6 دقیقه
ماه هرساله حدود 1½ اینچ (3.8 سانتیمتر) از زمین دور میشود. دانشمندان این عقبنشینی را با دقت بسیار بالا از طریق اندازهگیری لیزری ماه ثبت میکنند: لیزرهایی که از زمین شلیک میشوند از آینه‌های بازتابنده‌ای که فضانوردان آپولو و مأموریت‌های روباتیک بر سطح ماه قرار داده‌اند بازمی‌گردند. با زمانسنجی سفر رفت و برگشت نور، پژوهشگران می‌توانند تغییرات بسیار کوچک در فاصلهٔ زمین–ماه را تشخیص دهند و دنبال کنند که این فاصله در طول دهه‌ها چگونه تغییر می‌کند.
مقادیر معمول فاصلهٔ ماه را حدود 239,000 مایل (385,000 کیلومتر) از زمین نشان می‌دهند، اما مدار ماه بیضوی است و در طول یک ماه تقریباً 12,400 مایل (20,000 کیلومتر) تغییر می‌کند. این خروج از دایره بودن مدار توضیح می‌دهد که چرا بعضی بدرهای کامل—که به آنها «سوپرمون» گفته میشود—در آسمان ما بزرگ‌تر به‌نظر می‌رسند.
نیروهای جزر و مدی و مکانیزم عقبنشینی ماه
جزر و مدها ناشی از تفاوت در کشش گرانشی در سراسر زمین هستند. نیروی گرانش ماه در سمت نزدیک‌تر زمین قوی‌تر از سمت دورتر است و باعث ایجاد دو برآمدگی جزر و مدی در اقیانوس‌ها میشود: یکی به‌سمت ماه و دیگری در سمت مقابل آن. یک انیمیشن ناسا، بدون مقیاس، نشان می‌دهد که چگونه ماه جزر و مد را بر زمین ایجاد می‌کند. آب اقیانوس‌ها به‌سمت ماه و از آن دور می‌غلتد. (NASA/Vi Nguyen)
از آنجا که چرخش زمین سریع‌تر از گردش ماه است، این برآمدگی‌ها کمی جلوتر از موقعیت ماه حمل میشوند. اصطکاک بین آب متحرک اقیانوس و سطح زمین باعث میشود برآمدگیهای جزر و مدی «جلوتر» از ماه قرار گیرند و گشتاور گرانشی ایجاد کنند که تکانهٔ زاویهای را از زمین به ماه منتقل می‌کند. برآمدگی سمت نزدیک، ماه را در مدارش به جلو می‌کشد، انرژی مداری ماه را افزایش می‌دهد و در طول زمان میانگین فاصلهٔ آن از زمین را افزایش می‌دهد.
همان‌طور که ماه به‌دور زمین می‌گردد، برآمدگیهای جزر و مدی دقیقاً به‌سمت ماه قرار ندارند، بلکه بهدلیل اصطکاک با زمین چرخان کمی جلوتر از آن هستند. (NASA/Vi Nguyen)
این فرایند کند اما پیوسته است. تبادل انرژی و تکانهٔ زاویهای کمی سرعت چرخش زمین را کاهش می‌دهد—که باعث افزایش طول روز به اندازهٔ کسری از ثانیه در هر قرن میشود—و در عین حال شعاع مداری ماه را با نرخ اندازه‌گیری‌شده افزایش می‌دهد.
پیش‌زمینهٔ علمی و شواهد رصدی
اندازهگیری لیزری ماه (LLR) با بازتابنده‌هایی که توسط مأموریت‌های آپولو و شوروی روی سطح ماه گذاشته شدند آغاز شد. آن آزمایش‌ها پایهٔ برآوردهای دقیق از تضعیف جزر و مد، تکامل مداری و آزمون‌های نظریهٔ گرانش هستند. LLR همچنین پارامترهای سامانهٔ زمین–ماه را محدود می‌کند که در مدل‌های اقلیم، زمین‌شناسی و دینامیک سیاره‌ای به‌کار می‌روند.
یافته‌های زمین‌شناسی و سوابق فسیلی نیز تأیید مستقلی بر تغییرات چرخش زمین ارائه می‌دهند. تحلیل حلقه‌های رشد در مرجان‌های فسیلی و الگوهای رشد صدف‌ها در دوکفه‌ای‌های باستانی نشان می‌دهد صدها میلیون سال پیش روزها کوتاه‌تر بودند—مطابق با نرخ‌های چرخش بالاتر زمانی که ماه به زمین نزدیک‌تر بود.
فرضیهٔ غالب دربارهٔ شکل‌گیری—مدل برخورد عظیم—پیشنهاد می‌کند که یک کره‌سیاره به اندازهٔ مریخ حدود 4.5 میلیارد سال پیش به زمینِ اولیه برخورد کرد و موادی را پرتاب کرد که سپس به‌هم پیوستند و ماه را شکل دادند. ماهِ اولیه بسیار نزدیک‌تر بود و بزرگ‌تر به‌نظر می‌رسید و جزر و مدهای قوی‌تری ایجاد می‌کرد.
پیامدها برای زمین و چشم‌انداز بلندمدت
آیا دور شدن آهستهٔ ماه بر زندگی روزمرهٔ ما تأثیر می‌گذارد؟ از نظر عملی، تغییرات ناگهانی پیش‌بینی نمی‌شود. نرخ کنونی عقبنشینی—حدود 1.5 اینچ در سال—نسبت به فاصلهٔ متوسط ماه بسیار ناچیز است (حدود 0.00000001% در سال). جزر و مدها، کسوفها و روزهای تقریباً 24 ساعته برای میلیونها تا میلیاردها سال ادامه خواهند داشت.
اگر به زمانهای بسیار دور تعمیم دهیم، تعاملات جزر و مدی ممکن است نهایتاً چرخش زمین را با دورهٔ مداری ماه همگام کند (حالتی که قفل جزر و مدی نامیده میشود). در آن سناریوی دور، ماه مانند نقطه‌ای ثابت بر فراز یک نیم‌کره به‌نظر می‌رسد و عقبنشینی متوقف میشود. با این حال، تحول ستارهای مداخله می‌کند: در حدود یک میلیارد سال آینده افزایش روشنایی خورشید اقیانوس‌ها را کاهش داده و تضعیف فرآیند جزر و مد را باعث میشود، و در چند میلیارد سال بعد مرحلهٔ غولسرخ خورشید سیستم زمین–ماه را به‌طور بنیادی تغییر خواهد داد یا نابود خواهد کرد.
ماموریت‌ها و فناوری‌ها
فناوری‌های کلیدی شامل بازتابندههای ماه، ایستگاه‌های زمینی اندازهگیری لیزری و سامانه‌های زمانسنجی دقیق هستند. مأموریت‌های جاری و برنامه‌ریزی‌شدهٔ ماه توسط ناسا، ESA و دیگر سازمان‌ها می‌توانند شبکهٔ LLR را گسترش دهند، مدل‌های ژئوفیزیکی را به‌روز کنند و پیش‌بینی‌های تکامل جزر و مد را دقیق‌تر نمایند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا مورالز، دانشمند سیاره‌ای (نمونه)، می‌گوید: «اندازهگیری لیزری ماه پنجره‌ای بی‌نظیر و دقیق به دینامیک جفت زمین و ماه فراهم می‌آورد. نرخ عقبنشینی داستانی منسجم دربارهٔ تضعیف جزر و مدی در اقیانوس‌ها و گوشتهٔ زمین را روایت می‌کند. هرچند تغییر سالانهٔ عددی بسیار کوچک است، اما در مقیاس‌های زمین‌شناختی تأثیرات قابل اندازهگیری بر چرخش زمین و تاریخ ثبت‌شده در فسیل‌ها دارد.»
نتیجه‌گیری
نیروهای جزر و مد سبب عقبنشینی تدریجی ماه از زمین با نرخ حدود 1½ اینچ (3.8 سانتیمتر) در سال میشوند. آزمایش‌های اندازهگیری لیزری، سوابق زمین‌شناسی و فیزیک تبادل تکانهٔ زاویهای توضیح منسجمی ارائه میکنند: برآمدگیهای جزر و مدی اقیانوسی که به‌خاطر چرخش زمین کمی جلوتر کشیده میشوند، تکانه را به ماه منتقل کرده و چرخش زمین را کند میکنند. اگرچه این فرایند طول روز و فاصلهٔ ماه را در مقیاس زمین‌شناسی تغییر می‌دهد، تأثیرات فوری آن اندک است و پدیده‌های آشنا—جزر و مد، کسوفها و نمای ماه—برای میلیونها سال آینده پابرجا خواهند ماند.
منبع: sciencealert
نظرات