Сенсационная история Земли - Скляров Андрей Юрьевич - Страница 16

Необходимый для изменения наклона оси вращения Земли вращательно-опрокидывающий момент может возникнуть, например, при касательном (или близком к касательному) ударе метеорита.

С помощью механики гироскопов довольно легко подсчитать, что для поворота в пространстве оси вращения Земли на угол равный 20 о(определяемый из произошедших климатических изменений) для метеорита, подлетающего к Земле со скоростью 100 км/сек, требуются размеры, по самым скромным подсчетам, никак не менее 1000 километров в диаметре!.. И это при весьма идеализированной картине столкновения – учет потерь энергии на процессы, не связанные со смещением оси, ведет к заметному увеличению требуемых размеров метеорита.

Подобные размеры имеют лишь самые крупные известные метеориты в Солнечной системе (например, Церера – см. Рис. 166), вероятность столкновения с которыми хотя и не равна нулю, но все-таки очень и очень мала. Но что самое главное – достаточно очевидно, что «камушек» таких размеров (сопоставимый со всей центральной Европой), если и не приведет к гибели Земли как единого тела или хотя бы к «сносу» части планеты (диаметр которой всего 12800 километров), то уж наверняка уничтожит на ней все живое. А среди результатов катаклизма XI тысячелетия до нашей эры, как следует из археологических данных, гибель всего живого на Земле (как и самой планеты Земля) не числится. Так что вариант изменения наклона оси вращения всей планеты вследствие удара метеорита приходится исключить.

* * *

В последнее время активно обсуждается возможность изменения оси вращения нашей планеты в соответствии с так называемым «эффектом Джанибекова».

Эффект был обнаружен космонавтом Владимиром Джанибековым в 1985 году во время полета на корабле «Союз Т-13» и орбитальной станции «Салют-7».

Рис. 39. Владимир Джанибеков

Виновницей открытия стала обычная гайка. Если быть более точным, не совсем обычная, а с «ушками», облегчающими ее закручивание/откручивание. Распаковывая грузы, приходящие на орбиту, космонавты, используя эти «ушки», просто откручивают руками гайки, закрепляющие разные части грузов и их упаковки. При качественном изготовлении винтов и гаек (а в космической промышленности стараются все-таки на совесть), можно просто сильно крутануть гайку или даже стукнуть по одному из «ушек», и гайка сама скрутится с резьбового крепления и, будучи в невесомости, продолжит свое движение со вращением уже сама по себе.

Наблюдая за полетом гайки в пространстве кабины, Джанибеков заметил странные особенности ее поведения. Оказалось, что при движении в невесомости вращающаяся гайка через некоторый промежуток времени внезапно изменяла свое вращение, совершая своеобразный «кувырок». Этого не должно было происходить, но это происходило в реальности…

Рис. 40. Вращающаяся гайка с «ушками» слетает с резьбового крепления

Джанибеков решил попробовать с каким-нибудь другим объектом и налепил на гайку пластилин. Запущенный гайково-пластилиновый «шарик» точно так же, пролетев некоторое расстояние, перевернулся вокруг своей оси и полетел дальше. Эффект наблюдался и у других тел, имевших более крупные размеры и более сложную форму.

Естественно, родилась версия, что и наша планета, также летающая в невесомости, может периодически испытывать подобные кувырки. Нашлись и желающие заговорить о регулярных «концах света», связанных с такими кувырками планеты…

Ныне предпринимаются самые разные попытки объяснения «эффекта Джанибекова». Есть, например, вариант численного моделирования странной траектории гайки по стандартным формулам (формулам Эйлера), в которой кувырки оказываются следствием своеобразных начальных условий и особенностей моментов инерции вращающегося тела сложной геометрической формы. По этим же расчетам вроде бы получается, что симметричное сферическое тело типа нашей планеты кувырков испытывать не должно. Но численное моделирование – довольно тонкая вещь, требующая очень аккуратного с собой обращения. Чуть что-то в модели не учел, и она выдает совершенно иной результат. И кроме того, любая модель требует отдельного доказательства своей корректности. Так что в целом можно констатировать лишь, что окончательного решения проблемы пока так и не найдено.

На мой взгляд, кувырки, обнаруженные Джанибековым, вполне могут оказаться результатом воздействия неучтенных вторичных факторов. Например, проявлением так называемого «эффекта Магнуса».

Эффект Магнуса – достаточно хорошо изученное физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Вращающийся объект за счет трения в тонком пограничном слое создает в среде вокруг себя вихревое движение. Там, где направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока, скорость движения среды увеличивается. А там, где направление вихря противоположно направлению движения потока скорость движения среды уменьшается. Вследствие этого (и в соответствии с хорошо известным законом Бернулли) возникает разность давлений, порождающая поперечную силу.

Рис. 41. Эффект Магнуса

Эффект впервые был описан немецким физиком Генрихом Магнусом в 1853 году и на самом деле знаком очень многим. С его использованием связаны так называемые «крученые удары» во многих видах спорта – например, в футболе, большом и настольном теннисе (для некоторых из таких ударов иногда используется даже специальный термин «топ-спин»).

Все более-менее просто и однозначно для движения таких симметричных тел как сферический мяч или цилиндр. Однако в случае с «джанибековской» гайкой или другим телом более сложной формы, возникающий эффект Магнуса, будет создавать не просто единую результирующую силу, влияющую на траекторию тела, но и сложную распределенную нагрузку, которая при определенных условиях запросто может порождать и «кувырки» вращающегося тела. На фоне сильного притяжения Земли, которое испытывает любой движущийся объект вблизи поверхности планеты, эти особенности движения можно и не заметить. Но в невесомости на орбите эффект Магнуса будет выходить на первый план.

Однако для возникновения эффекта Магнуса необходима довольно плотная среда, в которой движется тело. В кабине орбитальной станции и космического корабля, такой средой является воздух. Земля же движется в безвоздушном пространстве, и эффекта Магнуса тут не возникает. А следовательно, нечего бояться и спонтанных кувырков нашей планеты.

* * *

Итак, нужно искать иные причины изменения положения географических полюсов Земли. И тут может помочь одно достаточно простое соображение.

Дело в том, что для того, чтобы географические полюса планеты изменили свое положение, вовсе не обязательно менять положение оси ее вращения в пространстве. Достаточно повернуть, скажем, только кору планеты, не меняя положения оси вращения самой Земли относительно неподвижных звезд.

Соответствующая теория – теория «проскальзывания» земной коры– была предложена Шульцем, который предположил, что механизм изменений связан с «движением литосферы как единого целого... быстрыми рывками, за которыми следуют долгие паузы».

Для того, чтобы понять суть данной теории, нужно вспомнить строение Земли. Твердая земная кора (или литосфера) наподобие скорлупы в яйце покоится на мощных пластах мантии, состоящей из жидких расплавленных пород. При этом толщина коры по порядку величины составляет всего от 5 км в океанах до 50 км в районе материковых плит при общем радиусе Земли 6400 км.

Рис. 42. Строение Земли

Ясно, даже чисто умозрительно, что это дает возможность земной коре при определенных условиях «проскальзывать» по жидкому слою магмы, составляющей мантию Земли, без сколь-нибудь значительного изменения вращения всего гироскопа под названием «планета Земля». Насколько «легко» это может произойти, можно себе представить, если вспомнить, как легко и быстро способна передвигаться горячая лава (та же магма) при извержении вулканов.