Mengapakah Bulan Semakin Menjauhi Bumi?

Setiap tahun, jarak antara Bumi dan Bulan bertambah kira-kira 3.8 sentimeter, hampir sama dengan kadar kuku jari anda memanjang. Pada jarak purata kira-kira 384 400 kilometer, perubahan itu tidak dapat dilihat dengan mata. Namun hal ini benar-benar berlaku, dan puncanya ialah cara Bumi dan Bulan bertukar tenaga melalui pemindahan momentum sudut.

Nota Istilahpemindahan momentum sudut: Peralihan momentum putaran daripada satu jasad kepada jasad lain, sementara jumlah momentum sudut seluruh sistem kekal tetap.

Tonjolan pasang surut yang mendahului Bulan

Dalam model ringkas, graviti Bulan menarik lautan Bumi dan membentuk dua tonjolan pasang surut, satu menghadap Bulan dan satu lagi di sebelah bertentangan. Keadaan sebenar lebih rumit kerana dipengaruhi bentuk lautan dan kedudukan benua. Jika Bumi tidak berputar, tonjolan itu akan sentiasa tepat sejajar dengan Bulan. Tetapi Bumi berputar sekali dalam sehari, jauh lebih laju daripada Bulan yang mengelilingi Bumi sekali dalam kira-kira 27 hari. Geseran antara air, dasar laut dan pantai menyebabkan tonjolan itu tidak sempat kekal sejajar dengan Bulan, sebaliknya dibawa sedikit ke hadapan oleh putaran Bumi, mendahului garis antara Bumi dan Bulan.

Tonjolan yang berada di hadapan itu menarik Bulan ke arah hadapan dalam orbitnya. Tarikan ke hadapan ini menambah tenaga dan momentum sudut orbit Bulan, lalu Bulan beransur-ansur bergerak ke orbit yang lebih besar. Pada masa yang sama, graviti Bulan menarik tonjolan itu ke belakang, dan daya ini memperlahankan putaran Bumi.

Rajah skema, tidak mengikut skala: tonjolan pasang surut mendahului garis Bumi-Bulan, dan tarikan graviti tonjolan itu menolak Bulan ke hadapan dalam orbitnya.

Hari di Bumi turut bertambah panjang

Dalam model ringkas yang mengabaikan pengaruh luar seperti Matahari, jumlah momentum sudut sistem Bumi dan Bulan kekal tetap, maka pertambahan pada orbit Bulan datang terutamanya daripada putaran Bumi. Akibatnya, Bumi berputar semakin perlahan dan panjang sehari bertambah kira-kira dua milisaat setiap seratus tahun akibat pasang surut. Bukti masa silam menyokong gambaran ini: garis pertumbuhan pada fosil karang purba menunjukkan bahawa sekitar 400 juta tahun lalu, setahun mengandungi kira-kira 400 hari yang lebih pendek, walaupun anggaran tepatnya masih berbeza antara kajian.

Tidak semua keadaan samaKadar 3.8 sentimeter setahun ialah kadar masa kini dan bukan angka tetap. Kadar itu bergantung pada susunan benua dan bentuk lautan yang menentukan jumlah tenaga pasang surut yang dilesapkan, maka kadar itu berubah sepanjang sejarah Bumi.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Sejak angkasawan Apollo 11 meletakkan pemantul cahaya di permukaan Bulan pada tahun 1969, pemerhati di Bumi menembak denyutan laser ke pemantul itu dan mengukur masa yang diambil cahaya untuk kembali. Pemantul serupa turut dipasang oleh misi Apollo 14 dan Apollo 15 serta dua kenderaan Lunokhod Soviet.
Bukti
Masa perjalanan cahaya memberi jarak dengan ketepatan beberapa milimeter. Pengukuran berulang selama puluhan tahun menunjukkan jarak itu bertambah kira-kira 3.8 sentimeter setahun, selaras dengan pengiraan berdasarkan pasang surut.
Inferens
Bulan semakin menjauhi Bumi dan putaran Bumi semakin perlahan pada kadar yang selari, maka kedua-dua perubahan itu menunjukkan bahawa momentum sudut berpindah daripada putaran Bumi kepada orbit Bulan melalui interaksi pasang surut.
Model
Model ringkasnya: Bumi berputar lebih laju daripada orbit Bulan → tonjolan pasang surut mendahului Bulan → tarikan graviti menolak Bulan ke hadapan → orbit Bulan membesar → putaran Bumi memperlahan.
Batasan
Model ini ialah gambaran ringkas. Kadar sebenar bergantung pada geometri lautan dan benua, maka kadar masa silam tidak boleh dianggap sama dengan kadar sekarang.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 3

Mengapakah tonjolan pasang surut Bumi mendahului garis antara Bumi dan Bulan?