Приливы: Луна, Солнце и движение воды

Не тяга к Луне, а разность тяги

В Principia приливы были не живописной приметой морского берега, а проверкой того, умеет ли тяготение объяснять явление, где движется не один камень и не одна планета, а огромная оболочка воды. Ньютон относил такие задачи к специальным применениям своей механики: после теорем о движении и тяготении следовало показать, что те же принципы работают в главных явлениях Солнечной системы. Океан оказывался особенно неудобным экзаменатором. Планета в первом приближении может быть точкой; океан упорно остаётся водой, имеет берега и переменчивую глубину.

Луна притягивает Землю целиком, однако ближнюю к ней сторону — несколько сильнее, дальнюю — несколько слабее, а центр Земли получает промежуточное действие. Для приливной задачи существенна именно эта разность. Если мысленно оставить лишь общее притяжение, вся Земля получила бы почти одинаковое ускорение и заметной деформации относительно собственного центра не возникло бы. В системе, движущейся вместе с Землёй, остаётся различие между ускорениями отдельных её частей; оно и стремится растянуть водную оболочку вдоль направления на Луну.

Почему высоких вод две

Из этого сравнения сил получается привычная, но часто неверно пересказанная картина двух приливных областей. На стороне, обращённой к Луне, вода сильнее притягивается в её сторону. На противоположной стороне лунное притяжение слабее, чем в центре Земли, и относительно центра возникает направленный наружу приливный эффект. Это не две независимые «волны от Луны» и не знак того, что Луна одновременно тянет воду в противоположные стороны. Речь идёт о форме системы, части которой ускоряются неодинаково.

Солнце участвует в той же задаче. Хотя оно гораздо дальше Луны, его притяжение тоже неодинаково на разных частях Земли и потому добавляет собственную приливную деформацию. Когда солнечный и лунный эффекты ориентированы сходным образом, они усиливают друг друга; при иной геометрии частично ослабляют. Ньютоновская идея здесь ценна не названием фаз и не календарной приметой, а способом рассуждать: сравнивать действие на соседних частях тела, а не довольствоваться фразой «Луна притягивает море», которая объясняет примерно столько же, сколько надпись «механизм внутри» на часах.

Где кончается схема

Такая модель хорошо объясняет, почему небесные тела вообще способны вызывать приливные изменения. Но из неё одной нельзя честно получить время высокой воды и её высоту у конкретной набережной. Вода обладает инерцией, течёт, отражается от берегов, проходит над мелями и через узкие проливы. Форма бассейна, глубина, очертание побережья и собственная динамика океана меняют как амплитуду, так и запаздывание. Универсальное тяготение поставляет причину; местный океан отвечает на неё своим весьма несговорчивым диалектом.

Поэтому раннее объяснение приливов не следует судить по стандарту современного портового прогноза. Его сила состояла в другом: явление на Земле оказалось связано с движением Луны и Солнца одной механической рамкой. В то же время этот успех не отменял трудностей. Для точного расчёта требуется не только закон притяжения, но и знание реального водного бассейна, а также уравнения движения жидкости. Principia дала направление анализа и важную физическую причину, а не готовое расписание для каждого мола.