Mēness platums ir aptuveni ceturtdaļa no Zemes platuma. Tas var šķist parasti, līdz salīdzinām citas planētas ar to pavadoņiem: pat Jupitera un Saturna lielie pavadoņi veido tikai nelielu daļu no savu planētu diametra. No astoņām planētām Zemei ir vislielākais pavadonis attiecībā pret tās planētas izmēru.
Tomēr šis apgalvojums jāprecizē divējādi. Mēness nav lielākais pavadonis absolūtā izteiksmē, un, ieskaitot pundurplanētas, Zeme un Mēness nav vislīdzvērtīgākais pāris. Plutona pavadonis Harons ir proporcionāli daudz lielāks. Tāpēc interesantais jautājums nav tikai “Cik liels ir Mēness?”, bet gan “Salīdzinājumā ar ko?”
Attiecība ļauj šo jautājumu pārvērst noderīgā salīdzinājumā. Tā arī palīdz nošķirt trīs idejas, kas bieži tiek jauktas: fizisko izmēru, gravitācijas nozīmi un šķietamo izmēru debesīs. Interaktīvā Saules sistēmas karte rāda planētu pašreizējo novietojumu; turpmākie salīdzinājumi skaidro citu šīs sistēmas aspektu — cik izteikti atšķiras planētu un to pavadoņu izmēri.
Mēness ir vairāk nekā ceturtdaļu tik plats kā Zeme
Mēness rādiuss ir 1 737,4 km. Ja Zemes vidējais rādiuss ir aptuveni 6 371 km, Mēness rādiusa dalījums ar Zemes rādiusu ir aptuveni 0,273. Citiem vārdiem, Mēness diametrs ir aptuveni 27,3% no Zemes diametra. Tāda pati attiecība ir spēkā gan rādiusam, gan diametram, jo, dubultojot abus lielumus, to savstarpējā proporcija nemainās.
Iedomājieties Zemi kā bumbu, kuras diametrs ir 30 cm. Šādā mērogā Mēness diametrs būtu aptuveni 8,2 cm — tas būtu tuvāks lielam apelsīnam nekā mazai pērlītei. Tas ir iespaidīgi liels pavadonis. Taču šis modelis atklāj arī bieži sastopamu ilustrāciju kļūdu. Ja vidējais attālums starp Zemi un Mēnesi ir 384 400 km, abu bumbu centri būtu aptuveni 9,1 metra attālumā. Attēlā, kurā tās redzamas gandrīz pieskaramies, to izmēru attiecība var būt ievērota, bet tukšā telpa starp tām — stipri saspiesta.
Diametrs ir tikai viens veids, kā novērtēt šo pāri. Mēness masa ir aptuveni viena astoņdesmit pirmā daļa no Zemes masas jeb aptuveni 1,2%, nevis 27,3%. Tilpums pieaug līdz ar diametra kubu: ķermenim, kura platums ir 0,273 reizes mazāks, tilpums ir tikai aptuveni 0,020 no otra ķermeņa tilpuma, ja pieņem, ka abiem ir vienāda forma. Tas ir aptuveni 2%.
Atlikušo atšķirību rada blīvums. Mēness vidējais blīvums ir mazāks nekā Zemei, kuras lielais, ar dzelzi bagātais kodols būtiski palielina tās masu. Tāpēc pavadonis var izskatīties iespaidīgi liels līdzās savai planētai, bet nebūt pat tuvu līdzvērtīgam gravitācijas ziņā. Apspriežot, vai Zeme un Mēness līdzinās dubultplanētai, ir svarīgi nejaukt diametru ar masu.
Lielāki pavadoņi var būt mazāki salīdzinājumā ar savu planētu
Jupitera pavadonis Ganimēds ir lielākais Saules sistēmā; tā diametrs ir aptuveni 5 268 km. Nākamais ir Saturna pavadonis Titāns, kura diametrs ir aptuveni 5 149 km. Abi ir platāki par Merkuru un ievērojami platāki par mūsu Mēnesi, kura diametrs ir 3 474,8 km. Tomēr neviens no tiem neliek savai planētai izskatīties mazai.
Izmantojot vidējo diametru vērtības, Ganimēda platums ir tikai aptuveni 3,8% no Jupitera platuma. Titāna platums ir aptuveni 4,4% no Saturna platuma. Tātad Zemes un Mēness attiecība — 27,3% — vairāk nekā sešas reizes pārsniedz katru no šīm attiecībām. Tas nenozīmē, ka mūsu Mēness ir sešas reizes lielāks; tas nozīmē, ka tā proporcionālais izmērs līdzās savai planētai ir vairāk nekā sešas reizes lielāks.
Neptūns piedāvā vēl vienu noderīgu salīdzinājumu. Tā lielākā pavadoņa Tritona diametrs ir aptuveni 5,5% no Neptūna diametra. Tā ir lielāka proporcija nekā Ganimēdam vai Titānam, tomēr tā joprojām ir krietni mazāka par Zemes un Mēness attiecību. Marss atrodas pretējā galējībā: tā divi mazie, neregulāras formas pavadoņi ir niecīgi salīdzinājumā ar planētu.
Šie salīdzinājumi paskaidro, kāpēc pavadoņu rangu saraksti pēc diametra neatbild uz jautājumu, kurai planētu sistēmai ir visizteiktākais pavadonis. Mūsu Mēness pēc fiziskā izmēra ir piektais lielākais Saules sistēmas pavadonis, bet attiecībā pret savu planētu tas ieņem pirmo vietu starp astoņu planētu pavadoņiem. Plašāku informāciju par pavadoņiem skatiet Saules sistēmas pavadoņu ceļvedī; būtiskā atšķirība šeit ir starp absolūto izmēru un attiecību.
Vai tas nozīmē, ka Zeme un Mēness ir dubultplanēta?
“Dubultplanēta” ir pievilcīgs apzīmējums, taču tam nav vispārpieņemtas formālas definīcijas. Viens no ierosinātajiem kritērijiem ir abu ķermeņu kopīgā masas centra atrašanās vieta. Abi ķermeņi riņķo ap šo punktu, ko sauc par baricentru; mazākais ķermenis neapriņķo pilnīgi nekustīgu lielāko ķermeni.
Zemes un Mēness gadījumā baricentrs atrodas Zemes iekšienē. Tā atrašanās vietu var aptuveni noteikt, izmantojot masas attiecību. Ja Zemes masa ir aptuveni 81 reizi lielāka par Mēness masu, tad baricentrs atrodas apmēram vienu astoņdesmit otro daļu no attāluma starp abu ķermeņu centriem no Zemes centra. Ja izmanto vidējo attālumu 384 400 km, iegūst aptuveni 4 700 km. Tas ir mazāk nekā Zemes aptuveni 6 371 km rādiuss, tāpēc šajā vienkāršotajā aprēķinā punkts atrodas aptuveni 1 700 km zem virsmas.
Tagad salīdzināsim Plutonu un Haronu. Harona platums ir aptuveni puse no Plutona platuma, un tā masa ir aptuveni viena astotā daļa no Plutona masas. To baricentrs atrodas ārpus Plutona, tāpēc šis pāris ir daudz izteiktāks binārs pāris. Plutons ir klasificēts kā pundurplanēta, tāpēc tas nemaina Zemes īpašo statusu astoņu planētu vidū.
Baricentra kritērijs ir noderīgs, taču tas nav pilnīgs klasifikācijas noteikums. Tā atrašanās vieta ir atkarīga gan no attāluma, gan no masas: ja tos pašus divus ķermeņus attālinātu vienu no otra, baricentrs pārvietotos tālāk no abu centriem. Tāpēc tas, ka punkts atrodas ārpus lielākā ķermeņa, pats par sevi nenosaka vispārpieņemtu “dubultplanētas” statusu. Zeme un Mēness joprojām tiek uzskatīti par planētu un tās dabisko pavadoni, neraugoties uz Mēness neparasti lielo diametru attiecībā pret Zemi.
Norāde uz Mēness izcelsmi
Mēness ievērojamais izmērs ir viena no vairākām īpašībām, kas jāizskaidro tā izcelsmes teorijai. Vadošais skaidrojums ir milzu trieciens: Zemes agrīnajā vēsturē liela sadursme izsvieda materiālu orbītā, un Mēness izveidojās no orbītā esošajām atlūzām. Šī skaidrojuma vispārīgā aina ir labi pamatota, taču sadursmes precīzie apstākļi un turpmākā sistēmas attīstība joprojām tiek pētīta.
Ar izmēru vien nepietiek, lai šo teoriju pierādītu. Zinātnieki ņem vērā arī sistēmas leņķisko momentu, Mēness salīdzinoši mazo metālisko kodolu un ķīmiskās un izotopu līdzības starp Zemes un Mēness materiālu. Labam skaidrojumam jāņem vērā visi šie novērojumi kopā, nevis vienkārši jāspēj simulācijā radīt lielu pavadoni.
Tas atšķiras no vispārpieņemtā priekšstata par milzu planētu lielo, regulāro pavadoņu izcelsmi: tiek uzskatīts, ka tie izveidojušies gāzes un cieto daļiņu diskos ap augošajām planētām. Atšķirīgi veidošanās apstākļi var radīt atšķirīgas planētu un to pavadoņu izmēru attiecības. Nav pamata uzskatīt, ka ikvienai planētu sistēmai jābūt citu sistēmu mērogā samazinātai kopijai.
Veidošanās un vēlākā attīstība ir jāaplūko atsevišķi. Paisuma un bēguma mijiedarbība laika gaitā ir mainījusi Zemes un Mēness sistēmu, un Mēness attālinās no Zemes ar ātrumu aptuveni 3,8 cm gadā. Tas maina attālumu starp tiem, nevis to diametru attiecību. Šī mijiedarbība palīdz izskaidrot arī to sinhronizēto orbītas un rotācijas attiecību, par ko vairāk lasiet rakstā kāpēc mēs vienmēr redzam vienu un to pašu Mēness pusi.
Kāpēc liels pavadonis debesīs joprojām izskatās mazs
Mēness relatīvais izmērs salīdzinājumā ar Zemi nav tas pats, kas tā šķietamais izmērs novērotājam uz Zemes. Skatoties no konkrētas vietas, svarīga ir Mēness diametra attiecība pret attālumu līdz tam. Izmantojot tā diametru 3 474,8 km un vidējo attālumu starp Zemes un Mēness centriem 384 400 km, iegūst aptuveni 0,52 grādu leņķisko diametru. Tas ir noderīgs aptuvens novērtējums, nevis precīza prognoze konkrētai novērošanas vietai.
Tāpēc pavadonis, kura platums pārsniedz ceturtdaļu no Zemes platuma, tomēr aizņem tikai nelielu debesu laukumu. Attālums starp šiem ķermeņiem ir milzīgs salīdzinājumā ar katra ķermeņa diametru. Ja Mēness atrastos tālāk, tas izskatītos mazāks, lai gan fiziski nekļūtu mazāks un tā neparasti lielā izmēru attiecība pret Zemi nemainītos.
Šī atšķirība noder, salīdzinot Mēness fotogrāfijas. Attēli, kas uzņemti ar dažādu fokusa attālumu, kadrējumu vai priekšplāna objektu izvietojumu, nevar pierādīt, ka mainījies Mēness fiziskais izmērs. Lai jēgpilni salīdzinātu šķietamo diametru, attēlu mērogam jābūt vienādam. Pilsētu Mēness paneļi līdzās fāzei un apgaismojumam sniedz informāciju par attālumu, augstumu virs horizonta un azimutu, kas palīdz izprast novērojumu. Nemainiet kameras iestatījumus, pierakstiet attālumu, un varēsiet pētīt Mēness šķietamā izmēra izmaiņas, nejaucot tās ar daudz būtiskāko jautājumu par to, cik liels mūsu pavadonis ir salīdzinājumā ar Zemi.