Mwezi wa Dunia una upana wa takriban robo ya upana wa Dunia. Huenda hilo likaonekana la kawaida mpaka ulinganishe sayari nyingine na satelaiti zake: hata miezi mikubwa ya Jupita na Zohali ni sehemu ndogo tu ya vipenyo vya sayari hizo. Kati ya sayari nane, Dunia ina mwezi mkubwa zaidi ikilinganishwa na ukubwa wa sayari inayoizunguka.
Tofauti hii ina masharti mawili. Mwezi wetu si satelaiti kubwa zaidi kwa ukubwa halisi, na Dunia na Mwezi si jozi iliyo na ukubwa unaokaribiana zaidi ikiwa sayari kibete zitajumuishwa. Mwezi wa Pluto, Charon, ni mkubwa zaidi kwa uwiano. Kwa hiyo, swali la kuvutia si “Mwezi ni mkubwa kiasi gani?” tu, bali “Mkubwa ukilinganisha na nini?”
Uwiano hugeuza swali hilo kuwa ulinganisho wenye manufaa. Pia husaidia kutofautisha dhana tatu ambazo mara nyingi huchanganywa: ukubwa wa kimwili, umuhimu wa mvutano, na ukubwa unaoonekana angani. Ramani shirikishi ya mfumo wa jua huonyesha nafasi za sasa za sayari; ulinganisho ulio hapa chini unaeleza kipengele tofauti cha mfumo huo—jinsi ukubwa wa sayari na miezi yake unavyotofautiana.
Mwezi una zaidi ya robo ya upana wa Dunia
Radiusi ya Mwezi ni 1,737.4 km. Tukitumia radiusi ya wastani ya Dunia ya takriban 6,371 km na kugawa radiusi ya Mwezi kwa ya Dunia, tunapata takriban 0.273. Kwa maneno mengine, Mwezi una takriban 27.3% ya kipenyo cha Dunia. Uwiano huo huo hutumika kwa radiusi na kipenyo kwa sababu vipimo vyote viwili vikizidishwa mara mbili, uwiano wake hubaki uleule.
Fikiria Dunia ikiwa tufe lenye upana wa 30 cm. Kwa kipimo hicho, Mwezi ungekuwa na upana wa takriban 8.2 cm: karibu na chungwa kubwa kuliko ushanga mdogo. Huo ni mwezi mwenza mkubwa kwa kiwango cha kuvutia. Lakini mfano huu pia hufichua mtego wa kawaida katika vielelezo. Kwa umbali wa wastani wa Dunia na Mwezi wa 384,400 km, vituo vya tufe hizo mbili vingekuwa na umbali wa takriban mita 9.1. Picha inayoonyesha tufe hizo zikiwa karibu kugusana inaweza kuhifadhi uwiano wa ukubwa wake huku ikipunguza sana nafasi tupu kati yake.
Kipenyo ni njia moja tu ya kupima uhusiano huu. Mwezi una takriban sehemu moja ya themanini na moja ya uzito wa Dunia, au takriban 1.2%, wala si 27.3%. Ujazo huongezeka kulingana na mchemraba wa kipenyo: kitu chenye upana wa mara 0.273 ya kingine huwa na ujazo wa takriban mara 0.020 tu, iwapo maumbo yake yanafanana. Hiyo ni karibu 2%.
Tofauti iliyobaki inatokana na msongamano. Kwa wastani, Mwezi una msongamano mdogo kuliko Dunia, ambayo kiini chake kikubwa chenye madini mengi ya chuma huchangia pakubwa katika uzito wake. Kwa hiyo, mwezi unaweza kuonekana mkubwa sana kando ya sayari yake bila kuwa karibu hata kidogo na kuwa mwenzi sawa kwa nguvu ya uvutano. Ni muhimu kutenganisha kipenyo na uzito tunapojadili iwapo Dunia na Mwezi vinafanana na sayari pacha.
Miezi mikubwa zaidi inaweza kuwa wenzi wadogo zaidi
Ganymede ya Jupita ndiyo mwezi mkubwa zaidi katika Mfumo wa Jua, ikiwa na kipenyo cha takriban 5,268 km. Titan ya Zohali inafuata, ikiwa na kipenyo cha takriban 5,149 km. Yote mawili yana upana mkubwa kuliko Zebaki, na yote mawili ni mapana zaidi ya Mwezi wetu, ambao kipenyo chake ni 3,474.8 km. Hata hivyo, hakuna mojawapo linaloufanya sayari yake ionekane ndogo.
Kwa kutumia vipenyo vya wastani, Ganymede ina upana wa takriban 3.8% tu ya Jupita. Titan ina upana wa takriban 4.4% ya Zohali. Kwa hiyo, uwiano wa Dunia wa 27.3% ni zaidi ya mara sita ya mojawapo ya uwiano huo. Haimaanishi kwamba Mwezi wetu ni mkubwa mara sita; inamaanisha kuwa ukubwa wake kwa uwiano ikilinganishwa na sayari yake yenyewe ni zaidi ya mara sita zaidi.
Neptuni inatoa ulinganisho mwingine wenye manufaa. Mwezi wake mkubwa zaidi, Triton, ni takriban 5.5% ya kipenyo cha Neptuni. Huo ni uwiano mkubwa kuliko wa Ganymede au Titan, lakini bado uko chini sana ya uwiano wa Dunia na Mwezi. Mirihi iko upande mwingine kabisa: miezi yake miwili midogo isiyo na umbo la duara ni midogo sana ikilinganishwa na sayari hiyo.
Ulinganisho huu unaeleza kwa nini kuorodhesha miezi kulingana na kipenyo hakujibu swali la mfumo gani wa sayari una mwezi mwenza unaoonekana mkubwa zaidi. Mwezi wetu ni wa tano kwa ukubwa halisi kati ya miezi ya Mfumo wa Jua, lakini ni wa kwanza kwa ukubwa unaolinganishwa na sayari yake kati ya sayari nane. Kwa orodha pana zaidi ya satelaiti, tazama mwongozo wa miezi ya Mfumo wa Jua; tofauti muhimu hapa ni kati ya nafasi katika orodha ya ukubwa halisi na uwiano.
Je, hilo linaifanya Dunia na Mwezi kuwa sayari pacha?
“Sayari pacha” ni maelezo yanayovutia, lakini hayana ufafanuzi rasmi unaokubaliwa na wote. Jaribio moja lililopendekezwa huangalia mahali kituo cha pamoja cha uzito wa miili hiyo miwili kilipo. Miili yote miwili huzunguka nukta hii, inayoitwa kitovu cha uzito; mwili mdogo hauzunguki mwili mkubwa ambao umesimama kabisa.
Kwa Dunia na Mwezi, kitovu cha uzito kiko ndani ya Dunia. Unaweza kukadiria nafasi yake kwa kutumia uwiano wa uzito. Ikiwa Dunia ina takriban mara 81 ya uzito wa Mwezi, kitovu cha uzito kiko umbali wa takriban sehemu moja ya themanini na mbili ya umbali kati ya vituo vyao kutoka katikati ya Dunia. Tukitumia umbali wa wastani wa 384,400 km, tunapata takriban 4,700 km. Huo ni umbali mfupi kuliko radiusi ya Dunia ya takriban 6,371 km, na hivyo katika hesabu hii iliyorahisishwa, nukta hiyo iko takriban 1,700 km chini ya uso.
Sasa linganisha Pluto na Charon. Charon ina upana wa takriban nusu ya Pluto na uzito wa takriban sehemu moja ya nane ya Pluto. Kitovu chao cha uzito kiko nje ya Pluto, hivyo vinatoa mfano dhahiri zaidi wa jozi ya miili inayozunguka kitovu cha pamoja. Pluto imeainishwa kuwa sayari kibete, kwa hiyo hili halibatilishi upekee wa Dunia kati ya sayari nane.
Jaribio la kitovu cha uzito lina manufaa, lakini si kanuni kamili ya uainishaji. Nafasi yake hutegemea umbali na uzito: ukiweka miili hiyo miwili mbali zaidi, kitovu cha uzito husogea mbali zaidi na kila kituo. Kwa hiyo, nukta iliyo nje ya mwili mkubwa zaidi haiwezi, yenyewe tu, kuthibitisha hali ya “sayari pacha” inayokubaliwa na wote. Kwa kawaida, Dunia na Mwezi bado huchukuliwa kuwa sayari na satelaiti yake ya asili, licha ya kipenyo kikubwa isivyo kawaida cha Mwezi ikilinganishwa na Dunia.
Kidokezo kuhusu jinsi Mwezi ulivyotokea
Ukubwa mkubwa kiasi wa Mwezi ni mojawapo ya sifa kadhaa ambazo nadharia ya asili yake lazima izieleze. Maelezo yanayoongoza ni nadharia ya mgongano mkubwa: katika historia ya awali ya Dunia, mgongano mkubwa ulipeleka vitu kwenye obiti, kisha Mwezi ukakusanyika kutoka kwa mabaki yaliyokuwa yakizunguka. Muhtasari huu wa jumla unaungwa mkono vizuri, lakini hali kamili za mgongano huo na mabadiliko yaliyofuata bado ni mada za utafiti.
Ukubwa pekee hauthibitishi maelezo hayo. Wanasayansi pia huchunguza momenti ya angular ya mfumo, kiini cha metali cha Mwezi ambacho ni kidogo kwa kulinganisha, na mfanano wa kikemia na isotopiki kati ya vitu vya Dunia na vya Mwezi. Maelezo yanayofaulu lazima yazingatie uchunguzi huo kwa pamoja, badala ya kutoa tu satelaiti kubwa katika uigaji.
Hili linatofautiana na maelezo ya jumla kuhusu miezi mikubwa ya kawaida ya sayari kubwa, ambayo inaaminika iliundwa ndani ya diski za gesi na yabisi zilizozizunguka sayari hizo zilipokuwa zikikua. Mazingira tofauti ya uundaji yanaweza kusababisha uwiano tofauti wa ukubwa kati ya sayari na miezi yake. Si lazima kila mfumo wa sayari uwe nakala iliyopunguzwa au iliyokuzwa ya mifumo mingine.
Ni muhimu pia kutenganisha uundaji na mabadiliko yaliyofuata. Mwingiliano wa mawimbi umebadilisha mfumo wa Dunia na Mwezi baada ya muda, na Mwezi unasonga mbali na Dunia kwa takriban 3.8 cm kwa mwaka. Hilo hubadilisha umbali kati yao, wala si uwiano wa vipenyo vyao. Mwingiliano huohuo husaidia kueleza uhusiano wao uliosawazishwa wa obiti na mzunguko, unaofafanuliwa katika sababu inayotufanya tuone upande uleule wa Mwezi kila wakati.
Kwa nini mwezi mkubwa mwenza bado huonekana mdogo angani
Ukubwa wa Mwezi ikilinganishwa na Dunia si sawa na ukubwa wake unaoonekana kwa mtazamaji aliye Duniani. Kinachoamua mwonekano ni kipenyo cha Mwezi kugawanywa kwa umbali wake kutoka kwako. Tukitumia kipenyo chake cha 3,474.8 km na umbali wa wastani wa kati ya vituo vya Dunia na Mwezi wa 384,400 km, tunapata kipenyo cha angular cha takriban 0.52 degrees. Haya ni makadirio ya jumla yenye manufaa, si utabiri kamili wa eneo maalumu la uchunguzi.
Ndiyo sababu mwezi mwenza wenye zaidi ya robo ya upana wa Dunia bado unaweza kuchukua sehemu ndogo tu ya anga. Nafasi kati ya miili hiyo ni kubwa sana ikilinganishwa na kipenyo cha kila mmoja. Ikiwa Mwezi ungekuwa mbali zaidi, ungeonekana mdogo bila kuwa mdogo kimwili au kupoteza uwiano wake mkubwa usio wa kawaida wa ukubwa wa Mwezi ikilinganishwa na Dunia.
Tofauti hii inatoa njia ya vitendo ya kukagua picha za Mwezi. Picha zilizopigwa kwa urefu tofauti wa focal, zilizokatwa kwa namna tofauti, au zenye vitu vya mbele vilivyopangwa tofauti haziwezi kuthibitisha mabadiliko katika ukubwa halisi wa Mwezi. Ulinganisho wenye maana wa kipenyo kinachoonekana unahitaji kipimo cha picha kinachofanana. Dashibodi za Mwezi za miji hutoa umbali, mwinuko na azimuthi pamoja na awamu na mwangaza, hivyo hukupa muktadha wenye manufaa wa kurekodi uchunguzi. Weka mipangilio ya kamera bila kuibadilisha, rekodi umbali, na utaweza kuchunguza mabadiliko ya ukubwa unaoonekana wa Mwezi bila kuuchanganya na swali la msingi zaidi kuhusu ukubwa wa mwezi mwenza wetu ikilinganishwa na Dunia.