกจากนี้ ดวงจันทร์โคจรยังมีความผันผวนของแอมพลิจูดที่แน่นอน เมื่อเวลาผ่านไป มุมระหว่างระนาบของมันกับสุริยุปราคาจะเปลี่ยนไป ช่วงของค่าอยู่ระหว่าง 4°59' ถึง 5°17' เช่นเดียวกับในกรณีของสายโหนด ระยะเวลาของความผันผวนดังกล่าวคือ 18.6 ปี
ในที่สุดวงโคจรของดวงจันทร์ก็เปลี่ยนรูปร่าง ยืดออกเล็กน้อยแล้วกลับสู่รูปแบบเดิมอีกครั้ง ในเวลาเดียวกัน ความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจร (ระดับความเบี่ยงเบนของรูปร่างจากวงกลม) เปลี่ยนจาก 0.04 เป็น 0.07 การเปลี่ยนแปลงและการกลับสู่ตำแหน่งเดิมใช้เวลา 8.9 ปี
มันไม่ง่ายขนาดนั้น
อันที่จริง ปัจจัยสี่ประการที่ต้องนำมาพิจารณาระหว่างการคำนวณนั้นมีไม่มากนัก อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่ได้ทำให้การรบกวนทั้งหมดของวงโคจรของดาวเทียมหมดไป อันที่จริง พารามิเตอร์แต่ละตัวของการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์นั้นได้รับผลกระทบจากปัจจัยจำนวนมากอย่างต่อเนื่อง ทั้งหมดนี้ทำให้งานในการทำนายตำแหน่งที่แน่นอนของดาวเทียมมีความซับซ้อน และการบัญชีสำหรับพารามิเตอร์เหล่านี้มักเป็นงานที่สำคัญที่สุด ตัวอย่างเช่น การคำนวณวิถีโคจรของดวงจันทร์และความแม่นยำของดวงจันทร์ส่งผลต่อความสำเร็จของภารกิจของยานอวกาศที่ส่งไป
อิทธิพลของดวงจันทร์บนโลก
ดาวเทียมของเรามีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่ผลกระทบนั้นดีอย่างเห็นได้ชัด บางทีทุกคนอาจรู้ว่าเป็นดวงจันทร์ที่สร้างกระแสน้ำบนโลก ที่นี่เราต้องทำการจองทันที: ดวงอาทิตย์ก็ทำให้เกิดเอฟเฟกต์ที่คล้ายกัน แต่เนื่องจากระยะทางที่ไกลกว่ามาก เอฟเฟกต์คลื่นของดาวจึงสังเกตเห็นได้เล็กน้อย นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำในทะเลและมหาสมุทรยังสัมพันธ์กับลักษณะเฉพาะของการหมุนรอบของโลกด้วย
อิทธิพลโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์บนโลกของเรามากกว่าดวงจันทร์ประมาณสองร้อยเท่า อย่างไรก็ตาม กระแสน้ำขึ้นน้ำลงขึ้นอยู่กับความไม่เท่าเทียมกันของสนามเป็นหลัก ระยะห่างระหว่างโลกและดวงอาทิตย์ทำให้พวกเขาเรียบขึ้น ดังนั้นผลกระทบของดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้เราจึงมีพลังมากขึ้น (สำคัญเป็นสองเท่าในกรณีของผู้ทรงคุณวุฒิ)
คลื่นยักษ์ก่อตัวขึ้นที่ด้านข้างของดาวเคราะห์ซึ่งขณะนี้กำลังเผชิญกับดาวฤกษ์ยามราตรี ฝั่งตรงข้ามมีน้ำขึ้นน้ำลงด้วย หากโลกหยุดนิ่ง คลื่นก็จะเคลื่อนจากตะวันตกไปตะวันออกซึ่งอยู่ใต้ดวงจันทร์พอดี การปฏิวัติเต็มรูปแบบจะแล้วเสร็จใน 27 วันคี่ นั่นคือในเดือนดาวฤกษ์ อย่างไรก็ตาม คาบการหมุนของโลกรอบแกนของมันนั้นน้อยกว่า 24 ชั่วโมงเล็กน้อย ดังนั้น คลื่นจึงไหลผ่านพื้นผิวของดาวเคราะห์จากตะวันออกไปตะวันตกและหมุนหนึ่งรอบใน 24 ชั่วโมง 48 นาที เนื่องจากคลื่นกระทบกับทวีปต่างๆ อย่างต่อเนื่อง มันจึงเคลื่อนไปข้างหน้าในทิศทางการเคลื่อนที่ของโลกและแซงหน้าดาวเทียมของดาวเคราะห์ในการวิ่งของมัน
ลบวงโคจรของดวงจันทร์
คลื่นยักษ์ทำให้มวลน้ำเคลื่อนตัว ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อการเคลื่อนที่ของดาวเทียม ส่วนที่น่าประทับใจมวลของดาวเคราะห์เคลื่อนตัวจากเส้นที่เชื่อมจุดศูนย์กลางมวลของวัตถุทั้งสองเข้าด้วยกัน และดึงดูดดวงจันทร์เข้าหาตัวมันเอง เป็นผลให้ดาวเทียมสัมผัสกับช่วงเวลาแห่งแรงซึ่งเร่งการเคลื่อนที่ของดาวเทียม
ในขณะเดียวกัน ทวีปที่วิ่งด้วยคลื่นยักษ์ (พวกมันเคลื่อนที่เร็วกว่าคลื่น เนื่องจากโลกหมุนด้วยความเร็วสูงกว่าดวงจันทร์) สัมผัสกับพลังที่ทำให้พวกมันช้าลง สิ่งนี้นำไปสู่การชะลอตัวทีละน้อยในการหมุนของโลกของเรา
อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำของวัตถุทั้งสอง เช่นเดียวกับการกระทำของกฎการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมเชิงมุม ดาวเทียมจึงเคลื่อนขึ้นสู่วงโคจรที่สูงขึ้น สิ่งนี้จะลดความเร็วของดวงจันทร์ ในวงโคจรมันเริ่มเคลื่อนที่ช้าลง สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับโลก มันช้าลงส่งผลให้ความยาวของวันเพิ่มขึ้นทีละน้อย
ดวงจันทร์กำลังเคลื่อนตัวออกจากโลกประมาณ 38 มม. ต่อปี การศึกษาของนักบรรพชีวินวิทยาและนักธรณีวิทยายืนยันการคำนวณของนักดาราศาสตร์ กระบวนการค่อยๆ ชะลอตัวลงของโลกและการกำจัดดวงจันทร์เริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 4.5 พันล้านปีก่อน นั่นคือตั้งแต่วินาทีที่ร่างทั้งสองก่อตัวขึ้น ข้อมูลของนักวิจัยสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าช่วงต้นเดือนจันทรคตินั้นสั้นกว่า และโลกก็หมุนด้วยความเร็วที่เร็วขึ้น
คลื่นยักษ์ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะในน่านน้ำของมหาสมุทรเท่านั้น กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นทั้งในเสื้อคลุมและในเปลือกโลก อย่างไรก็ตาม จะสังเกตเห็นได้น้อยลงเพราะเลเยอร์เหล่านี้ไม่อ่อนเท่า
การถดถอยของดวงจันทร์และการชะลอตัวของโลกจะไม่เกิดขึ้นตลอดกาล ในท้ายที่สุด คาบการหมุนของโลกจะเท่ากับคาบการปฏิวัติของดาวเทียม ดวงจันทร์จะ "ลอย" เหนือพื้นที่หนึ่งพื้นผิว โลกและดาวเทียมจะหันข้างเดียวกันเสมอ ในที่นี้ควรระลึกว่าส่วนหนึ่งของกระบวนการนี้เสร็จสมบูรณ์แล้ว มันเป็นปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำที่นำไปสู่ความจริงที่ว่าด้านเดียวกันของดวงจันทร์สามารถมองเห็นได้บนท้องฟ้าเสมอ ในอวกาศมีตัวอย่างของระบบที่อยู่ในสมดุลดังกล่าว มีชื่อเรียกว่าพลูโตและชารอนแล้ว
ดวงจันทร์และโลกมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างต่อเนื่อง เป็นไปไม่ได้ที่จะบอกว่าร่างกายใดมีอิทธิพลต่ออีกฝ่ายหนึ่งมากกว่า ในเวลาเดียวกัน ทั้งคู่ก็ต้องเผชิญกับแสงแดด วัตถุในจักรวาลอื่นที่อยู่ห่างไกลออกไปก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน การพิจารณาปัจจัยดังกล่าวทั้งหมดทำให้ยากต่อการสร้างและอธิบายแบบจำลองการเคลื่อนที่ของดาวเทียมในวงโคจรรอบโลกของเราอย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม ความรู้ที่สั่งสมมาอย่างมหาศาล ตลอดจนการปรับปรุงอุปกรณ์อย่างต่อเนื่อง ทำให้สามารถทำนายตำแหน่งของดาวเทียมได้ตลอดเวลาอย่างแม่นยำไม่มากก็น้อย และทำนายอนาคตที่รอแต่ละวัตถุและระบบ Earth-Moon เป็น ทั้งหมด