Для простоты забудем обо всех небесных телах, кроме Земли и Луны и будем считать, что Земля целиком состоит из воды. «Водяная» Земля вращается вокруг своей оси, поэтому на нее действует центробежная сила, из-за которой вода скапливается в области экватора. Кроме того, на воду действует силы притяжения Луны и самой Земли.
Форма, которую принимает вода при таких воздействиях определяется свойствами жидкости. В обычных условиях поверхность стоячего водоема расположена горизонтально, потому что в противном случае вода с приподнятых участков перетекла бы в более низкие. То же самое происходит и под воздействием дополнительных сил: поверхность воды располагается под прямым углом к направлению результирующей силы.
Если произвести расчеты для трех упомянутых сил, то получится, что вода принимает форму эллипсоида, которая похожа на слегка вытянутую сферу. При этом растяжение направлено в сторону Луны, а центр совпадает с центром Земли. В результате вода скапливается как на стороне, обращенной к Луне, так и на противоположной. Так что притяжение близко расположенной воды со стороны Луны — это только один из факторов, отвечающих за изменение формы. Кстати говоря, движение по большей части происходит не вверх, а в стороны. Эти боковые силы переносят воду в одну часть океана и забирают из другой. Суммарный эффект оказывается почти незаметным — поверхность моря поднимается и опускается на величину 18 дюймов (полметра).
Заметные приливы/отливы возникают на побережье, где море примыкает к суше. Большая часть воды движется не вверх, а вдоль поверхности, так что характер ее движения зависит от формы береговой линии. Если вода поступает в сужающийся туннель, то поднимается выше среднего уровня. Именно так и происходит в заливе Фанди. Кроме того, приливный эффект усиливается из-за того, что у побережья глубина воды невелика, и энергия движения оказывается сосредоточенной в более тонком слое жидкости — это приводит к более интенсивным и быстрым движениям.
Теперь вспомним про наше Солнце. Оно оказывает похожее влияние, только более слабое. Когда Луна и Солнце расположены на одной линии с Землей — либо по одну сторону (новолуние), либо по разные стороны (полнолуние), их силы притяжения складываются. В этом случае возникает эффект «сизигийного прилива», при котором приливы становятся выше, а отливы — ниже. Заметим, что эти приливы не имеют ничего общего со сменой времен года[64]. Когда же Солнце и Луна образуют прямой угол с вершиной на Земле (первая и последняя четверти луны) сила притяжения Солнца частично компенсирует притяжение Луны, что приводит к «квадратурному приливу» с меньшими колебаниями уровня воды (связи с квадратурным временем года здесь тоже, судя по всему, нет…).
При учете описанных эффектов, а также наличии достоверных сведений о прошлых приливах и отливах становится возможным предсказывать время и высоту движения воды в любом месте на Земле.
Похожим приливным силам подвержена и атмосфера Земли, и ее суша (соответственно в больших и меньших масштабах). Их можно обнаружить и на других телах Солнечной системы, а также за ее пределами. Считается, что спутник Юпитера Ио, поверхность которого в основном состоит из серы и покрыта множеством действующих вулканов, нагревается в результате периодических «сдавливаний» приливными силами со стороны Юпитера.
В середине 90-х Жак Ласкар открыл еще один эффект, существующий благодаря Луне, — стабилизацию Земной оси. Земля похожа на юлу — в каждый конкретный момент можно указать линию, вокруг которой вращается вся планета. Это и есть планетарная ось. Земная ось расположена под углом к плоскости вращения Земли вокруг Солнца — благодаря этому происходит смена времен года. Некоторое время северный полюс наклонен к Солнцу ближе, чем южный, а спустя шесть месяцев они меняются местами. Когда северный конец оси находится ближе к Солнцу, северное полушарие планеты получает больше солнечного света, чем южное, то есть на севере наступает лето, а на юге — зима. Шесть месяцев спустя ось оказывается направленной в другую сторону, а времена года меняются на противоположные.
В течение длительных промежутков времени земная ось меняет свое направление, как и раскачивающаяся ось крутящейся юлы. Период таких раскачиваний в случае Земли составляет 26 000 лет. Но при этом ось всегда сохраняет наклон в 23° к плоскости, перпендикулярной ее орбите. Раскачивание оси называется прецессией — это явление оказывает небольшой эффект на смену времен года, сдвигая их на один год за каждый 26 000 лет — то есть никакого вреда это не приносит. Однако у большинства других планет изменения в направлении оси более существенны: они затрагивают угол наклона к орбитальной плоскости. Например, угол наклона оси Марса, вероятно, меняется на 90° каждые 10–20 миллионов лет. Это приводит к радикальным изменениям климата.
Предположим, что планетарная ось находится под прямым углом к орбитальной плоскости. Тогда смена времен года не происходит, но везде, за исключением полюсов наблюдается смена дня и ночи, причем длительной дня и ночи совпадает. При небольшом наклоне возникает смена времен года, а длительность светлого времени суток увеличивается летом и сокращается зимой. Пуст теперь наклон оси составляет 90°, то есть в некоторый момент северный полюс направлен строго на Солнце, а полгода спустя — к Солнцу обращен южный полюс. На каждом из полюсов сменяющие друг друга «день» и «ночь» длятся полгода, то есть время года совпадает с суточным временем. В течение полугода одна часть планеты выжигается Солнцем, а затем еще на полгода погружается в ночную мерзлоту. Хотя в таких условиях, жизнь все еще может существовать, ее возникновение становится более проблематичным. К тому же в такой среде живые существа могут оказаться более восприимчивыми к экстремальным изменениям климата, вулканической деятельности или ударам метеоритов.
За очень большой промежуток времени, намного превышающий 26 000-летний период прецессии, Земная ось может менять угол наклона, но все же не так сильно. Почему? Как показали расчеты Ласкара, Луна обеспечивает стабильность Земной оси. Так что вполне разумно полагать, что жизнь на Земле многим обязана умиротворяющему воздействию нашей космической сестры, пусть даже отдельных представителей Луна сводит с ума.
Еще один аспект Лунного воздействия был обнаружен в 1998 году: оказалось, что существует четкая зависимость между приливами и скоростью роста деревьев. Эрнст Цюрхер и Мария-Джулия Кантиани измеряли диаметр молодых елей, выращенных в контейнерах при постоянном уровне освещения. С периодичностью в несколько дней диаметр изменялся в ритме приливов и отливов. Ученые пришли к выводу, что это результат влияния Лунного притяжения на перемещение воды в стволе дерева. Объяснить колебания воздействием лунного света, который мог бы затронуть фотосинтез, нельзя, так как растения выращивались в темноте. Наблюдаемое явление может быть связано с особенностями существ, обитающих на побережье. Поскольку их развитие протекало рядом с водой, они научились реагировать на приливы и отливы. В ходе эволюции это может быть достигнуто путем синхронизации внутренних процессов организма с колебаниями уровня воды. Даже в лабораторных условиях эти существа продолжают следовать ритму, заданному приливами и отливами.
Луна имеет и другое важное значение. Вавилоняне и древние греки знали, что Луна имеет форму шара, благодаря смене Лунных фаз и небольшим колебаниям, позволяющим видеть больше половины поверхности Луны. Уже своим видом Луна показывала, что она — шар, а не плоский диск, как Солнце. Луна подсказывала нам, что картина Земли и ее соседей в виде «больших шаров в космосе» намного ближе к истине, чем «огоньки в небе».
В нашем рассказе о Луне мы прошли долгий путь, начав с истории о младшем констебле Ангве и женском менструальном цикле. Это позволяет нам понять, насколько сильно мы привязаны к нашей Вселенной. То, что происходит Там Наверху действительно оказывает влияние на нас, живущих Здесь Внизу, и это влияние мы ощущаем каждый день.
Глава 21. Свет, за которым видна тьма
Не было и следа Тьмы. Это так поразило Думминга, что он заставил ГЕКСа проверить результат еще раз. Тьма ведь должна существовать, разве нет? Ведь если нет Тьмы, то нет и фона, на котором виден свет.
В конечном счете, он решил рассказать об этом другим волшебникам.
«Там должно быть огромное количество Тьмы, но ее нет», — просто сообщил он, — «Есть только свет и… его отсутствие. Да и свет ведет себя как-то странно».
«В смысле?» — удивился Архканцлер.
«Ну, как вам известно[65], сэр, есть обычный свет, который движется примерно с той же скоростью, что и звук».
