Phanh mặt trăng

38

PHANH TRĂNG

Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học
L. G. ASLAMAZOV

Từ lâu người ta đã tin rằng thủy triều có liên quan đến Mặt trăng. Mặt trăng thu hút nước của Đại dương Thế giới, và ở phần đại dương nơi Mặt trăng tọa lạc, một “bướu” nước được hình thành. Cái bướu “dừng lại” dưới Mặt trăng và Trái đất quay quanh trục của nó; nước dâng “leo” vào bờ - thủy triều lên, nước rút - thủy triều. Có vẻ như lời giải thích như vậy trông khá tự nhiên. Tuy nhiên, điều này không thể được coi là thỏa đáng: theo đó, các cơn bốc hỏa nên được quan sát thấy mỗi ngày một lần, nhưng trên thực tế, chúng xảy ra cứ sau 12 giờ, tức là hai lần một ngày.

Lý thuyết thủy triều đầu tiên giải thích hiện tượng này được Newton đưa ra ngay sau khi phát hiện ra định luật vạn vật hấp dẫn. Hai cái bướu thực sự hình thành trong đại dương: một cái ở bề mặt nước gần Mặt trăng nhất và cái kia ở phía đối diện Trái đất (hình 1). Chúng ta hãy thảo luận chi tiết hơn về lý do xuất hiện cái bướu thứ hai.

Chúng ta thường nói Mặt trăng quay quanh Trái đất. Trên thực tế, cả Mặt Trăng và Trái Đất đều quay quanh một tâm chung. Nếu không có vòng quay này thì dưới tác dụng của lực hấp dẫn Mặt Trăng sẽ rơi xuống Trái Đất

(chính xác hơn là Trái đất và Mặt trăng sẽ rơi vào nhau - suy cho cùng thì Mặt trăng cũng chấp nhận Trái đất). Vòng quay này diễn ra như thế nào? Hãy tưởng tượng rằng khối lượng của Trái đất và Mặt trăng là như nhau. Sau đó, họ sẽ di chuyển xung quanh một điểm nằm ở giữa đoạn nối trung tâm của họ. Bây giờ chúng ta hãy “tăng” khối lượng của Trái đất về mặt tinh thần. Khi đó tâm quay sẽ di chuyển về phía Trái Đất. Vì khối lượng của Trái đất lớn hơn nhiều so với khối lượng của Mặt trăng (81 lần) nên tâm quay C nằm bên trong quả địa cầu (nhưng nó nhất thiết phải dịch chuyển so với tâm Trái đất).

Vòng quay này ảnh hưởng đáng kể đến mô hình thủy triều. Nước di chuyển ra xa tâm quay. (Điều tương tự cũng xảy ra trong một cốc nước khi bạn khuấy nước bằng thìa,

39

nó quay - nước di chuyển ra khỏi tâm kính và dâng lên ở các cạnh.) Ở phía Trái đất xa Mặt trăng nhất, nơi lực hấp dẫn yếu nhất, một bướu nước được hình thành.

Tất nhiên, cách giải thích của chúng ta về thủy triều là một cách đơn giản hóa. Chúng tôi không tính đến sự phân bố không đồng đều của nước trên bề mặt Trái đất, không tính đến ảnh hưởng của lực hấp dẫn đối với Mặt trời và các yếu tố khác có thể thay đổi đáng kể bức tranh được mô tả. Tuy nhiên, chúng tôi nhận được đáp số cho câu hỏi chính: lực hút của Mặt trăng và sự quay của Trái đất quanh Mặt trăng ở tâm C dẫn đến sự hình thành hai bướu thủy triều trong đại dương.

Bây giờ là lúc giải thích nguyên lý hoạt động của phanh mặt trăng. Hóa ra các bướu nước không nằm trên đường nối tâm Trái đất và Mặt trăng (như được minh họa để đơn giản hóa trong hình 1), mà hơi lệch sang một bên (hình 2). Điều này xảy ra vì lý do sau. Trái đất, quay quanh trục của nó, mang theo nước trong đại dương (quá trình này là do tồn tại ma sát). Kết quả là, khi Trái đất quay, ngày càng có nhiều khối nước bị hút vào các bướu thủy triều. Tuy nhiên, sự biến dạng luôn tụt hậu so với lực gây ra nó (xét cho cùng, lực tạo ra gia tốc và phải mất một thời gian để các hạt chậm lại và trộn lẫn trên những khoảng cách đáng chú ý). Do đó, điểm dâng cao nhất của nước (đỉnh của bướu) và điểm trên đường tâm nơi lực hút cực đại của Mặt trăng tác dụng lên mặt nước không trùng nhau. Sự hình thành của bướu xảy ra với một số độ trễ nhất định và nó dịch chuyển theo hướng quay của Trái đất. Và trong đó

Trong trường hợp này, như có thể thấy từ hình 2, lực hấp dẫn của Mặt trăng không còn đi qua tâm quay của Trái đất nữa và có xu hướng “xoay” nó theo hướng ngược lại, nói cách khác, nó quay chậm lại. Độ dài của ngày đang tăng lên mỗi ngày!

“Phanh mặt trăng” đã hoạt động hoàn hảo trong nhiều triệu năm. Ở những loài san hô sống ở đại dương khoảng 400 triệu năm trước, các nhà khoa học đã phát hiện ra những cấu trúc gắn liền với sự phát triển của san hô hàng ngày và hàng năm. Những cấu trúc này được gọi là vòng ngày và vòng theo mùa. Khi đếm những chiếc nhẫn, hóa ra mỗi năm có 395 chiếc nhẫn hàng ngày. Độ dài của năm – thời gian Trái đất quay hết một vòng quanh Mặt trời – dường như không thay đổi kể từ đó. Điều này có nghĩa là vào thời điểm đó - 400 triệu năm trước - chỉ có 22 giờ trong một ngày!

Phanh mặt trăng vẫn tiếp tục hoạt động, kéo dài thời gian trong ngày. Điều này có thể dẫn đến điều gì trong tương lai? Cuối cùng, thời gian Trái đất quay quanh trục của nó có thể bằng thời gian Mặt trăng quay quanh Trái đất và khi đó quá trình hãm sẽ dừng lại. Trái đất sẽ luôn hướng về cùng một phía với Mặt trăng, giống như Mặt trăng hướng về cùng một phía với chúng ta (hãy tự hỏi tại sao điều này lại xảy ra). Độ dài ngày trên Trái đất sẽ tăng lên và kết quả là khí hậu có thể thay đổi. Trái đất sẽ vẫn quay mặt về phía Mặt trời trong một thời gian dài và ở phía bên kia vào thời điểm này màn đêm sẽ ngự trị. Không khí nóng từ phía nóng lên sẽ lao về phía lạnh với tốc độ lớn, gió mạnh sẽ thổi trên Trái đất, bão cát sẽ xuất hiện… Nhưng dự báo như vậy có thể không tồn tại - xét cho cùng, những khả năng về thời gian này được xếp chồng lên nhau, vì vậy đơn giản là không thể dự đoán được tất cả những thay đổi sẽ xảy ra trong hệ Trái đất-Mặt trăng-Mặt trời. Và nếu bức tranh như vậy trở thành sự thật thì chắc chắn con người sẽ tìm ra cách ngăn chặn thảm họa.