Ньютон и закон всемирного тяготения
Первым мощным рывком к пониманию природы приливов стали опубликованные в 1687 г. «Начала» Исаака Ньютона, в которых великий математик и философ изложил свой закон всемирного тяготения.
Этот закон гласит, что все тела притягиваются друг к другу с силой, зависящей от их размеров и расстояния между ними, а еще точнее, что «каждые два тела притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».
Это означает, что каждое тело в пространстве притягивает любое другое тело. Чем они больше, тем сильнее притяжение; чем дальше они друг от друга, тем притяжение слабее.
Поскольку Луна и Солнце – наши ближайшие соседи в пространстве, приложение к ним закона тяготения наиболее показательно. Фактически Ньютон ограничил свое исследование главным образом гравитационными силами Солнца и Луны, которые в зависимости от положения их в пространстве воздействуют на воду и сушу на Земле. И суша, и вода испытывают на себе действие этих сил, но вода, будучи жидкой и более подвижной, реагирует на них сильнее.
Примем как факт, что приливы – результат притяжения океанов Солнцем и Луной. Но почему же приливы ведут себя столь своеобразно?
Например, почему в некоторых частях света бывает два прилива в сутки, а в других – только один? И почему даже там, где бывает два прилива в сутки, они иногда равны по высоте, а иногда совершенно различны?
Почему в одном конце Панамского канала в течение суток бывает два прилива высотой 3–3,5 м, а в другом его конце (всего в 50 км) – только один, и его высота не достигает даже 0,8 м?
Почему высота приливов в заливе Фанди (Новая Шотландия, Канада) достигает 15–20 м, а в Нантакете, всего в нескольких сотнях миль от залива Фанди, она составляет чуть более полуметра?
Все эти вопросы дают представление о том, сколько важных факторов не смог учесть Ньютон, создавший первую состоятельную теорию приливов.
Силы, возбуждающие приливы
Наши сегодняшние знания о приливах основываются на ньютоновом законе всемирного тяготения. Но поскольку Земля принимается в нем за целое тело, то в приложении к океану, являющемуся ее жидкой оболочкой, нам следует ввести поправку в формулировку этого закона. Для этого достаточно заменить всего лишь одно слово – вместо слова «квадрат» (расстояния между телами) поставить слово «куб». Этого требует небесная механика, наука настолько сложная, что лучше всего удовлетвориться адаптацией X. А. Мар-мера, согласно которой «приливообразующая сила небесного тела изменяется прямо пропорционально его массе и обратно пропорционально кубу расстояния от него».
Масса Солнца в 26 млн раз больше массы Луны. Если бы они находились на одинаковом расстоянии от Земли, сила притяжения Солнца превышала бы силу притяжения Луны в 26 млн раз.
Однако Луна в 389 раз ближе к Земле, чем Солнце. Если, следуя закону Ньютона, возвести это число в куб – т. е. дважды помножить его на самое себя, – то получится 59 млн. Сравнив это число с числом 26 млн, легко убедиться, что приливообразующая сила Луны превышает приливообразующую силу Солнца в 2 раза. Поэтому Луна является главным приливообразующим фактором, а Солнце – лишь второстепенным. Разумеется, теоретически все небесные тела должны оказывать некоторое влияние на земные приливы, но их размеры или удаленность делают это влияние незначительным.
Если бы вы оказались на острове посреди океана и Луна стояла бы прямо над вашей головой, вы бы находились в точке, где Луна сильнее всего воздействует на земную поверхность, притягивая к себе каждую ее частицу. Вода, будучи жидкой и подвижной, естественно, реагирует на это воздействие сильнее, чем «твердая» земля, хотя действие силы притяжения испытывают на себе все частицы. Вы сами стали бы чуть легче в результате этого притяжения. Сам ваш остров неощутимо переместился бы вверх к Луне, ибо земная кора испытывает притяжение Луны так же, как и вода. Ученые вычислили, что город Москва дважды в сутки поднимается и опускается на целых 40 см. Мы не замечаем подъемов Земли точно так же, как и ее вращения, потому что мы сами – часть этого движения.
