Θεωρίες φυσικής

Ό,τι πρέπει να ξέρετε για τις παλίρροιες

Written by physics4u

Η παλίρροια είναι ο όρος που χρησιμοποιούμε για την εναλλασσόμενη χρονικά άνοδο και πτώση της στάθμης της θάλασσας σε σχέση με τη γη. Δημιουργείται δε από τη βαρυτική έλξη της σελήνης και του ήλιου. Όμως, παλίρροιες μπορεί να συμβούν και σε μεγάλες λίμνες, την ατμόσφαιρα ή και στο εσωτερικό του στερεού φλοιού της Γης.

Share

Η παλίρροια είναι ο όρος που χρησιμοποιούμε για την εναλλασσόμενη χρονικά άνοδο και πτώση της στάθμης της θάλασσας σε σχέση με τη γη. Δημιουργείται δε από τη βαρυτική έλξη της σελήνης και του ήλιου. Όμως, παλίρροιες μπορεί να συμβούν και σε μεγάλες λίμνες, την ατμόσφαιρα ή και στο εσωτερικό του στερεού φλοιού της Γης.

tides

Πρόκειται για ένα από τα πιο μυστηριώδη και εντυπωσιακά φαινόμενα που παρατηρούμε στα νερά της Γης. Με την άνοδο της στάθμης των νερών περιοδικά στις λίμνες και στις θάλασσες έχουμε την πλημμυρίδα (flood) και με την πτώση τους έχουμε την άμπωτη (ebb ή low tides). Η περίοδος του φαινομένου κρατάει 24 ώρες 50΄ και 28΄΄ και μας θυμίζει τον χρόνο που χρειάζεται η Σελήνη για να κάνει δύο διαδοχικές διελεύσεις πάνω από έναν τόπο.

Η σεληνιακή έλξη είναι πιο ισχυρή στην πλευρά της γης που βλέπει τη Σελήνη, από ό,τι στην αντίθετη. Γι αυτό και η Γη παραμορφώνεται. Βλέπουμε στο σχήμα η δύναμη F1 στα νερά να είναι μεγαλύτερη της F2 πάνω στους βράχους της Γης, ενώ στην αντίθετη πλευρά η F3 είναι μικρότερη της F2 και γι αυτό απομακρύνονται τα νερά από τη Σελήνη. Η πλημμυρίδα συμβαίνει δύο φορές κάθε 24 ώρες και 49 λεπτά περίπου.

Στους ωκεανούς η άνοδος της στάθμης μπορεί να φτάσει μέχρι και το ένα μέτρο, ενώ σε στενούς κόλπους είναι ακόμα μεγαλύτερη. Η ένταση δηλαδή που εκδηλώνεται το φαινόμενο είναι διαφορετική στις διάφορες περιοχές της Γης, ενώ εξαρτάται και από τη διαμόρφωση των ακτών.

Στο μέσο των ωκεανών, όπου δεν υπάρχει κανένα παράσιτο φαινόμενο, όπως είπαμε το ύψος των παλιρροιών φτάνει μέχρι,  περίπου, το 1 μέτρο. Στις ακτές, εξαιτίας τοπικών παραγόντων, μπορούν να διακυμανθούν ανάμεσα σε ένα ύψος μηδενικό στις κλειστές ή σχεδόν κλειστές θάλασσες (Μεσόγειος, Κασπία, Μαύρη Θάλασσα, και ούτω καθεξής) και ένα ύψος δεκαπέντε μέτρων περίπου στους ανοιχτούς όρμους ή ποταμόκολπους των ωκεανών (15,5 μέτρα στον ανοιχτό όρμο του Σαιν-Μισέλ).

Το φαινόμενο αυτό, γνωστό από την αρχαιότητα, ερμηνεύτηκε ικανοποιητικά για πρώτη φορά από το Νεύτωνα. Οφείλεται δε στη βαρυτική έλξη τόσο της Σελήνης όσο και του Ήλιου (που όμως αποτελεί περίπου το 46% αυτής της Σελήνης λόγω της μεγάλης απόστασης του) πάνω στους ωκεανούς της Γης.

Από την ιστορία

Η εξήγηση του φαινομένου της παλίρροιας, εκτός από το καθαρώς φυσικό ενδιαφέρον του, έπαιξε αποφασιστικής σημασίας ρόλο και στην ιστορία της βαρυτικής έλξης. Με εντυπωσιακό τρόπο η μηχανική του Νεύτωνα παρέχει τη σωστή εξήγηση του φαινομένου.

Το βιβλίο του Μαθηματικές Αρχές Φυσικής Φιλοσοφίας είχε ένα λιτό τρόπο να εξηγεί τη θεωρία του. Τόσο που φαινόταν δυσνόητο επειδή ο Νεύτωνας δεν ήταν και τόσο παιδαγωγός, αλλά προπαντός, επειδή οι υπολογισμοί του απαιτούσαν μαθηματικά εντελώς νέα και συνεπώς άγνωστα στην πλειονότητα των επιστημόνων εκείνης της εποχής.

Όμως, είχε γράψει ένα πολύ διαφωτιστικό έργο με τίτλο: Λόγος στον βασιλέα σχετικά με τις παλίρροιες, το οποίο ήταν καθοριστικά για την διάδοση και ερμηνεία όχι μόνο της παλίρροιας μα και όλης της θεωρίας του.

Την εποχή του Νεύτωνα οι λαϊκές δοξασίες εξηγούσαν τελεολογικά τις παλίρροιες. Λεγόταν, παραδείγματος χάρη, ότι ο θεός είχε δημιουργήσει τις παλίρροιες «για τη διευκόλυνση του εμπορίου» ή «για λογούς καθαριότητας», καθώς η πλημμυρίδα και η άμπωτη της θάλασσας άφηναν το νερό να λιμνάζει στα λιμάνια.

Διαπίστωναν εντούτοις:
• τη σύμπτωση της περιόδου των παλιρροιών με εκείνην της Σελήνης
• την ύπαρξη μεγάλων παλιρροιών κατά την πανσέληνο και τη νέα σελήνη, και:
• την καθημερινή καθυστέρηση των παλιρροιών (50 λεπτά περίπου), που αντιστοιχούσε ακριβώς στην καθυστέρηση της Σελήνης,

Έτσι, είχαν σημειώσει, χωρίς να την πιστεύουν αναγκαστικά, τη σχέση που υπήρχε ανάμεσα στην κίνηση της θάλασσας και εκείνης του δορυφόρου μας.

Με το πέρασμα του χρόνου, διάφορες ερμηνείες του φαινομένου είχαν προταθεί. O Πλάτωνας θεωρούσε ότι οι παλίρροιες οφείλονταν στις ταλαντεύσεις ενός ρευστού που περιεχόταν σε υπόγεια σπήλαια και εκδήλωνε έτσι, στην επιφάνεια των θαλασσών και των ωκεανών, ένα είδος αναπνοής της Γης. Με το φαινόμενο ασχολήθηκαν ο Πυθέας ο Μασσαλιώτης, ο Σέλευκος αλλά και ο Ποσειδώνιος που ήταν οι πρώτοι που διαπίστωσαν τη σχέση της παλίρροιας με τη Σελήνη.

Άλλες ερμηνείες, μεταγενέστερες, θεμελιώνονταν στην έλξη του ομοίου από το όμοιο: Όπως ένας μαγνήτης έλκει ό,τι του μοιάζει, έτσι και ο κάθε πλανήτης, πιστευόταν, έλκει τα σώματα που του αντιστοιχούν, σε βαθμό που, αν ένα σεληνιακό αντικείμενο βρισκόταν στην επιφάνεια της Γης θα ανέβαινε από μόνο του προς τη Σελήνη. Εκτιμάτο έτσι ότι, η έλξη της θάλασσας από τη Σελήνη δήλωνε το σεληνιακό χαρακτήρα του νερού. O Κέπλερ προσέθετε σε αυτή την ιδέα της έλξης ένα φαινόμενο διαστολής των ωκεανών υπό την επίδραση του Ήλιου. O Γαλιλαίος είχε θελήσει να χρησιμοποιήσει τις παλίρροιες ως απόδειξη της διπλής κίνησης της Γης. O Καρτέσιος, στη δική του αναπαράσταση του κόσμου, θεωρούσε, τέλος, ότι η Γη συρόταν γύρω από τον Ήλιο από έναν γιγαντιαίο στρόβιλο αόρατης ύλης και έβρισκε σε αυτήν τη θεώρηση μιαν άλλη εξήγηση των παλιρροιών: το πέρασμα της Σελήνης επάνω από μια περιοχή του ωκεανού συμπίεζε αυτή την ύλη η οποία, με τη σειρά της, ασκούσε πίεση επί του ωκεανού.

Καμία, εντούτοις, από αυτές τις θεωρίες δεν εξηγούσε το φαινόμενο κατά τρόπον ικανοποιητικό. Συγκεκριμένα, καμιά δεν ήταν ικανή να εξηγήσει την ύπαρξη δύο παλιρροιών ημερησίως. Για να δείξουμε δε το μέγεθος του προβλήματος, οι περιπατητικοί φιλόσοφοι παραδέχονταν ότι επρόκειτο για ένα αίνιγμα του οποίου ως και ο Αριστοτέλης δεν είχε μπορέσει να βρει τη λύση. Ένας μύθος λέει, άλλωστε, ότι ο Αριστοτέλης ρίχτηκε στη θάλασσα από τα βράχια της Εύβοιας απελπισμένος που δεν μπόρεσε να εξηγήσει το φαινόμενο των παλιρροιών.

Η εξήγηση

Τελικά στο Νεύτωνα οφείλουμε την ερμηνεία του φαινομένου. Ότι δηλαδή οφείλεται στη βαρυτική έλξη που ασκεί η Σελήνη και ο Ήλιος στους ωκεανούς της Γης. Πρέπει να επισημάνουμε πώς ο Ήλιος αν και είναι σώμα τεραστίας μάζας ασκεί μικρότερη έλξη (περίπου το 46% της Σελήνης) λόγω της μεγάλης απόστασης του.

Η βασική ιδέα η οποία εξηγεί το φαινόμενο της παλίρροιας είναι η εξής:

Η Σελήνη και ο Ήλιος έλκουν ισχυρότερα τους ωκεανούς που βρίσκονται πιο κοντά τους, λιγότερο ισχυρά το κέντρο της Γης και ακόμα λιγότερο τους ωκεανούς της απομακρυσμένης πλευράς. Με αυτόν τον τρόπο οι ωκεανοί τείνουν να διογκώνονται στην πλησιέστερη πλευρά, επειδή το νερό έλκεται περισσότερο και τείνει να απομακρυνθεί από τη Γη. Επίσης, εξογκώνονται και τα νερά που βρίσκονται στην απομακρυσμένη πλευρά της, διότι το κέντρο της Γης έλκεται ισχυρότερα από ότι, τα νερά αυτής της πλευράς, και τείνει έτσι να απομακρυνθεί από αυτά. Κάθε μέρα, βλέπουμε δύο ισχυρές πλημμυρίδες (όταν ανεβαίνουν πολύ τα νερά) και δύο ασθενικές (όταν τα νερά είναι χαμηλά). Ανάμεσα σε δύο ισχυρές παλίρροιες μεσολαβούν περίπου 12 ώρες και 25 λεπτά.

Η διαφορά στη δύναμη που ασκείται στις δυο αντιδιαμετρικές πλευρές ονομάζεται παλιρροϊκή δύναμη. Προσοχή λοιπόν, η παλίρροια οφείλεται στην διαφορά  των δύο δυνάμεων κι όχι σε αυτή καθ’ αυτή την βαρυτική έλξη.

tides

Το φαινόμενο της παλίρροιας κατά την διάρκεια ενός σεληνιακού μήνα : έχουμε δύο ισχυρές πλημμυρίδες (spring) στην πανσέληνο και νέο φεγγάρι. Ενώ δύο χαμηλές (neap) πλημμυρίδες όταν τα δύο σώματα σχηματίζυν γωνία 90΄μοίρες

Η παλιρροϊκή δύναμη έχει σχέση με τις διάφορες θέσεις των τριών ουρανίων σωμάτων (Γη, Σελήνη και Ήλιος). Έτσι, η διαφορά των δύο δυνάμεων είναι μεγαλύτερη κατά την διάρκεια των συζυγιών, όταν δηλαδή προστίθεται η έλξη του Ηλίου και τα τρία ουράνια σώματα είναι σε ευθεία (συζυγική παλίρροια). Συζυγία έχουμε κατά την πανσέληνο και κατά την νέα Σελήνη. Μικρότερη δύναμη έχουμε την περίοδο των τετραγωνισμών, όταν δηλαδή Ήλιος-Γη-Σελήνη σχηματίζουν ορθή γωνία (παλίρροια τετραγωνισμού).

Όταν δηλαδή ο ήλιος και η σελήνη είναι σε ευθεία γραμμή, υπάρχουν εξαιρετικά ισχυρές δυνάμεις βαρύτητας, προκαλώντας έτσι πολύ μεγάλη παλίρροια η οποία ονομάζεται ισχυρή (spring) παλίρροια (το νερό ανεβαίνει και κατεβαίνει πάρα πολύ στους ωκεανούς). Όταν ο ήλιος και η σελήνη δεν είναι σε ευθεία γραμμή αλλά σε τετράγωνο, τότε οι βαρυτικές δυνάμεις αλληλοαναιρούνται και η παλίρροια δεν έχει τόσο μεγάλο ύψος ή βάθος. Τότε λέγεται χαμηλή (neap) παλίρροια.

Ισχυρή παλίρροια (spring) έχουμε στην πανσέληνο και στο νέο φεγγάρι (ευθυγράμμιση των τριών σωμάτων). Χαμηλή παλίρροια (neap) έχουμε όταν η Σελήνη είναι στο πρώτο και τρίτο τέταρτο, δηλαδή δύο φορές κάθε 24 ώρες και 49 λεπτά περίπου

Τα τρία όμως σώματα (Γη, Σελήνη και Ήλιος) επειδή το επίπεδο της τροχιάς της Γης γύρω από τον ήλιο (εκλειπτική) δεν συμπίπτει με το επίπεδο της τροχιάς της Σελήνης γύρω από τη Γη, δεν μπορούν να ευθυγραμμιστούν τελείως παρά μόνο τη στιγμή των ισημεριών (21 Μαρτίου και 21 Σεπτεμβρίου). Στα ηλιοστάσια σχηματίζουν μια μέγιστη γωνία (5° 8′), ενώ αυτή είναι μηδενική όπως είπαμε τη στιγμή των ισημεριών. Επομένως, μόνο τη στιγμή που ο Ήλιος, η Γη και η Σελήνη μπορούν να ευθυγραμμίζονται τέλεια, άρα τότε οι οφειλόμενες στον Ήλιο και στη Σελήνη παλιρροιακές δυνάμεις μπορούν να προστεθούν ακριβώς, έχουμε πολύ μεγάλες παλίρροιες. Αυτές λέγονται παλίρροιες των ισημεριών.

Τέλος ας σημειωθεί μια ειδική παλίρροια που είναι σπάνια. Τότε το νερό ανεβαίνει ασυνήθιστα ψηλά. Αυτή η πολύ ισχυρή παλίρροια παρουσιάζεται όταν το φεγγάρι είναι πολύ κοντά μας. Ο τύπος αυτός συμβαίνει το πολύ μία φορά κάθε 1,5 χρόνια.

Δείτε και ένα interactive animation στην παρακάτω διεύθυνση: παλίρροιες στη Γη

Καθυστέρηση της περιστροφής της Γης και της Σελήνης

Αν η Σελήνη ήταν σκεπασμένη με νερό θα υπήρχαν παλιρροϊκά εξογκώματα και μάλιστα κατά είκοσι φορές περίπου μεγαλύτερα λόγω της μεγαλύτερης μάζας της Γης. Αυτή ακριβώς η διαφορά μάζας είχε ως αποτέλεσμα να επιβραδυνθεί σημαντικά ο ρυθμός περιστροφής της Σελήνης και να εξαναγκαστεί αυτή σε σύγχρονη περιστροφή, (εξίσωση αστρικής περιόδου περιστροφής της και αστρικής περιφορά της γύρω από τη Γη).

Στο γεγονός αυτό οφείλεται ότι η Σελήνη δείχνει πάντα την ίδια όψη στον γήινο παρατηρητή. Με άλλα λόγια η Σελήνη «καθηλώθηκε» από τη Γη υποχρεώνοντάς την να δείχνει την ίδια πάντα πλευρά προς την Γη. Η αόρατη πλευρά της ή σκοτεινή όπως τη λέμε ήταν άγνωστη μέχρι που φωτογραφήθηκε για πρώτη φορά από την διαστημική βολίδα Λούνα 3, το 1959.

Η παραμόρφωση των ωκεανών λόγω της παλίρροιας μετατοπίζεται περιοδικά λόγω της περιστροφής της Γης γύρω από τον άξονά της. Έτσι, αναπτύσσονται δυνάμεις τριβής από τις μετακινούμενες υδάτινες μάζες που τείνουν να επιβραδύνουν την περιστροφή της Γης. Το φαινόμενο αυτό έχει ως συνέπεια την ελάττωση της στροφορμής της Γης και μια ισόποση αύξηση της στροφορμής της Σελήνης. Η περίοδος περιστροφής της Γης αυξάνεται κατά 0,0016 s ανά αιώνα. Έτσι, πριν 450 εκατομμύρια χρόνια η μέρα στη Γη διαρκούσε 22 ώρες, ενώ μετά από 145 δισεκατομμύρια χρόνια αυτή θα διαρκεί 27 ημέρες, όσο δηλαδή και η περιστροφή της Σελήνης.

Η αύξηση της περιόδου περιστροφής της Γης διαπιστώθηκε από την σύγκριση του παρατηρηθέντος χρόνου των εκλείψεων και του θεωρητικά αναμενόμενου. Η επιβράδυνση της περιστροφής της Γης, λόγω της αρχής διατήρησης της στροφορμής, έχει ως συνέπεια την αύξηση της ταχύτητας περιφοράς της Σελήνης γύρω από τη Γη, γεγονός που προκαλεί μία συνεχή απομάκρυνση της από τον πλανήτη μας.

Η αύξηση της απόστασης Γης – Σελήνης

Μια άλλη συνέπεια των παλιρροιών είναι η προοδευτική αύξηση της απόστασης Γη-Σελήνη: με το πέρασμα του χρόνου, η Σελήνη απομακρύνεται από τη Γη. Για να το καταλάβουμε αυτό, πρέπει να θυμηθούμε τον νόμο της διατήρησης της στροφορμής. H διατήρηση της στροφορμής ενός συστήματος έχει απολύτως γενική ισχύ και άρα ισχύει και για το σύστημα Γη-Σελήνη: Όπως ακριβώς μια παγοδρόμος επιβραδύνει την περιστροφική κίνηση γύρω από τον άξονα της όταν εκτείνει τα χέρια, έτσι και η απόσταση Γη-Σελήνη αυξάνεται όταν η Γη επιβραδύνει την περιστροφική της κίνηση περί τον άξονα της.

Κάθε έτος, η Σελήνη απομακρύνεται έτσι κατά περίπου 3 εκατοστά. H απομάκρυνση αυτή μετράται χάρη στα αντανακλαστικά κάτοπτρα που τοποθέτησαν στην επιφάνεια της Σελήνης οι αστροναύτες των αποστολών Απόλλων 11, 14 και 15, καθώς και τα σοβιετικά τηλεχειριζόμενα οχήματα Λουνοκχόντ 17 και 21. Αντανακλώντας μια δέσμη λέιζερ και μετρώντας το χρόνο που κάνει το φως για να πάει στη Σελήνη και να επιστρέψει, είναι δυνατόν να υπολογίσουμε την απόσταση με διαφορά μερικά εκατοστά. To περιθώριο αυτό λάθους δεν επιτρέπει φυσικά να μετρήσουμε την απομάκρυνση που αντιστοιχεί σε μόνον ένα έτος, αλλά επιτρέπει να γνωρίσουμε το συσσωρευμένο αποτέλεσμα μερικών ετών και να συμπεράνουμε από αυτό την ετήσια απομάκρυνση της.

H μέση απόσταση Γη-Σελήνη είναι σήμερα 384.402 χιλιόμετρα. Σε 3 ή 4 δισεκατομμύρια χρόνια, θα έχει σχεδόν διπλασιαστεί… Ήταν, αντιθέτως, πολύ πιο μικρή εδώ και μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, αφού η Γη περιστρεφόταν πιο γρήγορα περί τον άξονα της: υπολογίζεται έτσι σε 270.000 χιλιόμετρα πριν από 200 εκατομμύρια χρόνια και σε 153.000 χιλιόμετρα μόνο πριν 400 εκατομμύρια χρόνια.

Η επιμήκυνση του σεληνιακού μήνα

Μια τελευταία σημαντική συνέπεια των παλιρροιών, άμεσα απορρέουσα από την προηγούμενη, είναι η επιμήκυνση της διάρκειας του σεληνιακού μηνός. Πρόκειται για άμεση εφαρμογή του Τρίτου νόμου του Κέπλερ: «Για κάθε πλανήτη, το τετράγωνο της περιόδου περιστροφής του είναι ανάλογο προς τον κύβο του μεγάλου ημι-άξονα της έλλειψης που διατρέχει γύρω από τον Ήλιο». Αυτός ο νόμος μεταφράζει ποσοτικά το γεγονός ότι όσο περισσότερο ένας δορυφόρος είναι απομακρυσμένο από το κεντρικό σώμα γύρω από το οποίο κινείται, τόσο πιο μακρά είναι η διάρκεια του «έτους» του. Εφαρμόζοντας τον στη Σελήνη, δείχνει ότι όσο περισσότερο η τελευταία απομακρύνεται από τη Γη, τόσο αυξάνεται η διάρκεια της πλήρους περιστροφής της γύρω από τον πλανήτη μας.

Έτσι, ο σεληνιακός μήνας επιμηκύνεται σιγά σιγά κι εκείνος. Σήμερα, η Σελήνη ολοκληρώνει την περιστροφή της γύρω μας σε 29,53 ημέρες· η διάρκεια της περιστροφής της δεν ήταν παρά 25 ημέρες πριν 30 εκατομμύρια χρόνια, και μόνο 9 ημέρες πριν 400 εκατομμύρια χρόνια.

Η φυσική στις παλίρροιες: η ενέργεια που χάνεται λόγω των τριβών

Ένας άλλος τρόπος να καταλάβουμε το ρόλο των παλιρροιών σε αυτή την επιβράδυνση της περιστροφής της Γης είναι να συλλογιστούμε με όρους ενέργειας. Οι οφειλόμενες στις παλίρροιες δυνάμεις τριβής, επιτελούν ένα σημαντικό μηχανικό έργο που εκδηλώνεται με την τροποποίηση των ακτών, με τη διάβρωση των απόκρημνων όχθεων και βράχων, τη μετατόπιση της άμμου κλπ. Αυτό το έργο επιτελείται συχνά με ταχύτατες αλλαγές της πίεσης που ασκούνται από τα νερά επί των εμποδίων που συναντούν: Έτσι, στις ακτές της Μάγχης, η πίεση μπορεί να περάσει από O σε 70 τόνους ανά τετραγωνικό μέτρο μέσα σε λιγότερο από ένα εκατοστό του δευτερολέπτου.

Μέσα σε έναν χρόνο, το συνολικό έργο που επιτελείται από τις παλίρροιες στην υδρόγειο υπολογίζεται σε 10.000 δισεκατομμύρια κιλοβατώρες, ήτοι το ένα δέκατο περίπου της ετήσιας παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας. Όλη αυτή η ενέργεια που δαπανάται σε τριβές αφαιρείται από την ενέργεια περιστροφής της Γης. H κίνηση της Γης επιβραδύνεται, συνεπώς, και, λαμβανομένων υπόψη των διάφορων επιδράσεων που συντελούν σε αυτό, η ημέρα επιμηκύνεται κατά 0,00164 δευτερόλεπτα ανά αιώνα, ήτοι 0,000 000 045 δευτερόλεπτα την ημέρα.

Σε κλίμακα μιας ανθρώπινης ζωής, η τιμή αυτή είναι εντελώς ασήμαντη, αλλά δεν είναι ασήμαντη σε γεωλογική κλίμακα: Σημαίνει ότι η διάρκεια της ημέρας πριν 400 εκατομμύρια χρόνια ήταν 21 ή 22 ώρες, και μόνο 15 ώρες όταν συγκροτήθηκε η Γη. H μεταβολή αυτή της διάρκειας της ημέρας είναι σήμερα εγγεγραμμένη σε απολιθώματα κοραλλιών που αναπτύσσονται ανάλογα με τη φωτεινότητα και τη θερμοκρασία του νερού διατηρώντας έτσι το ίχνος της ημέρας και των εποχών. Έτσι από τα απολιθώματα μπορούμε να συμπεράνουμε τον αριθμό των ημερών ενός έτους (περίπου 400 ημέρες πριν 400 εκατομμύρια χρόνια) και συνεπώς τη διάρκεια της ημέρας στις διάφορες περιόδους.

Αν η Σελήνη επιδρά στη Γη επιβραδύνοντας διά των παλιρροιών την ημερήσια περιστροφή της περί τον άξονα της, πρέπει να αναμένουμε, βάσει του Τρίτου νόμου του Νεύτωνα, μια αμοιβαία αντεπίδραση της κίνησης της Γης στην κίνηση της Σελήνης. H αντεπίδραση αυτή υπάρχει, και είναι λόγω αυτής που η Σελήνη μας εκθέτει πάντοτε την ίδια όψη της.

Αυτός ο «συγχρονισμός» της Σελήνης, που εξηγήθηκε για πρώτη φορά το 1754 από το φιλόσοφο Ιμάνουελ Καντ, είναι συνέπεια μιας προοδευτικής επιβράδυνσης της περιστροφικής κίνησης της Σελήνης περί τον άξονα της, η οποία έχει φτάσει τώρα πλέον στο τέρμα της.

Ένα άλλο φαινόμενο που οφείλεται στις παλιρροιογόνες δυνάμεις της Σελήνης και του Ήλιου είναι η μετάπτωση του άξονα περιστροφής της Γης. Η κίνηση αυτή του άξονα ολοκληρώνει μια περιστροφή σε 25.800 έτη (μεσοδιάστημα παγετώνων).

Χερσαίες και ατμοσφαιρικές παλίρροιες

Καθώς η έλξη των μαζών είναι παγκόσμια, είναι λογικό να αναμένεται η παρατήρηση του φαινομένου των παλιρροιών όχι μόνο στις θάλασσες αλλά και στην ξηρά. H πρώτη φορά που υποψιάστηκαν την ύπαρξη ενός τέτοιου φαινομένου, ήταν το 1879: Όταν πέντε ανθρακωρυχεία στο Ντουξ στη βόρεια Βοημία, πλημμύρισαν επί πολλούς μήνες, οι ανθρακωρύχοι παρατήρησαν ότι η στάθμη του νερού άλλαζε κατά περιόδους, μέσα στις στοές. Παραδόξως, δε, αυτή η περιοδικότητα συνέπιπτε ακριβώς με εκείνην των παλιρροιών, παρότι η γεωγραφική απομάκρυνση απέκλειε κάθε άμεση επικοινωνία με τη θάλασσα. Απέδωσαν το φαινόμενο σε άμεση επίδραση της Σελήνης και του Ήλιου στις στοές. To ονόμασαν «υπόγειες παλίρροιες» αλλά σήμερα μιλάμε για «χερσαίες παλίρροιες».

Πριν από μερικά χρόνια εκδηλώθηκαν απρόσμενα χερσαίες παλίρροιες και στον επιταχυντή LEP του CERN, όπου διαπιστώθηκαν περίεργες περιοδικές επιταχύνσεις σωματιδίων στο μηχάνημα όπου γίνονταν συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, σε βάθος περίπου εκατό μέτρων. Τα φαινόμενα αυτά βρήκαν την εξήγηση τους στην παραμόρφωση του εδάφους υπό την επίδραση των παλιρροιών οι οποίες, δύο φορές την ημέρα, επιμηκύνουν και βραχύνουν κατά 1 χιλιοστό περίπου το συνολικό μήκος (27 χιλιόμετρα) του δακτυλίου επιτάχυνσης. H μικροσκοπική αυτή επιμήκυνση κατά 1 χιλιοστό (οφειλόμενη σε μια παραμόρφωση του φλοιού της Γης υπό την επίδραση των σεληνο-ηλιακών παλιρροιών), μεταφράζεται σε μια περιοδική επιτάχυνση και επιβράδυνση των σωματιδίων στο ρυθμό των εν λόγω παλιρροιών, και άρα σε μια διακύμανση της ενέργειας τους.

H ύπαρξη χερσαίων παλιρροιών ξενίζει, αν σκεφτούμε ότι η Γη έχει στο σύνολο της μιαν ακαμψία μεταξύ γυαλιού και χάλυβα. Καθώς δε δεν μπορούμε να τις παρατηρήσουμε άμεσα, η ύπαρξη τους μπορεί να ξενίσει ακόμη περισσότερο.

Εντούτοις, είναι πραγματικές: Το έδαφος της Γης ανεβαίνει και κατεβαίνει δύο φορές ημερησίως κατά περίπου 30 εκατοστά, κατά μέσον όρο, ύψος που μπορεί να φτάσει το 1 μέτρο στον ισημερινό. Παρά την ακαμψία της, η Γη παραμορφώνεται, κι έτσι εν αγνοία μας  διαρκώς ζυμώνεται. Το γεγονός ότι δεν το αντιλαμβανόμαστε, οφείλεται απλώς και μόνο στο ότι, όταν το έδαφος φουσκώνει κάτω από τα βήματα μας, όλο το τοπίο ανασηκώνεται μαζί του. Δεν έχουμε, συνεπώς, σταθερό σημείο αναφοράς που θα μας επέτρεπε να διαπιστώσουμε μια διαφορά επιπέδου, όπως συμβαίνει με τις παλίρροιες των ωκεανών, όπου το νερό ανεβαίνει σε σχέση με την ακτή.

Υπάρχουν, επίσης, και οι ατμοσφαιρικές παλίρροιες: η ατμόσφαιρα στην πραγματικότητα είναι ένας ωκεανός από αέρα, στον βυθό του οποίου ζούμε. Παραμορφώνεται λοιπόν και η ατμόσφαιρα υπό την κοινή επίδραση του Ήλιου και της Σελήνης. H παραμόρφωση της δηλώνεται ουσιαστικά με μια πολύ μικρή περιοδική διακύμανση της ατμοσφαιρικής πίεσης. Προς αποφυγήν, όμως, όποιας παρανόησης, οφείλουμε να υπογραμμίσουμε ότι η ουσιαστική αιτία των «ατμοσφαιρικών παλιρροιών» δεν είναι η βαρυτική έλξη.  Επομένως, δεν περιγράφονται με τον ίδιο τρόπο με τις ωκεάνιες παλίρροιες .

Συγκρινόμενες με τις ωκεάνιες παλίρροιες, οι ατμοσφαιρικές έχουν ένα πολύ ιδιαίτερο χαρακτηριστικό που οφείλεται στην διαφορά των ιδιοτήτων των υγρών και των αερίων σωμάτων: τα αέρια διαστέλλονται όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει ενώ τα υγρά δεν διαστέλλονται ουσιαστικά. Λόγω αυτής της διαφοράς, και επειδή η πυκνότητα της ατμόσφαιρας είναι πολύ χαμηλή για να δεχτεί αξιοσημείωτες επιδράσεις από τη δύναμη της έλξης, η αιτία των ατμοσφαιρικών παλιρροιών είναι ουσιαστικά θερμική. H επίδραση του Ήλιου υπερισχύει, λοιπόν, κατά πολύ εκείνης της Σελήνης, κατά 16 φορές. Αυτή η διαφορά πρέπει να σημειωθεί διότι, όπως είδαμε, στις περιπτώσεις των ωκεάνιων ή χερσαίων παλιρροιών η επίδραση του Ήλιου είναι, αντίθετα, δύο φορές μικρότερη από εκείνην της Σελήνης.

Βιβλιογραφία: Τα μήλα του Νεύτωνα (Jean-Martin Vigoureux), σχετικό άρθρο στην Wikipedia καθώς και φωτογραφίες από το δίκτυο.

About the author

physics4u

Απάντηση

Share