Неліктен Ай әрқашан бізге бір жақта қарайды?

Ғарышта көп нәрсе өздігінен түсінікті болып көрінеді, бірақ олардың себебін ойлағанда ғана шын мәнінде қаншалықты күрделі екенін аңғарамыз. Түнгі аспанда біз Айдың дискін үнемі бірдей күйде көреміз және мыңдаған жылдар бойы адамзат оның арғы бетін ешқашан көрмегенін көпшілік ойлай бермейді. Шын мәнінде бұл қарапайым көріністің артында миллиардтаған жылдар бойы қалыптасқан күрделі физикалық механизм жатыр. Ай қозғалмай тұрған жоқ — ол айналады, бірақ өз осінен айналу жылдамдығы Жерді айналу қозғалысымен дәл сәйкес келеді. Сондықтан біз әрдайым оның бір ғана бетін көреміз. Дәл осы сәйкестік бұл тақырыптың негізгі мәнін құрайды.

Синхронды айналу деген не

Спутниктің өз планетасына үнемі бір жағымен қарауы құбылысы ғылымда синхронды айналу немесе толқындық құлыпталу деп аталады. Оның мәні мынада: Айдың өз осінен айналу периоды оның Жерді айналу периодына дәл тең — екеуі де шамамен 27,3 Жер тәулігіне тең.

Бұл кездейсоқ сәйкестік емес және «қатып қалған» күй де емес. Ай шынымен айналады, бірақ ол өз осінен бір толық айналымды Жерді бір рет айналып шығатын уақыт ішінде жасайды. Егер мұндай сәйкестік болмаса, біз Айдың барлық 360 градус бетін біртіндеп көре алар едік, дәл айналып тұрған глобустың әртүрлі жақтарын көргеніміз сияқты.

Толқындық құлыпталу қалай жұмыс істейді

Толқындық құлыпталу механизмі екі аспан денесінің гравитациялық өзара әрекеттесуіне негізделген. Бұл процесті кезең-кезеңімен қарастырайық.

1. Жер өз тартылысы арқылы Айға біркелкі әсер етпейді. Жерге қараған бөлігі қарама-қарсы жағына қарағанда күштірек тартылады. Бұл дененің созылуына, яғни екі объектіні қосатын сызық бойымен деформациялануына әкеледі.
2. Ерте кезеңде Ай қазіргіге қарағанда әлдеқайда жылдам айналған. Толқындық «дөңестер» Жер бағытына дәл сәйкес келмей, одан алға қарай ығысып отырған. Осыдан пайда болған айналдырушы күш Айдың айналуын біртіндеп баяулатқан.
3. Бұл баяулау жүздеген миллион жыл бойы жалғасты, нәтижесінде Айдың айналу жылдамдығы оның орбиталық қозғалыс жылдамдығына теңесті. Осы кезде жүйе физикада ең аз энергия күйі деп аталатын тұрақты тепе-теңдікке жетті. Ай бүгінге дейін осы күйде.
4. Қазіргі жағдай сақталған кезде бұл процесс қайтымсыз. Ай бұл күйден өздігінен шыға алмайды, өйткені кез келген ауытқу оны қайтадан тепе-теңдікке қайтаруға ұмтылатын күшті тудырады.

Ұқсас құбылыс Күн жүйесінің басқа бөліктерінде де байқалады. Мысалы, Плутонның ең ірі серігі Харон Плутонмен өзара толқындық құлыпталу күйінде, яғни екеуі де бір-біріне үнемі бір жағымен қараған.

Неліктен дәл Ай осылай болды

Толқындық құлыпталудың жылдамдығы мен орын алуы бірнеше негізгі факторға байланысты. Жер мен Ай жүйесінде бұл жағдайлар ерекше үйлескен.

Негізгі факторлар:

• Жер мен Ай арасындағы салыстырмалы түрде жақын қашықтық, бұл толқындық әсерді күшейтеді;
• Жер массасының Ай массасына қарағанда едәуір үлкен болуы;
• Ай затының алғашқы кезеңдерде жеткілікті пластикалығы, бұл оның деформациялануына мүмкіндік берді;
• төрт миллиард жылдан астам уақыттың өтуі, бұл процестің толық аяқталуына жағдай жасады.

Салыстыру үшін, Юпитердің Ио, Еуропа және Ганимед серіктері де алып планетаның толқындық әсерінен синхронды айналу күйіне түскен. Бұл құбылыстың әмбебап екенін көрсетеді.

Либрация — неге біз жартысынан сәл көбірек көреміз

Шын мәнінде, біз Айдың дәл 50 пайызын емес, шамамен 59 пайызын көре аламыз. Бұл либрация деп аталатын құбылысқа байланысты.

Бұл әсердің бірнеше түрі бар:

• бойлық бойынша либрация — Ай орбитасының эллипстік болуына байланысты, қозғалыс жылдамдығы өзгеріп тұрады, ал осьтік айналу бірқалыпты қалады;
• ендік бойынша либрация — Ай осінің орбита жазықтығына қатысты шамамен 6,7 градусқа еңкеюіне байланысты, бұл бізге полюстердің арғы жағын сәл көруге мүмкіндік береді;
• тәуліктік либрация — Жердің өз айналуына байланысты бақылау нүктесінің ауысуы, бұл таңертең және кешке Айға әртүрлі бұрышпен қарауға мүмкіндік береді.

Бұл әсерлердің әрқайсысы шағын болғанымен, бірге қосылғанда Айдың шеткі бөліктерін көруге мүмкіндік береді. Дегенмен оның шамамен 41 пайызы Жерден ешқашан көрінбейді.

Айдың арғы беті — онда не бар

Ұзақ уақыт бойы Айдың көрінбейтін жағы толық құпия болып келді. Тек 1959 жылдың қазан айында кеңестік «Луна-3» аппараты алғаш рет оның арғы бетін суретке түсіріп, Жерге жеткізді.

Анықталғандай, екі жарты шар айтарлықтай ерекшеленеді:

• көрінетін бетінде кең қараңғы жазықтар — базальт лаваларымен толған «теңіздер» көп;
• арғы беті негізінен кратерлерге толы таулы аймақтардан тұрады және ірі теңіздер аз;
• жасырын жағындағы қыртыс шамамен 10–15 километрге қалың, бұл магманың бетке шығуына кедергі жасаған;
• дәл осы аймақта 2019 жылы қытайлық «Чанъэ-4» аппараты алғаш рет жұмсақ қонуды жүзеге асырды.

Бұл айырмашылықтардың нақты себебі әлі толық анықталған жоқ. Кейбір ғалымдар бұл жас Айдың екінші, кішірек серікпен соқтығысуының нәтижесі болуы мүмкін деп болжайды.

Толқындық құлыпталудың Жерге әсері

Ай мен Жердің өзара әрекеті тек оның бір жағымен көрінуімен шектелмейді. Сол толқындық күштер Жердің өзіне де әсер етеді.

Жердің айналуын баяулату

Жер өз айналу энергиясының бір бөлігін біртіндеп жоғалтады. Соның нәтижесінде тәуліктің ұзақтығы әр жүз жыл сайын шамамен 1,4 миллисекундқа ұлғаяды. Бұл аз көрінгенімен, миллиондаған жылдар ішінде үлкен айырмашылыққа әкеледі — динозаврлар дәуірінде тәулік шамамен 23 сағат болған.

Айдың Жерден алыстауы

Сонымен қатар Ай біртіндеп алыстап барады. Жыл сайын ол Жерден шамамен 3,8 сантиметрге алыстайды. Бұл құбылыс «Аполлон» бағдарламасы кезінде орнатылған шағылдырғыштар арқылы лазерлік өлшеулермен дәлелденген.

Жер осінің тұрақтылығы

Айдың тартылысы Жер осінің еңкеюін тұрақты шектерде ұстап тұрады — шамамен 22,1 мен 24,5 градус аралығында. Егер мұндай әсер болмаса, ось хаотикалық түрде өзгеріп, климаттың күрт ауытқуына әкелуі мүмкін еді. Дәл осы тұрақтылық Жердегі өмірдің дамуына қолайлы жағдай жасаған.

Мыңжылдықтар бойы аспанды бақылау енді бізге оны басқаратын терең физикалық заңдарды түсінуге мүмкіндік берді. Толқындық құлыпталу — ерекше ғажайып емес, гравитациялық өзара әрекеттесудің заңды нәтижесі. Бұл құбылыс бүкіл ғаламда қайталанып отырады. Жер мен Ай жүйесін зерттей отырып, ғалымдар басқа планеталық жүйелердің эволюциясын түсінуге мүмкіндік алады. Ғасырлар бойы өзгермейтіндей көрінген Ай шын мәнінде ғарыштың үздіксіз әрі динамикалық тарихының тірі куәгері болып табылады.