Życie pod niebem bez Księżyca – naukowy domysł Understand article

Tłumaczenie: Grzegorz Glubowski. Strasznie wysokie temperatury, powodzie, wichury…. Jaką by nasza planeta była, gdyby nie miała Księżyca?

Księżyc, the Moon, der Mond, la lune. Jego nazwa, a nawet jej rodzaj gramatyczny są różne w różnych językach, niemniej jednak jest on bez wątpienia ważnym składnikiem naszego wizerunku Ziemi. Czy potrafisz wyobrazić sobie Ziemię bez Księżyca? Bez owego pięknego, jasnego obiektu przemierzającego nocne niebo, wiszącego nad horyzontem, zaglądającego zza drzew w mroźną, zimową noc. Nie ma tego romantycznego światła, nie ma piosenki Blue Moon, ani lądowań na Księżycu. Nie tylko mogłoby go nam brakować – bez Księżyca moglibyśmy wcale nie istnieć.

Wyobraźmy sobie dwa scenariusze: (i) Ziemia nigdy nie miała księżyca i (ii) nasz Księżyc nagle zniknął. Wpierw jednak nieco o oddziaływaniu Księżyca na Ziemię.

Czas i pływy – oddziaływanie Księżyca na Ziemię

Ziemia nie zawsze miała księżyc. Skąd zatem on się wziął? Wiodąca teoria głosi, że około 4,5 miliarda lat temu z Ziemią zderzyła się Theia – obiekt o wielkości Marsa. Uderzając ukośnie, podniosła obłok szczątków, które później połączyły się, tworząc Księżyc. Wpłynęło to głęboko na dalsze losy Ziemi.

Ziemia i jej nowo uformowany Księżyc oddziaływały wzajemnie siłą grawitacji, co spowolniło rotację Ziemi i wydłużyło ziemski dzień z 5 do 24 godzin (Touma & Wisdom, 1998). Księżyc nadal spowalnia obrót Ziemi o 0,002 sekundy na 100 lat (rysunek 1).

Przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Księżyca ustabilizowało także nachylenie ziemskiej osi obrotu. Obecne nachylenie to wynosi 23,5° i w rezultacie mamy na Ziemi pory roku i przewidywalny, dość stały klimat (rysunek 2). Bez Księżyca ta oś kołysała by się, podobnie jak to się dzieje na bezksiężycowym Marsie.

Inną cechą naszej planety są jej oceany. Więcej niż 70% powierzchni Ziemi pokrywa woda morska, wznosząca się i opadająca w 12,5 h cyklu pływów. Siły odpowiedzialne za pływy są złożone. Poza siłą odśrodkową rotacji Ziemi składają się na nie: przyciąganie Księżyca i Słońca (rysunek 3). Wpływ Księżyca jest dwukrotnie większy niż Słońca, gdyż siła grawitacji, jaką jeden obiekt działa na drugi zależy zarówno od ich mas jak i od odległości pomiędzy nimi.

Nie wiemy w jakiej odległości od Ziemi Księżyc się uformował, ale wiemy, że było to dalej niż 12 000 km i bliżej niż obecna odległość (ok. 384 400 km). Oznacza to, że początkowo wywoływał on pływy znacznie większe niż obecnie. Uważa się, że było to bardzo ważne dla mieszania się wód oceanicznych oraz dla początków ewolucji, jakieś 3,8 miliarda lat temu (Comins, 1996).

Co ciekawe, zarówno pływy jak i ruch obrotowy Ziemi mają wpływ na Księżyc i powodują, że oddala się on od Ziemi – w tempie 3,82 cm na rok (rysunek 1).

Scenariusz 1: Co by było jeśli nigdy nie byłoby księżyca?

Co mogłoby dziać się na Ziemi gdyby te 4.5 miliarda lat temu Theia ominęła ją spokojnie i nie doszłoby do zderzenia, ani pojawienia się Księżyca? No cóż…, jakieś życie pewnie istniałoby na Ziemi, ale ludzie prawie na pewno nie. Pomyśl tylko o długotrwałym procesie ewolucji, o tych małych zmianach, delikatnych adaptacjach organizmów do ich środowisk. Niemal niezauważalne zmiany w ziemskim środowisku zupełnie zmieniały bieg ewolucji. Ja nie pisałbym tego artykułu – a ty byś go nie czytał.

Gdyby Księżyc się nie uformował, Ziemia musiałaby być obecnie całkowicie inną. Dzień ziemski trwałby ledwie 8-10 godzin. Szybsza rotacja byłaby przyczyną wichrów omiatających jej powierzchnię z szybkością 160-200 km/h. Oś obrotu Ziemi chwiałaby się, wywołując duże zmiany temperatury na przestrzeni tysięcy lub milionów lat. Nasze morza podlegałyby pływom, ale te pływy byłyby o wiele mniejsze – wywoływałoby je tylko Słońce.

Poproś uczniów o formułowanie pomysłów dotyczących organizmów, które byłyby w stanie wyewoluować na Ziemi nie mającej Księżyca, zdolnych znieść ekstremalne temperatury, silne wiatry, małe pływy i krótkie dni.

Scenariusz 2: Co by było gdyby nasz Księżyc nagle zniknął?

Przypuśćmy, że Księżyc jutro miałby po prostu zniknąć. Wtedy my i wszystkie inne organizmy na Ziemi znaleźlibyśmy się w poważnych tarapatach. Przystosowani do życia w określonym układzie warunków, znaleźlibyśmy się w zupełnie odmiennym środowisku. Zmiany mogłyby trwać tysiące lub miliony lat, co być może wydaje się długo, ale byłyby dramatyczne.

Gdyby Księżyca zabrakło, stabilność osi obrotu Ziemi na powrót by zniknęła, a z nią przewidywalność temperatur. Weźmy pod uwagę dwa miasta: Rzym i Sztokholm. Najwyższa, średnia temperatura w Rzymie latem wynosi 29 °C, a zimą 13 °C. W Sztokholmie, latem jest to 20 °C, a zimą 0 °C^w1. Gdyby nachylenie osi obrotu Ziemi uległo zmianie, temperatury w tych dwóch także uległyby zmianie. Wyobraź sobie, że zmieniły się wymiennie. Okazałoby się, że infrastruktura (np. klimatyzacja, czy pługi śnieżne) byłaby w tych miastach po prostu nieodpowiednia, aby zapewnić ludziom właściwy komfort życia, pracy i jedzenia. Włosi, Szwedzi i całe życie na Ziemi musiałoby się dostosować albo wymrzeć.

Przemieszczanie się mogłoby być jedną z opcji dostosowania, ale nie dla wszystkich organizmów. Rafy koralowe, na przykład, złożone i wrażliwe ekosystemy, mogłyby nie zdołać dostatecznie szybko dostosować się do zmieniającej się temperatury wody i prawdopodobnie by wymarły (Saxby i in., 2003).

Co więcej, gdyby zmieniła się temperatura, Ziemia straciłaby swoje bieguny zimna, na których zgromadziły się ogromne ilości lodu. Ten lód stopiłby się, a poziom oceanów podniósłby się, zmieniając linie wybrzeży na całym świecie. Kraje takie jak Holandia zostałyby zalane.

Brak stabilności nachylenia osi obrotu Ziemi oznaczałby utratę regularności pór roku, ze wszelkimi tego konsekwencjami. Pomyśl ile organizmów dorasta, migruje, łączy się w pary, hibernuje w określonych porach roku. Zmiany temperatury rozregulowałyby okres wegetacji roślin i klimat dla nich, co skomplikowałoby znacznie produkcję żywności na Ziemi.

Czyste szaleństwo?

Nikt nie spodziewa się tak dużej ilości domysłów w artykule naukowym. Jednakże wyobrażanie sobie świata bez Księżyca jest zabawnym ćwiczeniem, ujawniającym na jakie sposoby Księżyc czyni z Ziemi tak wspaniałą planetę, którą znamy. Takie ćwiczenie nie tylko wprowadza fragmenty trudnej fizyki w prostym kontekście, ale też daje uczniom okazję do rozważań o procesie ewolucji i o zależności każdego aspektu naszego życia od środowiska, w którym żyjemy.

Download

Download this article as a PDF