Pühapäev, 6. september 2020

Miks Kuu kaugeneb Maast?

Kuu eemaldub Maast keskmiselt 3,78 sentimeetrit aastas ehk umbes sama kiiresti kui meie sõrmeküüned kasvavad. Selline täpne arv on kindlaks tehtud spetsiaalsete peeglite abil, mis viidi Kuu pinnale USA Apollo (11, 14, 15) ja NSVL Lunokhod (1 ja 2) missioonide käigus ning millelt laserkiiri põrgatades saab meie kaaslase kaugust mõõta vähem kui millimeetrise täpsusega. Põhjus miks Kuu meist kaugeneb on seotud aga tõusude ja mõõnade, gravitatsiooni ja hõõrdumisega ning väärib natukene pikemat seletust. Seda enam, et Kuu pideval kaugenemisel on olnud ja on jätkuvalt meie planeedile olulised tagajärjed.

Kuigi Kuu tekke kohta pole ikka veel päris raud-polt kindlat teooriat (juhtivatest hüpoteesidest kirjutasime siin: https://www.astromaania.ee/2020/05/kuidas-kuu-tekkis.html?m=1), teame me, et miljardite aastate eest asus Kuu meile palju lähemal kui praegu. Kui lähedal? Umbes 22 500 kilomeetrit. Võrreldes seda Kuu praeguse ligi 402 000 tuhande kilomeetrise kaugusega, paistis Kuu noil päevil meie taevas umbes 20 korda suuremana. Lisaks sellele kestis Maa ööpäev toona kõigest 5 tundi. Seda viimast teame me lugedes kokku iidsete korallide fossiilides peituvaid päevaseid kasvurõngaid, mis näitavad, et näiteks pool miljardit aastat tagasi oli ühes aastas keskmiselt 450 päeva. Just Kuu jätkuv kaugenemine, mis on aastamiljonite jooksul üha aeglustunud, on meie ööpäevad tänaseks venitanud kõigile tuttavale 24 tunnile.

DSCOVR ehk Deep Space Climate Observatory poolt 16. juulil 2015 tehtud fotoseeria Kuu möödumisest Maa eest. Oma asukohast Maa-Päikese süsteemi L1 punktis 1,5 miljoni kilomeetri kaugusel Maast nägi DSCOVR Kuu tagumist külge, mida enne neid fotosid oli pildistanud vaid Nõugude Liidu Luna 3 sond 1959. aastal. Värvilise foto tarbeks pildistas sond üht ja sama kaadrit kolme erineva filtriga ning kombineeris need hiljem värvifotoks. Kuna aga erinevate filtrite vahele jäi 30 sekundit, jõudis Kuu selle ajaga kaadritel pisut liikuda. Sellepärast on näha kuidas Kuu parem serv on õige pisut roheline ja vasak serv sinine

Mõistmaks kuidas Kuu eemaldumine Maa ööpäeva kestvust mõjutab ja miks see üldse toimub, vajab meelde tuletamist, et kuidas Kuu põhjustab Maal loodeid ehk tõuse ja mõõnu. Kuigi Läänemeres on need võrreldes ookeanidega praktiliselt olematud, teavad pisut reisinud inimesed kinnitada, et enamike suurte merede ja ookenide kallastel on päevas toimumas kaks tõusu ja kaks mõõna. Miks?
Nagu me juba põhikoolist teame, nõrgeneb gravitatsioonijõud vastavalt kahe keha kauguse ruudule. See tähendab, et asudes näiteks Kuust kaks korda kaugemal nõrgeneb selle poolt mõjuv gravitatsioon neli korda, asudes 10 korda kaugemal 100 korda ja nii edasi. Selle tulemusel mõjub mistahes kehale graviatsiooniväljas asudes ebaühtlane jõud ehk gravitatsioonigradient. Näiteks Kuu tõmbab Maad enamuses katvat ookeani veidi tugevamini, kui selle all asuvat maakoort ning Kuu poole vaatavale Maa küljele moodustub veest mõhn või kühm. Lisarolli mängib siin fakt, et vesi on vedel ja selle all asuv kivine maakoor tahke. Kuna Maa pöörleb ümber oma telje kiiremini kui Kuu ümber selle tiirleb, teeb see veekühm Maale ida-lääne suunaliselt tiiru peale sama kiiresti kui kestab niinimetatud lunaarpäev - aeg, mille jooksul Kuu naaseb kindlalt kohalt Maal vaadates samasse asukohta (kusagil 24 tundi ja 50 minutit). Kui mere või ookeani ääres asuv vaatleja jääb selle liikuva kühmu sisse, avaneb tal võimalus tunnistada tõusu ning selle möödumisel mõõna.


Ennist sai aga mainitud, et (lunaar)ööpäevas leiab aset kaks tõusu ja mõõna. Miks mitte üks? Asi selles, et esmapilgul päris veidral kombel moodustub kühm ka sellele Maa küljele, mis on suunatud Kuust eemale. Selle põhjusele võiks mõelda järgnevalt: Kuu tõmbab endapoolset ookeanit tugevamini, kui selle all olevat maakoort, maakoort tõmbab see omakorda tugevamini kui tuuma, tuuma tugevamini kui vastasküljes olevat maakoort ja seal asuvat maakoort tugevamini kui sealset ookeanit. Selle tulemuseks on, et Kuu tõmbab Maad enda poole tervikuna tugevamini kui selle vastasküljes olevat vedelat ookeani ning moodustub ka teine kühm, mille kõrgus on võrreldes esimesega küll mõnevõrra tagasihoidlikum.*
Kirjeldatud veest moodustuvad kühmud ei ole muidugi nii rõhutatud kui seda mõnikord joonistel kujutatakse. Avaookeanil on need keskmisest meretasemest vaid kusagil 60cm kõrgemad. Tänu aga meie planeedi geograafilistele omapäradele, nagu kontinentide rannajoone kuju ja ookeanide ebaühtlane sügavus võib tõus erinevas paigus olla oluliselt kõrgem (või madalam). Näiteks paigus, kus tõusulaine suubub kitsasse ja madalasse lahte, võib tõusu ja mõõna vahe olla üle 15 meetri. Kuna lisaks Kuule põhjustab samasuguseid, aga oluliselt nõrgemaid loodeid ka Päike, teeb see kogupildi veelgi keerulisemaks. Näiteks kõige kõrgeimaid tõuse kogeme me siis, kui Kuu ja Päike on Maa suhtes ühel joonel (vanakuu ja täiskuu ajal) ning madalamaid siis kui nad omavahel 90 kraadise nurga all (poolkuud). Peale ookeani kergitab Kuu gravitatsioon ka maakoort, tõstes seda päevas kaks korda umbes 25 sentimeetrit. On isegi põhjuseid arvata, et sellised looded võivad teatud juhtudel käivitada maavärinaid.


Kuidas see kõik on aga seotud Kuu kaugenemisega Maast? Tuleb välja, et eelmainitud veekühmud ei ole täpselt Kuu poole suunatud, vaid liiguvad sellest mõne kraadi võrra eespool. Näiteks ajaks kui ekvaatoril jõuab Kuu täpselt pea kohale ehk seniiti, hakkab seal tõus juba mööduma. Selle põhjuseks on juba enne mainitud Maa pöörlemine, mis lükkab ookeanipõhjaga selle peal asuvat veest tõusulainet enda ees. Kuu perspektiivist tähendab see, et tilluke osa Maa massist asub tegelikult selle liikumissuuna ees, tõmmates oma gravitatsiooniga Kuule hoogu juurde. Suurem hoog tähendab, et Kuu peab oma orbidiil kõrgemale ronima ehk kaugenema. Miski ei tule aga tasuta. Et Maa annab sellisel viisil Kuule energiat juurde, peab selle pöörlemine samal ajal aeglustuma, venitades Maa ööpäevi aeglaselt pikemaks.

Selline energiavahetus muutub kahe keha kauguse suurenemisel üha aeglasemaks, sest esiteks kaugemal asuv Kuu ei suuda enam Maal nii kõrgeid tõuse tekitada ja teiseks hakkab Maa pöörlemiskiirus ühtlustuma Kuu triirlemisperioodiga. Arvutused näitavad, et kusagil 50 miljardi aasta pärast saavutaks Maa-Kuu süsteem viimaks loodelise tasakaalu, kus Maa pöörleb korra iga 47 päeva tagant, sama kiiresti kui Kuu selle ümber tiirleb ning Kuu asub sellest fikseeritud 550 000 kilomeetri kaugusel. See tähendaks, et Kuu ripub Maalt vaadates pidevalt ühe koha peal ning seda oleks näha ainult ühelt planeedi küljelt. Kui Maa-Kuu vahelised looded oleksid sellisel juhul kadunud, mõjuksid sellele endiselt Päikese looded, mis hakkaksid vaikselt Maad vastupidiselt keerutama. Et kõik eelkirjeldatud protsessid töötaksid sellisel juhul tagurpidi, hakkaks Kuu taaskord Maale lähenema kuni see satub meile nii lähedale, et see rebitakse gravitatsioonijõudude poolt lõhki ning Maale moodustuksid uhked rõngad.
Ainus jama selle kauge ja mõnel määral romantilise tulevikuga on, et Päikese vananedes hakkab see paisuma ning "juba" miljardi aasta pärast keedab see meie ookeanid kuivaks, lõpetades seega ka tõusud ja mõõnad. Kusagil viie-kuue miljardi aasta pärast paisub Päike aga nii suureks, et see võib Maa ja selle ümber tiirleva Kuu enda sisse neelata. Isegi kui seda ei juhtu, jäävad Maast ja Kuust ikkagi alles vaid elutud kivipallid, mis tiirlevad miljardeid või isegi triljoneid aastaid ümber Päikesest alles jäänud valge kääbuse, mis vaikselt söetükiks jahtub.


*vastaskülje kühmu tekkeks antakse vahel ka vale seletus, mis on seotud Maa-Kuu raskuskeskme ehk barütsentriga. Sellist asja leiab isegi osadest vanematest õpikutest. Siin on üks pikem, aga väga hea artikkel mitmetest väärarusaamadest loodejõududele mõeldes:
http://200.144.244.96/cda/aprendendo-basico/forcas-de-mares/extra/Introducao/Simanek/Simanek-Misconceptions-about-tides.pdf

Kommentaare ei ole:

Postita kommentaar