Месяц Зямлі прыкладна ў чатыры разы меншы за Зямлю ў шырыню. Гэта можа здавацца звычайным, пакуль не параўнаць іншыя планеты з іх спадарожнікамі: нават гіганцкія спадарожнікі Юпітэра і Сатурна складаюць толькі невялікую частку дыяметраў сваіх планет. Сярод васьмі планет Зямля мае найбольшы спадарожнік адносна памеру сваёй планеты.
Гэтае адрозненне трэба ўдакладніць у двух аспектах. Наш Месяц не з’яўляецца найбуйнейшым спадарожнікам у абсалютных памерах, а пара Зямля—Месяц не самая роўная, калі ўлічваць карлікавыя планеты. Спадарожнік Плутона Харон прапарцыянальна значна большы. Таму цікавае пытанне гучыць не проста «Наколькі вялікі Месяц?», а «Вялікі ў параўнанні з чым?»
Суадносіны памераў дазваляюць параўнаць аб’екты такім чынам. Яны таксама дапамагаюць адрозніваць тры паняцці, якія часта блытаюць: фізічны памер, гравітацыйны ўплыў і бачныя памеры на небе. Інтэрактыўная карта Сонечнай сістэмы паказвае сучаснае размяшчэнне планет; прыведзеныя ніжэй параўнанні раскрываюць іншы аспект гэтай сістэмы — кантраст у памерах планет і іх спадарожнікаў.
Месяц складае больш за чвэрць шырыні Зямлі
Радыус Месяца складае 1,737.4 км. Калі ўзяць сярэдні радыус Зямлі — каля 6,371 км, то дзеленне радыуса Месяца на радыус Зямлі дасць прыблізна 0.273. Іншымі словамі, дыяметр Месяца складае каля 27.3% дыяметра Зямлі. Такія ж суадносіны атрымліваюцца для радыусаў і дыяметраў, бо падваенне абедзвюх велічынь не змяняе іх прапорцыі.
Уявіце Зямлю ў выглядзе шара дыяметрам 30 см. У такім маштабе дыяметр Месяца склаў бы каля 8.2 см: ён быў бы бліжэй да вялікага апельсіна, чым да дробнай пацеркі. Гэта надзвычай буйны спадарожнік. Але такая мадэль таксама паказвае распаўсюджаную хібу ілюстрацый. Пры сярэдняй адлегласці паміж Зямлёй і Месяцам 384,400 км цэнтры двух шароў знаходзіліся б прыкладна за 9.1 метра адзін ад аднаго. На малюнку яны могуць быць амаль ушчыльную, хоць іх адносныя памеры перададзены правільна: проста прастора паміж імі моцна сціснутая.
Дыяметр — толькі адзін са спосабаў вымераць суадносіны гэтай пары. Маса Месяца прыкладна ў 81 раз меншая за масу Зямлі, гэта значыць складае каля 1.2%, а не 27.3%. Аб’ём павялічваецца прапарцыянальна кубу дыяметра: цела шырынёй 0.273 ад шырыні іншага цела мае толькі каля 0.020 яго аб’ёму, калі яны маюць аднолькавую форму. Гэта каля 2%.
Астатняя розніца тлумачыцца шчыльнасцю. Сярэдняя шчыльнасць Месяца меншая за шчыльнасць Зямлі, у масу якой істотны ўклад уносіць вялікае багатае на жалеза ядро. Таму спадарожнік можа выглядаць уражліва вялікім побач са сваёй планетай, але пры гэтым быць далёка не роўным ёй гравітацыйным партнёрам. Калі абмяркоўваць, ці нагадваюць Зямля і Месяц падвойную планету, важна не блытаць дыяметр і масу.
Большыя спадарожнікі могуць быць меншымі партнёрамі
Ганімед Юпітэра — найбуйнейшы спадарожнік у Сонечнай сістэме, яго дыяметр складае прыблізна 5,268 км. Наступны за ім — Тытан Сатурна, дыяметр якога каля 5,149 км. Абодва яны шырэйшыя за Меркурый і значна шырэйшыя за наш Месяц, дыяметр якога складае 3,474.8 км. І ўсё ж ні адзін з іх не прымушае сваю планету выглядаць маленькай.
Калі выкарыстоўваць сярэднія дыяметры, шырыня Ганімеда складае толькі каля 3.8% шырыні Юпітэра. Тытан складае каля 4.4% шырыні Сатурна. Суадносіны для Зямлі і Месяца — 27.3%, гэта значыць больш чым у шэсць разоў перавышаюць абодва гэтыя паказчыкі. Гэта не азначае, што наш Месяц у шэсць разоў большы; гэта азначае, што яго адносны памер побач са сваёй планетай больш чым у шэсць разоў большы.
Няптун дае яшчэ адно карыснае параўнанне. Найбуйнейшы спадарожнік гэтай планеты, Трытон, складае каля 5.5% яе дыяметра. Гэта большая доля, чым у Ганімеда або Тытана, але ўсё яшчэ значна меншая за суадносіны для Зямлі і Месяца. Марс знаходзіцца на супрацьлеглым краі: яго два маленькія спадарожнікі няправільнай формы мізэрныя ў параўнанні з планетай.
Гэтыя параўнанні тлумачаць, чаму рэйтынг спадарожнікаў паводле дыяметра не адказвае на пытанне, у якой планетнай сістэме спадарожнік найбольш выразна вылучаецца. Наш Месяц займае пятае месца сярод спадарожнікаў Сонечнай сістэмы паводле фізічнага памеру, але першае — паводле памеру адносна сваёй планеты сярод васьмі планет. Больш падрабязны пералік спадарожнікаў глядзіце ў даведніку пра спадарожнікі Сонечнай сістэмы; галоўнае адрозненне тут — паміж абсалютным рэйтынгам і суадносінамі памераў.
Ці робіць гэта Зямлю і Месяц падвойнай планетай?
«Падвойная планета» — прывабная назва, але для яе няма агульнапрынятага фармальнага вызначэння. Паводле аднаго з прапанаваных крытэрыяў, трэба паглядзець, дзе знаходзіцца агульны цэнтр мас двух цел. Абодва целы абарочваюцца вакол гэтага пункта, які называецца барыцэнтрам; меншае цела не рухаецца па арбіце вакол цалкам нерухомага большага цела.
У выпадку Зямлі і Месяца барыцэнтр знаходзіцца ўнутры Зямлі. Яго становішча можна прыблізна вылічыць, скарыстаўшыся суадносінамі мас. Калі маса Зямлі прыкладна ў 81 раз большая за масу Месяца, барыцэнтр будзе аддалены ад цэнтра Зямлі прыкладна на адну восемдзесят другую адлегласці паміж цэнтрамі. Пры сярэдняй адлегласці 384,400 км гэта каля 4,700 км. Гэта менш за радыус Зямлі, які складае прыблізна 6,371 км, таму ў гэтым спрошчаным разліку пункт знаходзіцца прыкладна на глыбіні 1,700 км пад паверхняй.
А цяпер параўнайце Плутон і Харон. Харон прыкладна ўдвая меншы за Плутон у шырыню, а яго маса складае прыблізна адну восьмую масы Плутона. Іх барыцэнтр знаходзіцца па-за Плутонам, што робіць гэтую пару значна больш выразным прыкладам двайной сістэмы. Плутон класіфікуецца як карлікавая планета, таму гэта не адмяняе адметнасці Зямлі сярод васьмі планет.
Крытэрый барыцэнтра карысны, але не з’яўляецца поўным правілам класіфікацыі. Яго становішча залежыць як ад адлегласці, так і ад масы: калі адсунуць тыя самыя два целы далей адно ад аднаго, барыцэнтр аддаляецца ад цэнтра кожнага з іх. Таму сам па сабе факт, што пункт знаходзіцца па-за большым целам, не забяспечвае агульнапрызнанага статусу «падвойнай планеты». Зямля і Месяц традыцыйна лічацца планетай і яе натуральным спадарожнікам, нягледзячы на незвычайна вялікі адносны дыяметр Месяца.
Падказка пра тое, як утварыўся Месяц
Вялікі памер Месяца — адна з некалькіх яго асаблівасцей, якія павінна растлумачыць тэорыя паходжання. Найбольш распаўсюджанае тлумачэнне — гіганцкае сутыкненне: на раннім этапе гісторыі Зямлі моцнае сутыкненне выкінула матэрыял на арбіту, і з гэтага арбітальнага смецця ўтварыўся Месяц. Агульная карціна добра пацверджана, але дакладныя абставіны сутыкнення і наступная эвалюцыя сістэмы застаюцца прадметам даследаванняў.
Сам па сабе памер не даказвае гэтую версію. Навукоўцы таксама ўлічваюць вуглавы момант сістэмы, адносна невялікае металічнае ядро Месяца, а таксама хімічнае і ізатопнае падабенства зямнога і месяцовага рэчыва. Паспяховае тлумачэнне павінна ўзгадняцца з усімі гэтымі назіраннямі, а не проста даваць вялікі спадарожнік у камп’ютарнай мадэляцыі.
Гэта адрозніваецца ад агульнай карціны ўтварэння вялікіх рэгулярных спадарожнікаў гіганцкіх планет: лічыцца, што яны сфарміраваліся ў дысках з газу і цвёрдых часціц, якія атачалі планеты падчас іх росту. Розныя ўмовы ўтварэння могуць даваць розныя суадносіны памераў планет і іх спадарожнікаў. Не абавязкова, каб кожная планетная сістэма была дакладнай копіяй іншых у іншым маштабе.
Таксама трэба адрозніваць утварэнне і пазнейшую эвалюцыю. Прыліўныя ўзаемадзеянні з цягам часу змянілі сістэму Зямля—Месяц, і цяпер Месяц аддаляецца ад Зямлі прыкладна на 3.8 см за год. Гэта змяняе адлегласць паміж імі, але не суадносіны дыяметраў. Гэтыя ўзаемадзеянні таксама дапамагаюць растлумачыць сінхранізацыю арбітальнага і вярчальнага руху, пра якую расказвае артыкул чаму мы заўсёды бачым адзін і той жа бок Месяца.
Чаму вялікі спадарожнік усё адно выглядае малым на небе
Адносны памер Месяца побач з Зямлёй — гэта не тое самае, што яго бачныя памеры для назіральніка на Зямлі. Для таго, як мы бачым Месяц, мае значэнне яго дыяметр, падзелены на адлегласць да вас. Калі падзяліць дыяметр Месяца 3,474.8 км на сярэднюю адлегласць паміж цэнтрамі Зямлі і Месяца 384,400 км, атрымаем вуглавы дыяметр прыблізна 0.52 градуса. Гэта карысная прыблізная ацэнка, а не дакладны прагноз для канкрэтнага месца назірання.
Таму спадарожнік, шырыня якога складае больш за чвэрць шырыні Зямлі, займае на небе толькі невялікую вобласць. Прастора паміж целамі велізарная ў параўнанні з дыяметрам кожнага з іх. Калі б Месяц знаходзіўся далей, ён выглядаў бы меншым, але не стаў бы фізічна меншым і не змянілася б незвычайна вялікае суадносіны памераў Месяца і Зямлі.
Гэтае адрозненне дапамагае правільна параўноўваць здымкі Месяца. Фатаграфіі, зробленыя з рознай фокуснай адлегласцю, кадраваннем або аб’ектамі на пярэднім плане, не могуць пацвердзіць змену фізічнага памеру Месяца. Каб мець сэнс параўноўваць бачныя дыяметры, маштаб выявы павінен быць аднолькавым. Месяцовыя панэлі для гарадоў паказваюць адлегласць, вышыню над гарызонтам і азімут разам з фазай і асветленасцю, даючы карысны кантэкст для запісу назіранняў. Не мяняйце налад камеры, запісвайце адлегласць — і зможаце вывучаць, як змяняецца бачаны памер Месяца, не блытаючы гэта з больш фундаментальным пытаннем пра тое, наколькі вялікі наш спадарожнік у параўнанні з Зямлёй.