Miért lassul a Föld tengelyforgása?

A holdfék múltja, jelene és várható jövője

Természetesnek vesszük, hogy napjaink hossza 24 óra, pontosabban 23 óra 56 perc és 4 másodperc. Ám bolygónk tengelyforgásának az ideje nem volt és nem is lesz mindig ekkora, ugyanis évmilliárdok óta egyre lassul ez az idő, a folyamat ma is tart, és a jövőben is folytatódni fog. Ennek legfőbb oka pedig a Hold fékező hatása. De miként is jött létre és hogyan működik a holdfék?

A 4,6 milliárd éve kialakult Naprendszer őskorában egy Mars méretű bolygó, a Theia csapódott bele a már magra, köpenyre és kéregre rétegződött planétánkba. Anyaga részben összeolvadt a Földével (vasmagja teljesen a miénkkel), részben pedig a földköpeny egy részével együtt kirepült a világűrbe, Föld körüli pályára állt, s belőle alakult ki a Hold, melynek felszínét kezdetben izzó magmaóceán borította, ahogy planétánk felszíne is átmenetileg ismét megolvadt az ütközéskor felszabadult hőtől, majd mindkét égitest kérge megszilárdult. Mikor történt az ütközés? A Kölni Egyetem kutatói az Apollo-program során a Földre hozott holdi kőzeteket vizsgálva, a bennük lévő urán-, volfrám- és hafniumizotópok arányát összehasonlítva, illetve laboratóriumi kísérleteket végezve arra a következtetésre jutottak, hogy a Hold legalább 4,51 milliárd éve jött létre. Majd miután mintegy négymilliárd évvel ezelőtt a Földön megszülettek az első őstengerek és ősóceánok, működésbe lépett a holdfék, mely az árapálysúrlódás révén fejti ki a hatását.

Miközben ugyanis bolygónk a gravitációs erejével Föld körüli pályán tartja égi kísérőnket, az utóbbi is vonzza planétánkat, még ha kicsi is ez a vonzóerő, a földinek mindössze a hatodrésze, ráadásul mintegy 380 ezer kilométer távolságból fejti ki a hatását, a gravitációs erő pedig a távolság négyzetének arányában csökken, amit úgy kell elképzelnünk, hogy ha egy égitest kétszer messzebbre kerül egy másiktól, akkor négyszer gyengébbé válik a vonzóereje. Ám a Hold viszonylag gyenge gravitációs hatása is elég ahhoz, hogy létrehozza az árapályt. A Föld Hold felé forduló részén, valamint az ellentétes oldalán kialakul egy-egy dagályhegy. A kísérő égitestünk felé néző dagályhegy esetében érthető, miért jön létre, hiszen vonzza a Hold. De miért képződik dagályhegy az ellentétes oldalon? Nos, égi kísérőnk nemcsak a víztömeget, hanem kismértékben bolygónk egészét és vele az átellenes oldalon lévő víztömeget is maga felé húzza. Csakhogy a Föld két oldala közt 12 ezer kilométer a távolság, s itt már érvényesül az a tény, hogy a vonzóerő a távolság négyzetének arányában csökken: a Hold a bolygó felé forduló oldalának a vizét erősebben, az ellentétes oldal vizét viszont gyengébben húzza magához, mint magát a planétát, így a víztömeg a Hold felé eső részen eltávolodik a Föld testétől, a másik részen pedig kissé lemarad attól. Megjegyzendő: a hatórás időközönként egymást követő apály és dagály során nem a dagályhegyek mozdulnak el, azok egy helyben állnak, ahogy a Hold vonzza azokat. Az égi kísérőnknél gyorsabb tengely körüli forgást végző bolygónk fordul el alattuk, s csak úgy tűnik, mintha a dagályhegyek mozognának. Ám amellett is, hogy maga a világóceán együtt mozog a tengelyforgást végző Földdel, a Hold az árapállyal mégis fékező súrlódást okoz, hiszen bolygónk a kontinensek kiemelkedő partjaival újra és újra nekiütközik a dagályhegyeknek, s ez fékezi a tengelyforgását. A fékezés évszázadonként alig valamivel több, mint egy ezredmásodperc, pontosabban: 0,00164 másodperc, ám földtörténeti időskálán nézve mégis jelentős mértékű.

J. Wells amerikai tudós alaposan megvizsgált egy, a paleozoikum devon időszakából származó, 370 millió éves megkövesedett korallt. A korallok meszet választanak ki, az évszakok ritmusának megfelelően építik fel külső vázukat, s felületükön éppúgy évgyűrűk alakulnak ki, mint a fatörzseken. Ám napi gyűrűik is vannak, hiszen míg nappal kiválasztják, addig éjszaka a lecsökkent hőmérséklet és fény miatt nem választják ki a meszet. Wells pedig erős nagyító segítségével megszámolta a napi gyűrűket, és kiderítette, hogy minden évgyűrű 395 napi gyűrűből állt, vagyis a devonban még 395 napból tevődött össze egy esztendő. S mivel a Föld Nap körüli keringési sebessége a Naprendszer megszületése óta nem változik, a 395 napos év azt jelenti, hogy akkoriban még több, de rövidebb napból állt az esztendő. S ahogy megyünk visszafelé az időben, úgy látjuk csökkenni a napok óráinak a számát. 200 millió éve, a dinoszauruszok uralmának az elején 385, egyenként 23 órás nap volt egy évben. Amikor 400 millió évvel ezelőtt az első növények megjelentek a szárazföldek partjain, a 405 napos évben 21,5 órát tett ki a napok hossza. Még korábban, 2,45 milliárd éve pedig még csak 16,9 órából állt egy nap.

Ám a holdfék nem marad fenn az idők végezetéig. Az Apollo-program során lézertükröt is elhelyeztek égi kísérőnk felszínén, a rálőtt és onnan visszaverődő lézersugarak, ha kicsivel is, de egyre hosszabb idő alatt teszik meg a két égitest közötti távolságot, így kiszámították, hogy a Hold évente 3,8 cm-rel távolodik tőlünk. Kialakulásakor még mintegy hússzor közelebb keringett hozzánk, mint ma, 3 milliárd év múlva pedig már olyan messze fog keringeni, hogy megszűnik a Földre kifejtett hatása. Bár az óceánokon már 1,1 milliárd esztendő elteltével nem lesz apály és dagály, mivel ekkorra a Nap egyre erősödő sugárzása miatt az óceánok felforrnak és elpárolognak. Ám már mintegy félmilliárd évvel korábban lakhatatlanul meleggé válik a Föld átlaghőmérséklete, így távoli utódainknak más, lakható bolygókra kell költözniük. De miért távolodik a Hold? A fő ok maga az égitest által kifejtett árapályerő, mely visszahat a Holdra, amit a fegyver elsütésekor fellépő visszarúgáshoz hasonlíthatunk. Tehát végső soron a holdfék önmagát szünteti meg.

Lajos Mihály