Månen och tidvattnet

Månen är mer än bara en vacker lampa på himlen. Den fungerar som en broms för jorden och håller vår planet stadig. Den berättar också om en enorm krock som hände när solsystemet var ungt.

Jorden får faktiskt två vattenpucklar samtidigt, en på varje sida. När jorden snurrar under dessa puckar blir det ebb och flod vid kusten två gånger om dagen.

För ungefär 4,5 miljarder år sedan var solsystemet en kaotisk plats full av protoplaneter som kolliderade. Enligt den ledande giant impact-hypotesen kraschade en marsstor protoplanet, kallad Theia, in i den unga jorden i en sned kollision som slungade ut enorma mängder smält sten och ånga i omloppsbana.

Det utslungade materialet klumpade snabbt ihop sig – troligen inom bara några decennier till århundraden – till den måne vi ser idag. Det förklarar varför Månens bergarter är geokemiskt så lika jordens mantel, men samtidigt fattiga på flyktiga ämnen som förångades i den glödheta kollisionen.

Tidvatten beror på att tyngdkraften är olika stark på olika ställen. Eftersom jorden är stor drar månen hårdare i den sida som är närmast den. Det är skillnaden i dragkraft som gör att havet buktar ut.

1

1. Jordens närsida dras hårdare

Sidan som vetter mot Månen är närmare och känner en starkare dragningskraft än jordens medelpunkt.

2

2. Jordens fjärrsida dras svagare

Sidan bortvänd från Månen är längre bort och känner en svagare dragningskraft än medelpunkten, vilket gör att den "släpar efter".

3

3. Vattnet buktar ut på båda sidor

Relativt jordens fasta kärna buktar havsvattnet ut mot Månen på närsidan och bort från Månen på fjärrsidan – två tidvattenpucklar bildas samtidigt.

4

4. Jorden roterar under pucklarna

Eftersom jorden snurrar snabbare än Månen vandrar runt, passerar varje kustplats genom båda pucklarna en gång per dygn – därav två högvatten.

5

5. Friktion vrider pucklarna framåt

Jordens rotation drar med sig tidvattenpucklarna något framför Månens position, vilket skapar ett litet vridmoment som långsamt förändrar systemets rörelse.

När Solens och Månens tidvattenkrafter samverkar vid ny- och fullmåne förstärker de varandra och skapar springflod (extra höga/låga tidvatten). Vid första och sista kvarteret motverkar de varandra istället och ger svagare nipflod.

Månens faser har ingenting med jordens skugga att göra – det är ett vanligt missförstånd som vi återkommer till. De uppstår helt enkelt för att vi ser olika mycket av Månens ständigt solbelysta halva beroende på var den befinner sig i sitt omlopp runt jorden.

Vid nymåne sitter Månen mellan jorden och Solen, så dess belysta sida pekar bort från oss och den är nästan osynlig. Två veckor senare, vid fullmåne, står jorden mellan Månen och Solen, och vi ser hela den belysta halvan. Cykeln mellan två fullmånar, den synodiska månaden, tar 29,5 dygn – något längre än Månens faktiska 27,3 dygn långa varv runt jorden, eftersom jorden själv rör sig vidare runt Solen under tiden.

Att Månen bildades genom en jättekollision och att den sakta driver bort från jorden är inte gissningar – de bygger på några av de mest precisa mätningarna i vetenskapshistorien.

1609

Galilei riktar teleskopet mot Månen

Han upptäcker berg och kratrar och visar att Månen är en värld, inte en perfekt himlakropp.

1687

Newton förklarar tidvatten

I Principia visar Newton matematiskt hur Månens och Solens gravitation orsakar jordens tidvatten.

1969–1972

Apollo-astronauter lämnar laserreflektorer

Apollo 11, 14 och 15 placerar ut retroreflektorer på Månen för experimentet Lunar Laser Ranging.

1970-talet–nu

Laserpulser mäter avståndet centimeterexakt

Observatorier som McDonald Observatory i Texas skickar lasrar mot reflektorerna och mäter returtiden, vilket avslöjar att Månen rör sig bort med 3,8 cm/år.

1984

Giant impact-hypotesen formaliseras

Forskare vid en konferens i Kona, Hawaii, enas om att en Mars-stor kropp (Theia) kolliderade med jorden och bildade Månen.

2000-talet

Månstensanalyser bekräftar teorin

Isotopanalyser av Apollo-prover visar att Månens och jordens mantel har nästan identisk syreisotopsammansättning, vilket stödjer ett gemensamt kollisionsursprung.

Varje laserpuls som skickas från jorden studsar tillbaka från reflektorerna och fångas upp efter ungefär 2,5 sekunders tur-och-returresa. Genom att mäta den tiden otroligt noggrant – ljusets hastighet är ju känd – kan forskare bestämma avståndet till Månen med en osäkerhet på bara några centimeter.

Tidvattenkrafterna är ett tvåvägssamtal mellan jorden och Månen, och det förändrar båda kropparnas rörelse över miljarder år genom bevarande av rörelsemängdsmoment.

Jordens hav släpar lite efter i sin respons på Månens dragningskraft på grund av friktion mot havsbottnen. Det gör att tidvattenpuckeln hamnar något framför Månens position i omloppsbanan. Den förskjutna puckelns gravitation drar i Månen och accelererar den framåt i sin bana, vilket i sin tur höjer dess omloppsradie – Månen rör sig långsamt bort från oss.

Vattnet fungerar också som en broms för jordens snurrande. Det gör att dagarna blir 1,8 millisekunder längre varje sekel. Månen flyttar sig också bort från oss med nästan 4 centimeter per år.

Om flera miljarder år, när jorden och Månen uppnår ett slags dubbel tidvattenlåsning, kommer ett jordiskt dygn och en månmånad att vara lika långa – ungefär 47 av våra nuvarande dagar. Långt innan dess kommer dock Solen att expandera till en röd jätte och radikalt förändra hela systemet.