Рис. 12. Схема лунных приливов.

Возникли два приливных горба, постоянно направленных к Луне, будто какая-то невидимая сила растянула водную оболочку в обе стороны от Земли. Но Земля вращается внутри «водяной капли». Движется и Луна. Благодаря этому у обитателей Земли создается впечатление, что приливные волны катятся по Земле, периодически порождая явления приливов.

Сказанное о Луне вполне применимо к Солнцу. Притягивая к себе водную оболочку Земли, Солнце вызывает особые приливы. Они почти вдвое слабее лунных, но вполне ощутимы. В периоды новолуний и полнолуний, когда Солнце, Луна и Земля оказываются на одной прямой, приливные силы Луны и Солнца складываются. В такие дни приливы бывают особенно сильными. В другое время Луна и Солнце действуют «вразнобой», и во время первой или последней четверти Луны их взаимные помехи бывают особенно сильными.

Силы тяготения, как известно, неразборчивы. Они воздействуют на любые тела, как жидкие и газообразные, так и твердые, поэтому Луна и Солнце вызывают приливы и в твердом теле Земли. Если бы Земля была абсолютно твердым телом, попытки Луны и Солнца изменить ее форму не имели бы успеха. Но земной шар, хотя и может быть назван с известным приближением твердым телом, обладает заметной податливостью, способностью к деформациям. Это относится не только к центральным областям Земли, где вещество находится, возможно, в пластическом состоянии, но и к «твердой» земной коре. Под действием приливных сил Луны и Солнца твердое тело Земли слегка деформируется, несколько вытягивается в направлении того тела, которое вызывает прилив. Лучше было бы сказать, что земной шар растягивается подобно водной оболочке вдоль прямой, направленной на возмущающее (как говорят астрономы) тело.

В настоящее время приливные силы с большой точностью измеряются стационарными гравиметрами. По этим данным можно вычислить воздействие приливных сил на твердую оболочку Земли. Но с изменением формы Земли изменяется (конечно, очень незначительно) и сила притяжения, действующая на тела, расположенные на земной поверхности. Изменяется (хотя и еле уловимо) и направление отвеса. Вот по этим ничтожным колебаниям отвесной линии и удается обнаружить «твердые» приливы. Когда «твердая» приливная волна пробегает под отвесом, последний, медленно «покачиваясь», отзывается на ее непрерывное движение. Отклонения отвеса столь незначительны, что обнаружить их можно только с помощью прибора, называемого горизонтальным маятником. Этот маятник весьма чувствителен к колебаниям температуры, поэтому его устанавливают в глубоких погребах и шахтах, где температурный режим сравнительно постоянный.

Впервые «твердые» приливы были замечены в начале текущего века. Теперь в их существовании никто не сомневается. Подчиняясь невидимому влиянию Луны и Солнца, Земля «пульсирует». Пожалуй, именно это слово лучше всего подходит для обозначения тех строго периодических изменений формы, которые испытывает Земля. Не правда ли, любопытно, что, сидя в кресле или отдыхая на диване, вы иногда поднимаетесь на гребень твердой волны, которая неощутимо «покатывается» под вами два раза в сутки со скоростью всего около 1 мм в минуту?

«Твердые» волны очень невысоки, к тому же весьма пологи. Если они порождены Луной, то их высота достигает 30 см, если Солнцем — то 13 см. Даже объединив свои усилия, Солнце и Луна в периоды новолуний и полнолуний смогут поднять вас самое большее на 43 см! Неудивительно поэтому, что многие читатели, вероятно, и не подозревали, что они постоянно «покачиваются» на «твердых» волнах Земли.

Несмотря на скромные масштабы, приливы в твердом теле Земли вызывают к себе больший интерес. Изучая их, можно сделать важные выводы о строении Земли и состоянии вещества в ее недрах. Кроме того, это любопытное явление еще раз напоминает о сложной изменчивости формы нашей планеты, которую мы по традиции продолжаем называть земным шаром.

С первого взгляда — все очень просто. Медленно и величественно вращается Земля. Промежуток времени, за который она совершает полный оборот вокруг воображаемой оси, называется сутками. Сутки содержат 24 часа. В чем же тогда проблема? Простота здесь только кажущаяся. Сложность поставленного вопроса станет сразу очевидной, как только мы попытаемся практически определить продолжительность суток.

На астрономических обсерваториях есть специальный инструмент, предназначенный для измерения времени по звездам. Называется он пассажным инструментом. По устройству пассажный инструмент похож на обычный телескоп-рефрактор, но его оптическая ось всегда расположена в одной и той же плоскости — плоскости небесного меридиана[5]. Как известно, проходя через южную часть небесного меридиана (т. е. между северным полюсом мира и точкой юга), звезды занимают наивысшее положение над горизонтом, т. е. кульминируют. Таким образом, пассажный инструмент предназначен для наблюдения кульминаций звезд.

Взглянув в окуляр пассажного инструмента, мы увидим в поле зрения одну горизонтальную и три вертикальные нити. Средняя из вертикальных нитей отмечает на небе линию небесного меридиана. Вот в поле зрения появилась яркая звездочка. Вращение Земли заставляет ее быстро приближаться к линии небесного меридиана. Наконец, она пересекла центральную вертикальную нить пассажного инструмента. Этот момент ее кульминации астроном должен зафиксировать как можно точнее. Ведь к тому моменту, когда эта звезда вернется на небесный меридиан, протекут ровно одни сутки.

До последнего времени считалось, что Земля вращается идеально равномерно. Показания лучших хронометров проверялись по наблюдениям кульминаций звезд. Если между двумя кульминациями звезды протекало по хронометру не 24 часа, а на 0,1 секунды меньше, то вина за это расхождение всегда приписывалась не Земле, а хронометру. Казалось очевидным, что в таких случаях не Земля стала вращаться быстрее, а хронометр несколько «отстал». Убеждение в идеальной равномерности вращения Земли основывалось на опытных данных. Оно не противоречило известным фактам и в то же время соответствовало нашим ощущениям: Земля вращается так равномерно, что кажется нам неподвижной.

Но техника развивалась, точность измерительных приборов непрерывно росла, и наконец удалось изобрести кварцевые часы, которые по равномерности хода значительно превзошли нашу Землю. Оказалось, что наша планета вращается «рывками», то с замедлением, то с ускорением. Нечто сходное произошло бы, если бы на край листа этой книги мы направили объектив микроскопа. Вместо почти идеально ровной линии мы увидели бы причудливо изрезанную кромку. Кварцевые часы — это «микроскоп времени». Они развенчивают иллюзии наших органов чувств. При их точности измерения времени от былых представлений о равномерности вращения Земли не остается и следа.

Открытые неравномерности вращения нашей планеты можно разбить на три группы. Прежде всего это систематическое замедление вращения Земли, вызванное действием приливных волн. Когда приливные волны бегут по дну морей и океанов, они «трутся» о земную кору и тем самым подобно тормозным колодкам замедляют вращение нашей планеты. Замедление это невелико: за целое столетие сутки увеличиваются на одну тысячную долю секунды. Через 1 млн. лет сутки станут длиннее теперешних за счет этого эффекта всего на 10 секунд!

Вторая группа неравномерностей вращения Земли — это периодические колебания продолжительности суток, вызванные сезонными метеорологическими явлениями. Оказывается, осенью и зимой Земля вращается в среднем медленнее, чем весной и летом, причем разница в продолжительности суток достигает 0,03 секунды в ту или другую сторону. В этом случае на вращение Земли влияет атмосфера. Выпадение осадков изменяет сложным образом массу твердого тела Земли, причем неодинаково в разных полушариях. Изменение массы и сказывается на вращении Земли. Следует заметить, что в любом случае земная атмосфера быстро «приноравливается» к новой продолжительности суток и продолжает вращаться вместе с Землей как одно целое.