چرا ماه همیشه یک سوی خود را به طرف زمین نگه می­دارد؟

 

کشش گرانشی ماه بر روی زمین باعث بالا آمدن آب اقیانوس­ها در دو طرف زمین می­شود و دو برآمدگی جذر و مدی را ایجاد می­کند. همچنان که زمین از غرب به شرق می­چرخد، یکی از این دو برآمدگی جذر و مدی که همیشه رو به ماه دارد و دیگری رو به سوی مخالف ماه، دور زمین از شرق به غرب حرکت می­کنند.

همچنان که این دو برآمدگی جذر و مدی به دور زمین می­گردند، با ته دریاهای کم ژرفا مانند دریای برینگ و دریای ایرلند، اصطکاک ایجاد می­کنند. مجموعۀ این اصطکاک­ها انرژی چرخشی زمین را به گرما تبدیل می­کند. خیلی آهسته، همین طور که از انرژی چرخشی زمین کاسته می شود، سرعت حرکت سیارۀ ما به در محورش آهسته­تر می­شود. جذر و مد در برابر چرخش زمین مانند ترمز عمل می­کند و در نتیجه، شبانه روز ما هر صد هزار سال، یک ثانیه طولانی­تر می­شود.

فقط آب­ها نیستند که در اثر گرانش ماه بالا می­آیند. پوستۀ جامد زمین هم تحت تأثیر این کشش قرار می­گیرد، اگرچه مقدار بالا آمدگی آن قابل توجه نیست. دو برآمدگی صخره­ای هم زمین را دور می­زنند که یکی از آنها رو به ماه دارد و دیگری در سمت مخالف آن است. همین طور که این برآمدگی­های صخره­ای دور زمین می­چرخند، اصطکاک یک لایۀ صخره­ای بروی لایۀ زیرین آن هم باعث کاهش انرژی چرخشی زمین می­شود. (البته برآمدگی­ها واقعاً به دور زمین نمی­چرخند، اما همچنان که زمین می­چرخد، سمت پایینی برآمدگی­ها که در یک مکان قرار دارد، در جای دیگری شکل می­گیرد).

ماه هیچ دریایی ندارد و جذر و مد عادی در آن به وجود نمی­آید. با این حال پوستۀ صخره­ای آن تحت تأثیر نیروی گرانشی زمین قرار می­گیرد و نیروی گرانشی زمین هم هشتاد برابر نیروی گرانشی ماه است. برآمدگی­هایی که روی سطح ماه ایجاد می­شوند، بسیار بزرگ­تر از برآمدگی­هایی هستند که روی سطح زمین به وجود می­آیند، در نتیجه ماه تحت تأثیر اصطکاک جذر و مدی­ای قرار می­گیرد که به میزان قابل توجهی بیش از اصطکاک جذر و مدی زمین است، البته اگر آن هم در دوره­های بیست و چهار ساعته به دور خود می­چرخید. از سوی دیگر، ماه با جرم خیلی کمتری که از زمین دارد، در طول مدت گردش مساوی با زمین، انرژی چرخشی کمتری از زمین هم دارد.

ذخیرۀ انرژی اولیۀ ماه که کمتر از زمین بود، در اثر برآمدگی­های بزرگی که زمین ایجاد می­کرد، با سرعت بیشتری کاسته شد و دورۀ گردش آن با سرعت نسبتاً زیادی رو به فزونی گذاشت. میلیون­ها سال پیش، سرعت چرخش ماه باید آن قدر آهسته شده باشد که دورۀ چرخش آن به دور خودش، با دورۀ گردش آن به دور زمین برابر شده باشد. وقتی که ماه به این نقطه برسد، همیشه یک سوی خود را به طرف زمین نگه خواهد داشت.

این موضوع باعث می­شود که برآمدگی­ها در جای خودشان ثابت بمانند. یکی از این برآمدگی­ها درست در مرکز ماه به سمت ما قرار دارد و دیگری درست در مرکز سمت دیگر ماه که ما آن را نمی­بینیم، رو به طرف مخالف ما دارد. از آنجا که این دو جهت جایشان را عوض نمی­کنند، برآمدگی­ها دیگر حرکت نمی­کنند و دیگر هیچ اثر اصطکاکی در برابر دورۀ گردش آن وجود ندارد. در نتیجه، ماه تا مدت نامحدودی فقط یک سوی خود را به طرف ما نگه خواهد داشت، و همان طور که می­بینید، این یک رویداد تصادفی نیست، بلکه نتیجۀ غیر قابل اجتناب تأثیر گرانش و اصطکاک است.

ماه یک مثال نسبتاً ساده­ است. تحت برخی شرایط، اثر جذر و مدی می­تواند شرایط پیچیده­تری از پایداری را ایجاد نماید. مثلاً به مدت هشتاد سال، چنین تصور می­شد که سیارۀ تیر (نزدیک­ترین سیاره به خورشید که بیش از همه تحت تأثیر نیروی گرانشی آن قرار دارد)، به همان دلیلی که ماه یک سوی خود را به طرف زمین نگه می­دارد، یک روی خود را به سمت خورشید گرفته است. در واقع بعداً معلوم شد که در مورد سیارۀ تیر، تأثیر اصطکاک می­تواند یک دورۀ پایدار 58 روزه را ایجاد نماید که درست دو سوم طول مدت 88 روزۀ گردش این سیاره به دور خورشید است.