Естественно, родилась версия, что и наша планета, также летающая в невесомости, может периодически испытывать подобные кувырки. Нашлись и желающие заговорить о регулярных «концах света», связанных с такими кувырками планеты…
Ныне предпринимаются самые разные попытки объяснения «эффекта Джанибекова». Есть, например, вариант численного моделирования странной траектории гайки по стандартным формулам (формулам Эйлера), в которой кувырки оказываются следствием своеобразных начальных условий и особенностей моментов инерции вращающегося тела сложной геометрической формы. По этим же расчетам вроде бы получается, что симметричное сферическое тело типа нашей планеты кувырков испытывать не должно. Но численное моделирование – довольно тонкая вещь, требующая очень аккуратного с собой обращения. Чуть что-то в модели не учел, и она выдает совершенно иной результат. И кроме того, любая модель требует отдельного доказательства своей корректности. Так что в целом можно констатировать лишь, что окончательного решения проблемы пока так и не найдено.
На мой взгляд, кувырки, обнаруженные Джанибековым, вполне могут оказаться результатом воздействия неучтенных вторичных факторов. Например, проявлением так называемого «эффекта Магнуса».
Эффект Магнуса – достаточно хорошо изученное физическое явление, возникающее при обтекании вращающегося тела потоком жидкости или газа. Вращающийся объект за счет трения в тонком пограничном слое создает в среде вокруг себя вихревое движение. Там, где направление вихря совпадает с направлением обтекающего потока, скорость движения среды увеличивается. А там, где направление вихря противоположно направлению движения потока скорость движения среды уменьшается. Вследствие этого (и в соответствии с хорошо известным законом Бернулли) возникает разность давлений, порождающая поперечную силу.
Рис. 41. Эффект Магнуса
Эффект впервые был описан немецким физиком Генрихом Магнусом в 1853 году и на самом деле знаком очень многим. С его использованием связаны так называемые «крученые удары» во многих видах спорта – например, в футболе, большом и настольном теннисе (для некоторых из таких ударов иногда используется даже специальный термин «топ-спин»).
Все более-менее просто и однозначно для движения таких симметричных тел как сферический мяч или цилиндр. Однако в случае с «джанибековской» гайкой или другим телом более сложной формы, возникающий эффект Магнуса, будет создавать не просто единую результирующую силу, влияющую на траекторию тела, но и сложную распределенную нагрузку, которая при определенных условиях запросто может порождать и «кувырки» вращающегося тела. На фоне сильного притяжения Земли, которое испытывает любой движущийся объект вблизи поверхности планеты, эти особенности движения можно и не заметить. Но в невесомости на орбите эффект Магнуса будет выходить на первый план.
Однако для возникновения эффекта Магнуса необходима довольно плотная среда, в которой движется тело. В кабине орбитальной станции и космического корабля, такой средой является воздух. Земля же движется в безвоздушном пространстве, и эффекта Магнуса тут не возникает. А следовательно, нечего бояться и спонтанных кувырков нашей планеты.
* * *
Итак, нужно искать иные причины изменения положения географических полюсов Земли. И тут может помочь одно достаточно простое соображение.
Дело в том, что для того, чтобы географические полюса планеты изменили свое положение, вовсе не обязательно менять положение оси ее вращения в пространстве. Достаточно повернуть, скажем, только кору планеты, не меняя положения оси вращения самой Земли относительно неподвижных звезд.
Соответствующая теория – теория «проскальзывания» земной коры – была предложена Шульцем, который предположил, что механизм изменений связан с «движением литосферы как единого целого... быстрыми рывками, за которыми следуют долгие паузы».
Для того, чтобы понять суть данной теории, нужно вспомнить строение Земли. Твердая земная кора (или литосфера) наподобие скорлупы в яйце покоится на мощных пластах мантии, состоящей из жидких расплавленных пород. При этом толщина коры по порядку величины составляет всего от 5 км в океанах до 50 км в районе материковых плит при общем радиусе Земли 6400 км.
Рис. 42. Строение Земли
Ясно, даже чисто умозрительно, что это дает возможность земной коре при определенных условиях «проскальзывать» по жидкому слою магмы, составляющей мантию Земли, без сколь-нибудь значительного изменения вращения всего гироскопа под названием «планета Земля». Насколько «легко» это может произойти, можно себе представить, если вспомнить, как легко и быстро способна передвигаться горячая лава (та же магма) при извержении вулканов.
Подобное «проскальзывание» коры способно обеспечить как изменение положения земных полюсов, сопровождаемое глобальными неоднородными изменениями климата, так и изменение видимого небесного свода (при «проскальзывании» видимое небо меняет наклон, хотя наклон самой оси вращения Земли по отношению к плоскости орбиты не изменяется).
Первоначальная версия этой теории предполагала, что данный эффект может быть обусловлен флуктуациями (колебаниями) притяжения Земли со стороны Солнца в совокупности с центробежными силами, действующими на ледниковые шапки планеты.
«Когда форма земной орбиты отклоняется от идеальной окружности больше чем на один процент, гравитационное воздействие Солнца на Землю возрастает, сильнее притягивая и всю планету в целом, и ее массивные ледовые шапки. Их громадный вес в свою очередь давит на кору, и это давление, в сочетании с возросшим наклоном земной оси, заставляет кору сдвинуться...» (Хэпгуд)
Однако простые физические оценки для такого процесса показывают его ничтожную вероятность.
Вследствие того, что масса ледяных шапок в полярных областях пренебрежимо мала по сравнению с массой земной коры (кора заведомо значительно толще мыслимой толщины ледяных шапок, больше льда по плотности и покрывает всю планету, в то время как ледяные шапки ограничены по площади), разница веса, вызываемая центробежными силами, на полюсе и на экваторе составляет менее одного процента (!), что низводит вращающее воздействие ледовых шапок на земную кору вообще на чрезвычайно низкий уровень. Такая разница находится на уровне приливных эффектов, вызываемых Луной, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, однако они же не приводят ежедневно к подобным катаклизмам.
Вдобавок, если бы центробежных сил только лишь от ледяных шапок уже хватало бы для проскальзывания коры, то заведомо бы для проскальзывания коры хватало бы центробежных сил, воздействующих на материки, которые имеют существенно более значительную и толщину, и плотность. Но тогда (в результате движения коры под воздействием соответствующих центробежных сил) следовало бы ожидать более-менее симметричного распределения материков между двумя полушариями – северным и южным. Однако в реальности мы наблюдаем явную асимметрию – масса материков в северном полушарии заведомо больше тех, что находятся южнее экватора. И «проскальзывать» из-за этого земная кора вовсе не спешит…
Таким образом необходимо искать иные причины, способные обеспечить «проскальзывание» земной коры. И тут можно вспомнить о таком возможном факторе как метеорит, косвенные признаки падения которого встречаются в древних легендах и преданиях не только в виде упоминаний небесной «молнии» или «радуги», вызвавшей катастрофические события, но и в виде описаний наступившей «ударной зимы».
Поскольку метеориты очень редко падают на Землю строго вертикально, то при их ударе о поверхность имеет место как вертикальная, так и касательная составляющая силового воздействия. Ясно, что при достаточной силе удара данная касательная составляющая может служить причиной смещения земной коры по слою мантии, причиной «проскальзывания».
Рис. 43. Составляющие силового воздействия при падении метеорита.
Очевидно, что поскольку масса земной коры много меньше массы всей Земли (сравнить хотя бы толщину коры с радиусом Земли и учесть увеличение плотности с глубиной), постольку усилие, необходимое для смещения одной лишь земной коры, значительно слабее того воздействия, которое понадобилось бы для изменения движения всей планеты.
Оценочные расчеты (которые я не буду здесь приводить, дабы не перегружать мозг читателя излишними физико-математическими выкладками) показывают, что при «благоприятных» условиях вполне достаточно «камушка» радиусом всего 20-30 километров, подлетающего со скоростью порядка ста километров в секунду. Подобного «мусора» в нашей Солнечной системе имеется более чем достаточно…