Түнгі ашық аспанға көз жүгіртсеңіз, мыңдаған жылдар бойы ата-бабаларымыз қалай көрсе, Айдың дәл сол таныс «келбетін» көресіз: сол баяғы қара дақтар, сол салқын жымиыс. Күн жүйесіндегі барлық ірі планеталар мен серіктер тоқтаусыз шыр көбелек айналып, ғарыш сахнасында жан-жағын түгел паш етіп жатқанда, неліктен Ай ғана Жерге қадала қарап, бір ғана жағымен «қатып қалғандай» көрінеді? Бұл кездейсоқтық па, әлде көктегі алып денелердің арасындағы көзге көрінбейтін құпия келісім бе?
Шындығында, бұл — мінсіз бапталған физикалық тепе-теңдік. Осы жерде көкейге келетін алғашқы ой: «Ай өз осінен мүлде айналмай ма?» дегенге саяды. Алайда ғылым мұны жоққа шығарады. Ай өз осінен айналады, бірақ оның өз өсін бір мәрте толық айналып шығу уақыты Жерді бір рет айналып өтетін уақытына (дәлірек айтқанда, 27 күн, 7 сағат, 43 минутқа) секунд сайын дәлме-дәл сәйкес келеді. Бұл құбылыс астрономияда синхронды айналу немесе гравитациялық бекітілу (ағылшынша tidal locking) деп аталады.
«Орындық пен бөлме» тәжірибесі: синхрондықты көзбен көру
Бұл құбылысты түсіну үшін аса күрделі формулалардың қажеті жоқ, кәдімгі бөлме мен орындықты елестету жеткілікті. Бөлменің ортасына бір орындық қойып, оны Жер деп есептеңіз, ал өзіңіз Айдың рөлінде болыңыз.
Егер сіз орындықты айналып жүргенде, жүзіңізді тек орындыққа қаратып қозғалсаңыз, бөлменің қабырғаларына қатысты не болады? Байқап көрсеңіз, орындықты жартылай айналғанда сіздің арқаңыз бөлменің сол жақ қабырғасына, ал толық шеңбер жасағанда бастапқы қабырғаға қарап тұрады. Яғни, орындықта отырған адам үшін сіз бірде-бір рет теріс қараған жоқсыз, бірақ бөлменің сыртқы қабырғаларына (алыстағы жұлдыздарға) қатысты өз осіңізден тура бір толық айналым жасап шықтыңыз! Егер сіз шынымен өз осіңізден мүлде айналмасаңыз, бөлменің бір ғана қабырғасына қарап жүрер едіңіз де, орындықтағы бақылаушыға бірде оң қырыңызды, бірде желкеңізді, бірде сол қырыңызды көрсетер едіңіз. Міне, Ай да дәл осылай қозғалады.
Бұл «құлып» қалай пайда болды?
Ай жаратылған алғашқы кезеңде (шамамен 4,5 миллиард жыл бұрын) ол өз осінен әлдеқайда жылдам айналған. Алайда Жердің орасан зор тартылыс күші Айдың пішінін сәл созып, оны сопақша күйге түсірді. Жер Айдың тау-тастарын өзіне қарай «тартып», оның қойнауында тұрақты тыныс-қайтулық толқындар (гравитациялық деформация) тудырды.
Бұл ішкі үйкеліс миллиардтаған жылдар бойы алып табиғи тежегіш сияқты жұмыс істеді. Нәтижесінде, Айдың өз осінен айналу жылдамдығы біртіндеп баяулап, Жерді айналу жылдамдығымен теңескен сәтте тоқтады. Гравитациялық құлып сырт етіп жабылды. Бұл — ғарышта өте жиі кездесетін құбылыс: мәселен, Плутон мен оның серігі Харон да бір-біріне тек бір бетімен қарап айналады.
«Айдың қараңғы беті» — мәдени жаңсақтық
1973 жылы британдық Pink Floyd тобы «The Dark Side of the Moon» атты аты аңызға айналған альбомын шығарғанда, олар поэтикалық метафораны қолданған еді. Алайда көпшілік мұны ғылыми шындық деп қабылдап, Айдың арғы беті мәңгі түнекке оранған суық мекен деп ойлайды. Бұл — қате түсінік.
Ғарышта Айдың «қараңғы» жағы жоқ, тек «арғы беті» (far side) бар. Біз Жерден жаңа туған Айды (орақ тәрізді немесе мүлде көрінбейтін қараңғы кезін) тамашалаған сәтте, оның бізге көрінбейтін арғы бетін Күн сәулесі жарқыратып тұтас шайып жатады. Керісінше, бізде Толықсыған Ай болғанда, арғы бетте екі аптаға созылатын түн орнайды. Айдағы тәулік шамамен 29,5 Жер күніне тең болғандықтан, оның кез келген нүктесі шамамен екі апта бойы Күнге қақталып, артынша екі апта бойы ғарыштың қақаған түніне барығады.
Либрация: Біз неге 50%-ды емес, 59%-ды көреміз?
Синхронды айналу соншалықты қатаң болса, біз Ай бетінің тура жартысын (50%) ғана көруіміз керек сияқты. Бірақ аспан механикасы одан да қызығырақ. Жер бетіндегі бақылаушылар уақыт өте келе Ай бетінің шамамен 59 пайызын көре алады.
Бұл құбылыс либрация (латынша libro — «теңселу, тербелу») деп аталады. Оның екі негізгі себебі бар:
- Орбитаның сопақтығы (эллипс): Айдың өз осінен айналу жылдамдығы бірқалыпты болғанымен, оның Жерді айналу жылдамдығы өзгеріп отырады. Жерге жақындағанда (перигейде) ол жылдамырақ, алыстағанда (апогейде) баяуырақ қозғалады. Бұл жылдамдықтардың аздаған үйлеспеушілігі салдарынан Ай бізге бірде оң жақ жиегін, бірде сол жақ жиегін көбірек көрсетеді (шығыс пен батысқа «басын шайқағандай» болады).
- Остің көлбеулігі: Айдың айналу осі оның орбита жазықтығына сәл қиғаш орналасқан. Осының арқасында біз белгілі бір уақытта оның солтүстік полюсінің арғы тұсын, ал басқа уақытта оңтүстік полюсінің жиектерін көре аламыз («басын иззегендей» әсер береді).
1959 жылғы сенсация: Арғы беттің құпиясы
Адамзат мыңдаған жылдар бойы Айдың тылсым тылында не жатқанын тек қиялмен ғана елестетіп келді. Бұл шымылдық 1959 жылы кеңестік «Луна-3» ғарыш аппараты арғы бетті тұңғыш рет суретке түсіріп, Жерге жібергенде түрілді. Нәтиже ғалымдарды аң-таң қалдырды: екі бет мүлдем екі түрлі әлем болып шықты!
Бізге қарайтын бергі бетте көне жанартау лавасынан қалған тегіс, қара дақтар — алып «теңіздер» (Тыныштық теңізі, Дауылдар мұхиты) көп болса, арғы бетте мұндай теңіздер жоқтың қасы. Оның есесіне арғы жақ шұрқ тесік кратерлерге, биік тау жоталарына және қалың қыртысқа толы. Неге бұлай? Ғалымдардың болжамынша, Ай жаңа қалыптасып, Жер әлі балқыған лава шары болып тұрған кезде, Жердің қызуы Айдың бергі бетін үнемі қыздырып, қыртыстың қалыңдауына жол бермеген. Ал ғарыштың суығына қараған арғы бет тез салқындап, қалың әрі берік қыртыспен қапталған. Сондықтан метеориттер соққанда арғы бетте лава сыртқа тесіп шыға алмаған.
Миф пен Ақиқат: Салыстырмалы шолу
Танымал миф
Ғылыми ақиқат
Ай өз осінен айналмайды, сондықтан бізге үнемі бір жағын көрсетеді.
Ай өз осінен айналады. Бірақ оның өстік және орбиталық айналу кезеңдері мінсіз сәйкес (27,3 күн).
Айдың арғы беті — мәңгілік қараңғылық пен суық мекені.
Арғы бет те бергі бет сияқты Күн сәулесіне толық шомылады (екі апта күн, екі апта түн).
Біз Жерден Айдың тек 50%-ын ғана көре аламыз.
Либрация құбылысының арқасында біз оның бетінің 59%-ына дейін бақылай аламыз.
Айдың екі беті бір-бірінен еш айырмашылықсыз ұқсас.
Арғы бетте лавалы теңіздер жоқтың қасы, қыртысы әлдеқайда қалың және кратерлері қалың.
Айдың бізге үнемі бір бетімен қарап тұруы — ғарыштық немқұрайлылық емес, гравитациялық заңдардың миллиардтаған жылдар бойғы қажырлы шеберлігі. Түнгі аспанға қараған сайын көретін бұл таныс бейне — алып планета мен оның айнымас серігі арасындағы терең байланыстың мәңгілік куәсі.