Чому Місяць не падає на Землю (Віктор Бабінцев)
Один древній грек, нібито Плутарх, прорік: мовляв, як тільки Місяць сповільнить свій біг, вона відразу впаде на Землю, як камінь, викинутий із пращі. Це було сказано ще тоді, коли падали зірки, а чи не метеорити.
Віків так через сімнадцять Галілей, озброєний вже не лише мистецтвом розумних узагальнень, а й телескопом, продовжив: Місяць, мовляв, не сповільнює свій біг тому, що рухається за інерцією, і цьому руху, очевидно, ніщо не перешкоджає. Сказав, як відрізав.
Ще років через двісті свої три копійки вставив Ньютон: мовляв, шановні, якби Місяць рухався тільки за інерцією, він би рухався прямою, давним-давно зникнувши в безодні Всесвіту; Землю і Місяць утримує один біля одного сила взаємного тяжіння, що змушує останню рухатися по колу. Більше того, говорив він, гравітація, будучи, швидше за все, першопричиною будь-якого руху у Всесвіті, здатна на окремих ділянках еліптичної (Кеплерової) орбіти навіть прискорювати біг Місяця, що трохи сповільнився... Років через сто Кавендіш за допомогою свинцевих болванок і крутильних ваг нібито довів взаємне тяжіння між небесними тілами.
От і все. Отже, це інерція і гравітація, які змушують Місяць рухатися замкненою орбітою, і є причинами, що не дозволяють Місяцю впасти на Землю. Виходить, якщо гравітаційна маса Землі раптом збільшиться, то Місяць лише відсунеться від неї на своїй вищій орбіті за рахунок збільшення швидкості та пропорційно зростаючого ефекту відцентровості. Але...
Жодних замкнутих орбіт – кругових та еліптичних – бути у супутників планет не може. Зараз ми подивимося на спільне падіння Землі та Місяця на Сонці і переконаємося в цьому.
Отже, Земля та Місяць спільно «падають» угравітаційному просторі Сонця вже близько 4-х мільярдів років. При цьому швидкість Землі щодо Сонця – приблизно 30 км/с, а Місяця – 31. За 30 днів Земля проходить своєю траєкторією 77,8 млн. км (30 х 3600 х 24 х 30), а Місяць – 80,3. 80,3 - 77,8 = 2,5 млн. км. Радіус орбіти Місяця дорівнює приблизно 400 000 км. Отже, довжина кола орбіти Місяця – 400000 x 2 x 3,14 = 2,5 млн. км. Тільки в наших міркуваннях 2,5 млн км - це вже «кривизна» майже прямої траєкторії Місяця.
Масштабне відображення траєкторій Землі та Місяця може виглядати і так: якщо в одній клітці буде 1 млн. км, то шлях, пройдений Землею та Місяцем за місяць, не вміститься і на весь розворот зошита в клітинку, при цьому максимальне видалення траєкторії Місяця від траєкторії Землі у фазах повного місяця і молодика буде рівно всього 2-м міліметрам.
Однак можна взяти довільну довжину відрізок, що означає шлях Землі, і намалювати рух Місяця за місяць. Рух Землі та Місяця відбувається праворуч наліво, тобто проти годинникової стрілки. Якщо Сонце в нас десь унизу малюнка, то правої частини малюнка ми точкою позначимо Місяць у фазі повного місяця. Нехай Земля в цей час буде точно під цією точкою. Через 15 днів Місяць буде у фазі молодика, тобто саме посередині нашого відрізка і саме під Землею на малюнку. У лівій частині малюнка знову позначаємо точками положення Місяця та Землі у фазі повного місяця.
Місяць протягом місяця двічі перетинає траєкторію Землі в так званих вузлах. Перший вузол буде приблизно за 7,5 діб від фази повного місяця. З Землі в цей час видно саме половинку місячного диска. Ця фаза називається першою чвертю, тому що Місяць на той час проходить чверть свого щомісячного шляху. Вдруге Місяць перетинає траєкторію Землі в останній чверті, тобто приблизно 7,5діб від фази молодика. Намалювали?
Ось що цікаво: Місяць у вузлі першої чверті знаходиться на 400000 км попереду Землі, а у вузлі останньої чверті – вже на 400000 км позаду неї. Виходить, Місяць "по верхньому гребеню хвилі" рухається з прискоренням, а "по нижньому" - з уповільненням; шлях Місяця від вузла останньої чверті до вузла першої чверті на 800 000 км довше.
Звичайно, Місяць у своєму русі «верхньою дугою» прискорюється не мимоволі, це Земля своєю гравітаційною масою захоплює її і як би перекидає через себе. Саме ця властивість рухомих планет – захоплювати і прискорювати, захоплюючи за собою – і використовується для прискорення космічних зондів при так званому гравітаційному маневрі. Якщо ж зонд перетинає шлях планети спереду від неї, ми маємо гравітаційний маневр із уповільненням зонда. Все просто.
Кульмінація повного місяця повторюється через 29 діб 12 годин і 44 хвилини. Це синодичний період звернення Місяця. Теоретично Місяць повинен проходити свій шлях орбітою за 27 діб 7 годин і 43 хвилини. Це сидеричний період звернення, якого, насправді, просто немає, як немає і замкнутої орбіти з певною довжиною кола. Нестиковку у дві доби у підручниках пояснюють переміщенням Землі та Місяця за місяць щодо круглого Сонця.
Отже, Ньютон «непадіння» Місяця на Землю пояснював її тимчасовими прискореннями під час руху еліптичною орбітою. Ми, на мою думку, пояснили це ще простіше. А головне - правильніше та практичніше.
Пам'ятається, Кеплер і Галілей дружно сміялися над "одержимістю заокругленістю" орбіт своїх просунутих сучасників: мовляв, посміємося, мій Кеплер, великої дурниці людської. Однак добре сміється лише той, хто сміється останнім. Щоправда, сміятися над дурістю, що потрапила до підручників, якось неприйнято. І ми не будемо.
Тепер - час відповісти на непросте запитання "Чому Місяць до Землі завжди одним боком?". Відповідь проста: тому що траєкторія руху Місяця є не хвилею, а спіраль з віссю, що знаходиться на Землі.
Якщо один літак просто летить, а інший робить навколо нього "бочку", то з першого літака завжди видно лише "черево" другого. При цьому другий літак по черзі підставляється сонячним променям усіма своїми сторонами, якщо сонце десь збоку від них. Таким чином, зміна світлого та темного часу доби відбувається на Землі завдяки її добовому обертанню, а на Місяці день і ніч змінюються завдяки її руху спіральною траєкторією.