Același mecanism ridică nivelul apei pe Terra, dar are multe alte efecte extraordinare asupra Pământului, Lunii și la nivel intergalactic!
credit: ck12.org
Trebuie să începem prin a spune că mecanismul de producere a mareei, deși, în principiu simplu, este unul complicat atunci când vrem să explicăm în detaliu ce se întâmplă. Aceste complicații, pe care le vom descrie în acest articol, fac ca majoritatea explicațiilor pe care le găsiți pe Internet să fie greșite ori cel puțin incomplete. Deşi ne vom referi în acest articol la modul în care sunt generate mareele pe Terra, acelaşi mecanism este prezent între alte corpuri cereşti şi explică, printre altele: vulcanii de pe satelitul natural al planetei Jupiter, Io, de ce Luna ne arată aceeaşi faţă, de ce Pământul încetinește în mișcarea de rotație în jurul propriei axe şi de ce galaxii mari pot rupe galaxii mai mici.
Mecanismul de producere a mareelor
Iată pe scurt în ce constă mecanismul cosmic ce generează mareea. Vom descrie mecanismul în termeni newtonieni, adică vom vorbi despre forță de atracție gravitațională, deși cei familiari cu teoria generală a relativității știu că gravitația este efectul curbării spațiu-timpului de către masă/energie. Deși relativitatea generală este teoria corectă a gravitației, cel puțin după câte știm azi, folosirea teoriei gravitației a lui Newton face mecanismul mareelor mai ușor de înțeles.
Mareea este o mișcare periodică de ridicare (flux) sau coborâre (reflux) a nivelului apelor mării sau oceanului (de două ori pe zi), datorită atracției gravitaționale a Lunii și a Soarelui.
1. Luna exercită o forță de atracție gravitațională asupra Pământului
Luna, satelitul natural al Pământului, are o masă de 7.342×1022 kg (0,012 din masa Pământului) și se află la distanțe între 356.400 și 406.700 km de Terra. Luna exercită o forță de atracție gravitațională asupra Pământului. Terra, care are o masă de 5.9722×1024 kg, exercită, de asemenea, o forță gravitațională asupra Lunii, mai mare, ca urmare a masei mai mari.
2. Luna are un rol esențial în generarea mareei
Atracția gravitațională exercitată de Lună asupra Pământului, în ansamblul său, este responsabilă, în parte, de apariția mareelor, adică de ridicarea (flux) și coborârea (reflux) nivelului apelor oceanelor pe glob.
Evoluția mareei, sub influența Lunii și a Soarelui (detalii în articol)
credit: wikipedia.org
3. Pământul și Luna se rotesc în jurul centrului comun de greutate
Faptul că cele două corpuri cerești, Pământul și Luna, sunt cuplate gravitațional face ca cele două corpuri să se rotească, luate împreună, în jurul centrului de greutate al acestui ansamblu Pământ-Lună. Centrul de greutate se află situat la circa 1.700 km sub suprafața Terrei ori la circa 4.700 km de centrul Pământului, înspre Lună.
Animație rotație a cuplului Pământ-Lună în jurul centrului comun de masă
4. De ce se ridică și apa oceanelor de pe partea cea mai îndepărtată de Lună a Pământului
Această rotație în jurul centrului de greutate al ansamblului Pământ-Lună face ca partea cea mai îndepărtată de Lună (practic partea dintre centrul de greutate și suprafața terestră din partea cea mai depărtată de Lună) să resimtă ceea ce numim forța centrifugă (care este o forță inerțială, tendința unui corp de a-și continua starea de mișcare în care se află). Asta înseamnă că partea depărtată de Lună a Pământului va avea tendința de a se depărta de Lună, depășind atracția gravitațională a Lunii.
5. Mareea, ca urmare a influenței Lunii, pe scurt
Așadar, și acesta este un aspect foarte important: pe partea apropiată de Lună a Pământului nivelul apei oceanelor crește ca urmare a atracției gravitaționale exercitate de Lună, iar pe partea opusă a Pământului, cea mai depărtată de Lună, nivelul apei crește ca urmare a forței centrifuge.
6. Soarele are, de asemenea, o influență importantă în mecanismul mareic
Dar Luna nu este singurul actor în această piesă. Soarele are, de asemenea, o influență gravitațională care afectează în mod vizibil nivelul apei oceanelor. Deși masa Soarelui este enormă în raport cu Pământul ori Luna, forța gravitațională scade rapid cu distanța, iar Soarele se află la o distanță enormă de Pământ, în raport cu distanța la care se află Luna în raport cu Pământul. Forța gravitațională exercitată de Soarele asupra Pământului reprezintă 46% din forța gravitațională exercitată de Lună. Mareele solare, cele generate de soare, au, prin urmare, valori maxime și minime la jumătate față de cele generate de Lună.
Reprezentare grafică (exagerată) a influenței Lunii și Soarelui asupra Pământului
Rolul Soarelui și al Lunii în producerea mareei
7. Super mareea
Faptul că avem doi actori importanți, chiar dacă influența Soarelui este jumătate din cea a Lunii, complică modul în care mareea (nivelul fluxurilor și al refluxurilor) evoluează, în funcție de poziția celor două corpuri cerești, Soare și Lună, față Pământ. Atunci când Pământul, Luna și Soarele sunt aliniate (eclipsă de Soare), forța de atracție gravitațională combinată a Lunii și a Soarelui generează ceea ce este numit „super maree”, când nivelul apelor atinge nivelul cel mai ridicat. Ultima super maree a avut loc în 2015.
8. Nu doar nivelul apei crește
Sunt două fluxuri şi două refluxuri pe zi, în acelaşi punct de pe suprafaţa terestră, în zonele direct afectate de gravitaţia Lunii şi de forţa centrifugă rezultată din rotaţia cuplului Tera-Lună în jurul centrului comun de greutate, dat fiind faptul că Pământul se roteşte în jurul propriei axe. Trebuie ştiut că nu doar nivelul apei se ridică, sub influenţa forţelor menţionate, ci şi nivelul suprafeței terestre, până la 30 de centimetri, dar acest lucru, desigur, nu este vizibil cu ochiul liber, dat fiind că nu avem un element de comparaţie.
9. De ce doar oceanele prezintă flux şi reflux?
În fapt nu e vorba doar despre acestea, dar mările închise, precum Marea Neagră, şi lacurile au creşteri ale nivelului apei mici, de ordinul centimetrilor, şi sunt greu de identificat cu ochiul liber. În cazul Mării Negre diferența dintre maximul fluxului și minimul refluxului, deci între valorile extreme, este de circa 10-11 cm. Cel mai mare nivel al mareei este de 16 metri (ori chiar 19 metri, în funcție de sursă), în golful Fundy, Canada.
10. Luna se îndepărtează de Pământ
Creasta valului care se formează ca urmare a mecanismului mareic, din cauza faptului că Pământul se află în mişcare de rotaţie în jurul axei sale, de la vest la est, nu este perfect aliniat pe linia Terra - Vârf-val - Lună, ci este un pic înainte, în sensul mișcării de rotație axiale a Pământului.
Acest fapt are consecinţe extraordinare! Iată de ce. Valul apă are, de asemenea, o mică influenţă gravitaţională asupra Lunii. Această mică atracţie gravitaţională are efectul de a împinge un pic Luna către înainte, făcând-o, în fapt, să se depărteze de Pământ cu patru centimetri pe an.
11. Luna este ca o frână pentru mișcarea de rotație Pământului în jurul propriei axe
Cum valul mareic influenţează Luna gravitaţional şi reciproca este adevărată, adică Luna atrage gravitaţional valul. Rezultatul? Luna practic opreşte mişcarea de rotaţie a Pământului în jurul axei sale! Efectul este extrem de mic, dar este măsurabil de către cercetători şi este confirmat. Așadar, în viitorul îndepărtat, astronauții viitorului, de pe Lună, vor putea vedea doar o față a Pământului și nu vor mai vedea nicio mișcare a acestuia.
12. De ce ne arată Luna aceeaşi faţă
Am vorbit aproape tot articolul despre efectul Lunii asupra Pământului. Dar cum Pământul este mult mai mare, cum am văzut mai sus, Pământul are efecte profunde asupra mişcării Lunii. Unul dintre aceste efecte este cunoscut sub numele de „rotație sincronă”. Forța gravitațională exercitată de Pământ asupra Lunii este de 8 ori mai mare decât cea exercitată de Lună asupra Pământului. Ce se întâmplă este similar cu ce am explicat mai sus când am vorbit despre cum Luna încetinește rotația Pământului: Pământul duce la o ridicare a suprafeței terestre pe Lună, iar creasta acestei ridicături, dacă Luna nu ar arăta aceeași față, ar fi atrasă de Pământ, care duce, inevitabil, la încetinirea rotației Lunii până la starea de echilibru, actuală, când mișcarea de rotație a Lunii este perfect sincronizată. Așadar, deși poate părea misterios la prima vedere, faptul că Luna ne arată aceeași față este perfect explicat de legile naturii.
13. Forțele mareice au efecte intergalactice
Așa cum menționam la începutul articolului, același „joc cosmic” are loc și la scară mai mare, între galaxii. Atunci când galaxiile trec, întâmplător, una pe lângă alta, cea cu potențial gravitațional mai mare o afectează pe cea mai mică, într-un fenomen denumit „canibalism galactic”. Se pare că inclusiv Calea Lactee a fost implicată într-un asemenea proces cosmic în trecut, iar în prezent o mică galaxie, denumită Galaxia Pitică din Săgetătorul, este în curs de trecere prin galaxia noastră, aproape de centru, pierzând stele către galaxia mai mare pe parcurs.
14. Așadar am putut vedea că mecanismul de generare al mareelor este mult mai mult decât atât. Am observat că are efecte extraordinare asupra corpurilor ce se influențează reciproc gravitațional, că este responsabil de faptul că Luna ne arată aceeași față, că Pământul încetinește constant ca urmare a influenței Lunii, că galaxiile se devorează reciproc...
