Приливы

Приливы

Явление морских приливов было замечено очень давно. В V веке до нашей

эры о нём уже писал древнегреческий историк Геродот. Долгое время причины,

вызывающие приливы, оставались непонятными. В древности их объясняли

дыханием живущего в море божества Океана, или следствием дыхания планеты.

Высказывались и другие фантастические предположения о природе приливов.

Между тем уже в весьма отдалённые времена простые жители приморских земель

не только знали об особенностях приливов, но и связывали их с положением

луны. Древние финикийцы – лучшие мореплаватели античного мира – были

убеждены, что три движения моря управляются Луной: одно из них можно

наблюдать ежедневно, второе – ежемесячно, третье – ежегодно.

На островах Самоа ещё задолго до прихода туда европейцев жители

заранее очень точно высчитывали время приливов, руководствуясь положением и

фазами Луны. На коралловых рифах у берегов Самоа в огромном количестве

живут морские черви палоло – излюбленное лакомство самоанцев. Дважды в год

(в октябре и ноябре) черви покидают риф и всплывают к поверхности моря, где

их и ловят. Каждый раз палоло "приходят" среди ночи во время прилива на

шестые сутки после полнолуния и потом ещё две ночи подряд. На Самоа не было

календаря, не велось летосчисления, но наблюдательные самоанцы к

долгожданной ночи запасали сети и корзины и никогда не ошибались в сроках

лова.

Из европейских учёных первым обратил внимание на связь приливов с

движением Луны философ Р. Декарт (1596 – 1650). Он подметил, что время

наступления приливов связано с положением нашего естественного спутника над

горизонтом, а амплитуда зависит от фазы луны. Связь между Луной и приливами

он установил, а вот правильно объяснить её не смог. Согласно теории Декарта

Луна, проходя по небосводу, давит на воздух, окружающий Землю, а воздух, в

свою очередь, давит на воду, заставляя её понижаться. Теория приливов

Декарта была совершенно непохожа на господствовавшие в то время взгляды

Галилея на приливы.

Галилей отказался от идеи Кеплера о гравитационном притяжении, которую

он считал вызывающей сожаление уступкой средневековью. (Кеплер в своей

"Новой астрономии" (1609г.), содержавшей общие рассуждения о силе тяжести,

объяснял приливы как результат гравитационного притяжения, с которым Луна

действует на поверхность океана.) Сам Галилей верил, что приливы вызываются

влиянием вращения Земли на море и что само существование приливов является

доказательством того, что Земля движется, и тем самым косвенным

подтверждением коперниковской системы. Теория приливов Галилея была

изложена им в 1595г., и окончательный её вариант появился в 1632 г. в

"Dealogi sopra i due massimi sismi del mondo, Tolecaico e Coperniciano".

Галилей предположил, что в каждой точке земной поверхности происходят

постоянные изменения в скорости, зависящие от того, совпадают ли

направления орбитального и осевого вращения Земли. Под орбитальным здесь

понималось движение Земли вокруг Солнца в течение года, а под осевым –

вращение каждые 24 часа вокруг своей оси. Изменения скорости каждой

отдельной точки Земли вызывают возмущения в морском дне, которые,

передаваясь воде, вызывали приливы. Галилей пытался объяснить наблюдаемые

времена и высоты приливов, также как и их изменения от места к месту, как

результат ограничений, наложенных на первоначальную силу, вызываемую

движениями Земли вокруг Солнца и своей оси, конфигурацией морского дна.

Эти три подхода к объяснению происхождения морских приливов –

галилеев, декартов и ранние версии гравитационной теории (наиболее полно

изложенные у Кеплера) были основным содержанием "теории" морских приливов в

середине ХVII века. Ни одна из них ни тогда, ни через некоторое время не

смогла занять место другой, и все три имели своих почитателей и

последователей, также как и критиков. До настоящего объяснения устройства

Вселенной, так же как морских приливов, пришлось, однако, подождать до

рождения в Англии Исаака Ньютона. Он сумел в своих "Началах" не только

сформулировать основные законы механики, но и показать, как на их основе

можно объяснить многие загадочные явления, наблюдаемые на нашей планете. В

первую очередь это, пожалуй, относится к объяснению приливов в Мировом

океане. Теория приливов Ньютона предполагает, что в поле приливообразующей

силы поверхность океана приобретает фигуру равновесия. Если считать, что

океан покрывает твёрдую оболочку Земли непрерывным слоем одинаковой

глубины, то такой поверхностью будет эллипсоид вращения - эллипсоид

прилива, большая ось которого всегда направлена на Луну. Поверхность

эллипсоида двумя выпуклостями – "горбами" – поднимается выше среднего

уровня покоя океана, а между ними широким поясом, охватывающим весь твёрдый

шар, - пояс малых вод – лежит ниже среднего уровня. Эллипсоид, следуя за

луной, делает один оборот в течение месяца, а твёрдое тело внутри

эллипсоида делает один оборот в сутки, что и создаёт в каждой точке тела

периодические колебания уровня приливного типа. В течение суток Луна

продвигается в ту же сторону, что и Земля (при её вращении) по своему пути

на расстояние, соответствующее 50 минутам (Луна обращается вокруг Земли за

271/3 дня). Поэтому от момента одной полной воды до другой должно проходить

не 12 часов, а 12 ч 25 мин.

Так как Луна имеет склонение, периодически изменяющееся в пределах от

23,5° S до 23,5° N, то большая ось эллипсоида переменно наклонена к

плоскости экватора. Это и создаёт суточное неравенство прилива в

амплитудах и временах. Иногда это приводит к полному изменению картины

прилива. На параллели будет уже наблюдаться только одна полная вода в

сутки. Прилив из полусуточного (две полные и две малые воды в сутки)

становится суточным. Ньютон смог дать вполне законченное объяснение такой

трансформации приливов, и это было его первой теорией так называемых

неравенств прилива.

Ньютон не упустил из вида, что Солнце, с точки зрения механизма

возникновения приливообразующих сил, также должно приводить к аналогичным

эффектам, что и действие Луны. В некотором смысле его действие должно быть

даже проще. Ведь вращение земли составляет 24 часа ( а не 24ч 50 мин как у

Луны), так что солнечный прилив будет иметь период равный точно 12 ч.

Правда, он может уступать по мощности лунному и несмотря на то, что масса

Солнца больше массы Луны, так что притягивать водные частицы оно должно

сильнее. Это было бы так, если бы не огромная разница в расстояниях от

Земли до Луны и до Солнца. Расчёт солнечного эллипсоида, сделанный

Ньютоном, показал, что величины солнечного прилива в 2,17 раз меньше

лунного. Имея теперь два равноправных эллипсоида: солнечный и лунный,

Ньютон смог дать вполне наглядное объяснение сизигийным и квадратурным

приливам. Когда оба эллипсоида складываются, т.е. когда приливообразующие

силы Луны и Солнца действуют в одном направлении (а это бывает в сизигии –

при полнолунии или новолунии), то высокая вода максимальна. В квадратуре,

наоборот, она минимальна (солнечный эллипсоид "вычитается" из лунного).

Ньютону удалось также заметить, что такие важные астрономические

эффекты как изменение расстояния Луны от Земли в течение месяца и

расстояния от Земли до Солнца в течение года приведут, естественно, к

соответствующему изменению величин приливообразующих сил и к особым

долгопериодным аномалиям в ходе приливов. Последние носят названия

параллактических неравенств, наличие которых было также объяснено Ньютоном.

Ньютон обнаружил, что в рамках его теории путём учёта изменений в

склонениях Луны и Солнца можно объяснить и такой казалось бы

малозначительный факт, подмеченный уже к тому времени наблюдателями, что в

разных местах вечерний прилив выше, чем утренний в одно время года, и ниже

в другое. Поскольку между весенним и осенним равноденствием Солнце имеет

северное склонение (лунная орбита почти не меняет своего склонения

относительно солнца), то линия из центра Земли к Луне всегда будет на

солнечной стороне, т.е. в северных широтах. Эта линия – ось приливного

эллипсоида, так что летом дневной прилив выше ночного, а зимой когда

склонение Солнца южное – наоборот.

Приходится лишь удивляться, как Ньютон смог в то время объяснить

практически все основные особенности приливов. Видимо, хорошее знание

астрономии позволило ему сразу уловить причины аномалий приливов, связанные

с изменением во времени взаимного расположения Земли, Солнца и Луны.

Теория морских приливов, созданная Ньютоном и известная в настоящее

время под названием статическая (потому что предполагалось существование

Страницы: 1, 2