Как Луна вызывает приливы

На большинстве побережий в сутки бывает два прилива с промежутком около 12 часов 25 минут.

Два выступа, а не один

Если провести день на пляже, море дважды наступит и отступит. NASA объясняет причину так. Луна притягивает все части Земли, но неодинаково. Сильнее всего она притягивает ближайшую сторону, слабее центр Земли и ещё слабее дальнюю сторону. Вода на ближней стороне притягивается к Луне сильнее твёрдой Земли, а твёрдая Земля сильнее воды на дальней стороне. В результате вода растягивается вдоль линии от Земли к Луне и собирается в два выступа: один обращён к Луне, другой находится напротив.

Белые стрелки в модели показывают эту разность притяжений, называемую приливной силой. Под Луной и на противоположной стороне стрелки направлены наружу, от центра Земли. Посередине между ними они направлены внутрь. NASA предлагает наглядное сравнение: как воду на столе, океан гораздо легче сдвинуть в сторону, чем поднять, поэтому приливная сила в основном перемещает воду вдоль поверхности, пока та не соберётся в двух выступах. При вращении Земли каждый берег проходит через оба выступа и обе впадины, что даёт два прилива и два отлива в сутки.

Почему каждый день прилив наступает на 50 минут позже

Между приливами проходит не ровно 12 часов. Пока Земля делает оборот, Луна движется по орбите в том же направлении, поэтому берегу нужно ещё около 50 минут, чтобы снова оказаться под Луной. Полный цикл занимает примерно 24 часа 50 минут, а между двумя приливами в нём проходит около 12 часов 25 минут. NASA также отмечает, что выступы направлены не точно на Луну: вращение Земли немного увлекает их вперёд. Формы заливов и глубина моря вносят свои поправки, поэтому для реального побережья всё равно нужна местная таблица приливов.

Вклад Солнца: сизигийные и квадратурные приливы

Солнце тоже вызывает приливы. По данным NASA, его масса примерно в 27 миллионов раз больше лунной, но оно примерно в 390 раз дальше, поэтому его приливная сила чуть меньше половины лунной. Расстояние так важно потому, что приливы вызваны разностью притяжения на разных сторонах Земли, а она обратно пропорциональна кубу расстояния: 27 000 000 ÷ 390³ ≈ 0.46. В новолуние и полнолуние Солнце и Луна выстраиваются в линию, их воздействия складываются и дают особенно высокие приливы и низкие отливы, называемые сизигийными. Английское название spring tides не связано с весной. В первой и последней четверти силы направлены под прямым углом и частично компенсируются, вызывая более слабые квадратурные приливы.

В показаниях модели прилив от одной Луны принят за 1. Если добавить солнечный прилив 0.46 на одной линии, получится 1.46 для сизигийного прилива; под прямым углом воздействия частично компенсируются до 0.54 для квадратурного. В этой простой модели сизигийный прилив примерно в 2.7 раза больше квадратурного. Реальное соотношение зависит от побережья. Приливы бывают и в горных породах. NASA отмечает, что твёрдая Земля тоже немного растягивается, а земное притяжение поднимает и опускает поверхность Луны примерно на 10–15 см, что приходится учитывать при лазерных измерениях расстояния до отражателей Apollo.