Выбор катастроф

Конечно, день на самом деле увеличивается значительно меньшими темпами.

В древние времена определенные затмения были зарегистрированы как имевшие место в определенное время дня. Пересчитывая назад, устанавливаем, что они должны были бы произойти в другое время. Расхождение является накопленным результатом очень медленного удлинения дня.

Можно, конечно, усомниться, что древние люди пользовались только самыми примитивными методами измерения времени, и вся их концепция регистрации времени отличалась от нашей. Было бы, следовательно, рискованным делать какие-то выводы на основании того, что они говорили о времени затмений.

Однако в этом случае имеет значение не только время. Полное затмение Солнца можно видеть только с небольшого участка Земли. Если, скажем, затмение должно было произойти за час до расчетного времени, то Земля имела бы больше времени для поворота, и в умеренном поясе затмение произошло бы примерно на 1200 километров восточнее, чем указывают наши расчеты.

Даже если не доверять полностью тому, что говорят древние люди о времени затмения, мы можем быть уверены, что уж место-то затмения они сообщают точно, а это скажет нам о том, что мы хотим знать. По их свидетельствам мы определим суммарную ошибку, а по ней и темп удлинения дня. Вот так и было установлено, что день на Земле удлиняется со скоростью 1 секунда за 62 500 лет.

Это можно представить себе чем угодно, только не катастрофой. День сейчас приблизительно на 1/14 секунды длиннее, чем во времена, когда строили пирамиды.

Несомненно, разница не так велика, чтобы с ней считаться, но исторические времена – это мгновение по сравнению с геологическими эрами. За миллион лет наращивается 16 секунд, а история Земли насчитывает много миллионов лет.

Рассмотрим ситуацию, какой она была 400 миллионов лет назад, когда жизнь, которая до того существовала почти 3 миллиарда лет, наконец стала выходить из воды на сушу. За последовавшие 400 миллионов лет день увеличился на 6400 секунд, если настоящий темп увеличения сохранялся все это время.

Значит, 400 миллионов лет назад день был на 6400 секунд короче, чем сейчас. Поскольку 6400 секунд – это примерно 1,8 часа, жизнь выползла на сушу в мир, в котором день составлял только 22,2 часа. Поскольку нет причин предполагать, что длительность года изменилась за этот период, это также означает, что в году было 395 тех, более коротких дней.

Это только расчет. А нельзя ли найти прямое свидетельство? Оказывается, существуют ископаемые кораллы, которые образовались примерно 400 миллионов лет назад. Такие кораллы растут в течение дня одним темпом, в течение ночи – другим, и одним темпом летом, другим – зимой. В результате на их поверхности остаются отметки, очень похожие на кольца деревьев, которые отмечают дни и ночи.

В 1963 году американский палеонтолог Джон Вест Уэллс тщательно изучил эти ископаемые кораллы и нашел около 400 тонких отметок на каждую грубую отметку. Это означает, что в те древние времена, 400 миллионов лет назад, в году было около 400 дней. А если так, то каждый день продолжался 21,9 часа.

Это довольно близко к расчетам. На удивление близко, поскольку есть причина полагать, что темп удлинения (или укорачивания, если идти вспять) не обязательно постоянен. Существуют факторы, меняющие темп, с которым теряется энергия вращения. Расстояние до Луны изменяется (как мы скоро увидим) со временем, то же самое происходит с очертаниями континентов, мелями в морях и так далее.

Однако предположим (шутки ради), что день удлинялся этим неизменным темпом всю историю Земли. В таком случае, как быстро вращалась Земля 4,6 миллиарда лет назад, когда она только что образовалась? Это легко подсчитать, полагая, что величина изменения длительности дня постоянна. Период вращения Земли при ее рождении был 3,6 часа.

То есть, конечно, не обязательно так. Более сложные расчеты показывают, что день при самой своей короткой продолжительности был около 5 часов. Но не исключено, что и Луна не сопровождала Землю с самого начала, что она была захвачена лишь некоторое время спустя после образования Земли, и приливо-отливные явления начались менее чем 4,6 миллиарда лет назад, и, может быть, даже значительно менее. В таком случае день в начальные времена существования Земли был примерно 10 или даже 15 часов.

Пока мы еще не можем быть уверены. У нас нет прямого свидетельства о длительности дня в самые ранние периоды истории Земли.

Во всяком случае, более короткий день в далеком прошлом сам по себе не имеет большого значения для жизни. Определенное пятно на земной поверхности в течение короткого дня имело бы меньше времени разогреться и меньше времени остыть за короткую ночь. Следовательно, температура первобытной Земли имела тенденцию быть несколько более ровной, чем сейчас, и вполне очевидно, что живые организмы могли жить и жили при этом. Собственно, условия были даже более благоприятными для жизни, чем сейчас.

Что же, однако, насчет будущего и продолжающего удлиняться дня?

Удаляющаяся Луна

Пройдут миллионы лет, и день будет все удлиняться, поскольку приливы и отливы никуда не денутся. Когда же это кончится? Мы можем получить представление об этом, если рассмотрим Луну, которая подвергается влиянию приливов и отливов Земли, когда Земля подвергается лунным.

Масса Земли в 81 раз больше, чем у Луны, так что, при прочих равных, ее приливо-отливное влияние на Луну должно быть в 81 раз больше, чем влияние Луны на нас. Однако не все так просто. Луна меньше Земли, поперечник Луны немного больше четверти поперечника Земли. По этой причине гравитационное притяжение претерпевает меньшее падение от одной стороны Луны до другой, и это снижает приливо-отливный эффект. Учитывая размер Луны, приливо-отливное воздействие Земли на Луну в 32,5 раза больше, чем Луны на Землю.

Все же это означает, что Луна подвергается гораздо большим потерям, когда вращается, и поскольку масса ее значительно меньше, чем масса Земли, у нее для потери меньше энергии вращения. Период вращения Луны, следовательно, должен удлиняться гораздо большим темпом, чем у Земли, и сейчас он должен быть довольно большим.

Так оно и есть. Период вращения Луны относительно звезд сейчас 27,3 дня. Это оказывается равно периоду ее оборота вокруг Земли относительно звезд, так что Луна, когда вращается, всегда повернута к Земле одной своей стороной.

Это не случайность, не невероятное совпадение. Период вращения Луны рос до тех пор, пока не стал достаточно большим, так что Луна подставляла Земле всегда одну и ту же сторону. Как только это произошло, приливо-отливная деформация всегда присутствует в одних и тех же точках на поверхности Луны, одна с видимой с Земли стороны направлена в сторону Земли, другая со стороны, никогда не видимой с Земли, направлена в сторону от Земли. Луна больше не вращается относительно этой приливо-отливной деформации, и больше нет преобразования вращения в тепло. Луна, так сказать, гравитационно заперта на месте.

Раз вращение Земли замедляется, значит, в конечном счете она станет вращаться так медленно, что всегда будет направлена одной стороной в сторону Луны и тоже будет гравитационно заперта на месте.

Означает ли это, что Земля станет вращаться так медленно, что ее день будет по длительности 27,3 продолжительности настоящего дня? Нет, будет значительно хуже, и вот по какой причине: можно превратить энергию вращения в тепло, поскольку это вопрос превращения одного вида энергии в другой и не нарушает закон сохранения энергии. Однако вращающийся объект имеет также и угловой момент, который не может быть превращен в тепло. Он может быть только перенесен.

Если мы рассматриваем систему Земля-Луна, то и Земля, и Луна – каждая обладает угловым моментом по двум причинам: каждая вращается вокруг своей оси и каждая оборачивается вокруг общего центра гравитации. Последний расположен на линии, соединяющей центр Луны и центр Земли. Если бы Земля и Луна были в точности равны по массе, то общий центр гравитации был бы расположен как раз на полпути между ними. Поскольку Земля более массивна, чем Луна, общий центр гравитации расположен ближе к центру Земли. Фактически, поскольку Земля в 81 раз массивнее Луны, общий центр гравитации в 81 раз дальше от центра Луны, чем от центра Земли.

Это означает, что общий центр гравитации расположен (если мы рассматриваем Луну на ее среднем расстоянии от Земли) в 4746 километрах от центра Земли и в 379 658 километрах от центра Луны. Общий центр гравитации находится, таким образом, в 1632 километрах ниже поверхности Земли на стороне, обращенной к Луне.

В то время как Луна описывает большой эллипс вокруг общего центра гравитации каждые 27,3 дня, центр Земли описывает гораздо меньший эллипс вокруг него в эти же самые 27,3 дня. Два тела движутся таким образом, что центр Луны и центр Земли всегда остаются на точно противоположных сторонах общего центра гравитации.

Когда Луна и Земля каждая удлиняют свой период вращения вследствие эффекта приливо-отливного трения, каждая теряет угловой момент вращения. В соответствии с законом сохранения углового момента, каждая должна приобрести угловой момент, связанный с ее обращением вокруг центра гравитации, с полной компенсацией потери углового момента, связанного с вращением вокруг своей оси. Таким образом возрастает угловой момент вращения Земли и Луны вокруг общего центра, вынуждающий их двигаться дальше от него.

Другими словами, когда либо Земля, либо Луна, либо та и другая увеличивают периоды своего вращения, они удаляются друг от друга, сохраняя общий угловой момент системы Земля-Луна неизменным.

В далеком прошлом, когда Земля вращалась вокруг своей оси быстрее, а Луна еще не замедлилась до точки гравитационного замыкания, они были ближе друг к другу. И если угловой момент собственного вращения у них был больше, то угловой момент вращения вокруг общего центра был меньше. Когда Луна и Земля были ближе друг к другу, они обходили друг друга по кругу, конечно, за меньшее время.

Таким образом, 400 миллионов лет назад, когда день на Земле длился только 21,9 часа, расстояние от центра Луны до центра Земли составляло только 90 процентов нынешнего. Луна была в 370 000 километрах от Земли. Если бы мы продолжили и далее наш расчет назад, то получилось бы, что 4,6 миллиарда лет назад, когда Земля только что сформировалась, Луна была в 217 000 километрах от Земли, или немного дальше половины ее нынешнего положения.

Расчет небезупречен, потому что, когда Луна оказывается ближе к Земле (если мы смотрим назад по времени), приливо-отливный эффект при прочих равных проявляется сильнее. Есть определенные шансы на то, что в ранние периоды существования Земли Луна была еще ближе, быть может, даже на расстоянии порядка 40 000 километров.

Заглядывая в будущее сейчас, когда период вращения Земли растет, можно сказать, что Земля и Луна будут медленно отдаляться. Луна медленно по спирали движется прочь от Земли. Каждый оборот вокруг Земли увеличивает среднее расстояние между ними приблизительно на 2,5 миллиметра.

Вращение Луны будет замедляться очень постепенно, так что оно будет продолжать соответствовать увеличивающейся длительности месяца. Со временем, когда период вращения Земли, продолжая удлиняться, достигнет точки, когда и Земля навсегда обратится одной стороной к Луне, последняя отступит настолько, что месяц будет длиться 47 дней. В то же время и период собственного вращения Луны будет 47 дней, так же как и у Земли. Два тела будут вращаться, как гантель, жестко скрепленные стержнем. Центры Земли и Луны будут находиться тогда на расстоянии 480 000 километров.

Приближающаяся Луна

Если бы не было приливо-отливных эффектов, вращение такой гантели продолжалось бы вечно. Однако приливо-отливные эффекты Солнца продолжали бы существовать. Эти эффекты работали бы в довольно сложной манере, ускоряя вращение Земли и Луны и подтягивая эти два тела друг к другу, но медленнее, чем они сейчас отдаляются. Очевидно, это сближение продолжалось бы неопределенно долго, и можно предположить, что Луна в конце концов упадет на Землю (хотя я и начал с того, что этого не может случиться), потому что ее угловой момент вращения вокруг общего центра полностью перейдет в угловой момент собственного вращения. Она не упадет в обычном смысле этого слова, но будет постепенно продвигаться по своему пути к нам, по мучительно медленно и неуклонно уменьшающейся спирали. Но даже и в этом случае она не упадет, столкновения не произойдет.

Когда оба тела будут подходить все ближе и ближе друг к другу, приливо-отливные эффекты будут усиливаться, как куб уменьшающегося расстояния. Ко времени, когда Землю и Луну будет разделять расстояние (от центра до центра) около 15 500 километров, между двумя их поверхностями останется лишь 7400 километров, приливо-отливный эффект Луны на Землю будет в 15 000 раз сильнее, чем сейчас. Но приливо-отливный эффект Земли на Луну будет все же почти в 500 000 сильнее, чем приливо-отливный эффект Луны на Землю сегодня.

Тогда приливо-отливное притяжение Луны к Земле будет столь сильным, что Луна будет просто разорвана на части и разломится на куски. Лунные осколки как результат дальнейших столкновений (и последующего разламывания) распространятся по лунной орбите, и Земля окажется опоясанной кольцом, как Сатурн, только намного более ярким и плотным.

А что станет с Землей, когда все это будет происходить?

Когда Луна подойдет к Земле, ее приливо-отливный эффект колоссально возрастет. Земля не подвергнется опасности разлома, поскольку приливо-отливный эффект на нее будет значительно меньше, чем ее приливо-отливный эффект на Луну. Кроме того, сильное гравитационное поле Земли будет более эффективно удерживать ее целостность, сопротивляясь приливоотливному эффекту; другое дело с Луной. И, конечно, как только Луна расколется и гравитационное поле ее фрагментов распределится вокруг Земли, приливо-отливный эффект станет намного меньше.

Однако именно перед расколом Луны приливы и отливы на Земле станут такими огромными, что океан, поднятый на несколько километров, будет полностью окатывать континенты. Поскольку период вращения Земли в этих условиях сближения с Луной может оказаться 10 часов, приливы и отливы будут повторяться каждые пять часов.

Не представляется возможным, что суша или море при подобных условиях будут достаточно стабильны, чтобы поддерживать что-либо, кроме высокоприспособленных форм жизни, скорее всего, очень простых по структуре.

Разумеется, можно предположить, что люди, если в ту пору они еще будут существовать, сумеют развить подземную цивилизацию ко времени подхода Луны (это, несомненно, будет очень медленное приближение, и она не подойдет врасплох). Однако это не спасет их, поскольку при подобном приливо-отливном воздействии трещащий по всем швам земной шар будут сотрясать постоянные землетрясения.

Однако нет нужды волноваться по поводу судьбы Земли при приближении Луны, поскольку Земля станет необитаемой задолго до этого.

Давайте вернемся к модели Земли и Луны, вращающихся друг с другом, как гантель, с периодом обращения 47 дней. Мы увидим, что Земля уже мертва. Представьте себе, что поверхность Земли находится под лучами Солнца 47 дней: температура поднимется до такого уровня, что можно кипятить воду. Представьте себе поверхность Земли, погруженную на 47 дней в темноту: температура станет антарктической.

Полярные области будут открыты солнечной радиации даже более, чем на 47 дней за один цикл, но это Солнцу, находящемуся низко над горизонтом. На медленно вращающейся Земле тропические области будут под лучами тропического Солнца 47 дней – существенная разница.

Крайние значения температур, несомненно, сделают Землю непригодной для большинства форм жизни. По крайней мере, она будет необитаемой на поверхности, хотя мы можем себе представить, что люди создадут подземную цивилизацию, о чем я упомянул ранее.

И все же не стоит тревожиться и о гантельном вращении системы Земля-Луна, поскольку, как ни странно, этого никогда не случится.

Если день на Земле увеличивается на 1 секунду каждые 62 500 миллионов лет, то через 7 миллиардов лет, в течение которых Солнце будет оставаться в главной последовательности, день наберет около 31 часа и станет продолжительностью 2,3 современного дня. Однако Луна за это время отдалится и ее приливо-отливный эффект уменьшится, так что будет справедливо сказать, что по истечении 7 миллиардов лет день на Земле будет примерно в два раза длиннее, чем сейчас.