月の「脱出」の謎：月は年間3.8cmの速度で地球から遠ざかっている

皆既日食から

紀元前585年5月28日、リディアとメディアの都市国家の兵士たちは土地をめぐって激しく戦っていました。彼らの戦争は6年間続いており、結末はまだ決まっていない。初夏の夕方、砂が舞い上がる中、2つのチームの兵士たちは突然、空の太陽が黒い影に飲み込まれているのに気づき、恐怖に陥りました。暗闇が6分続いた後、パニックに陥った兵士たちは日食を戦争の終結の兆しとみなし、次々と武器を置き、もはや剣を抜かなくなった。壮大な「奇跡」により、戦争は突然終結した。皆既日食は奇跡ではないことが今ではわかっています。これは単に、月が太陽の前を通過して太陽を完全に遮ることによって発生します。このような天文学的な不思議が起こるための前提条件は、月と地球の距離がちょうど良く、私たちの目には月が太陽と同じくらいの大きさに見えることです。これはあまりにも完璧なので、巧妙に仕組まれた陰謀のように思われます。このような偶然から、月はより進んだ文明によって地球の近くに設置された監視宇宙船なのではないかと考える人もいる。それとも創造主の意図によるものだったのでしょうか?

月と地球までの距離

アポロ計画で月面に着陸したとき、宇宙飛行士は地球からのレーザーを反射する鏡を月面に設置し、光の速度と時差から地球と月の距離を約384,000キロメートルと計測しました。しかし、コンピューターシミュレーションによると、45億年前に月が誕生したとき、月は地球からわずか25,000キロメートルしか離れていなかった。当時の月は非常に巨大に見え、その重力は地球上で数千メートルの高さの巨大な波を作り出すことができました。時間が経つにつれて、月は地球から遠ざかります。三畳紀に恐竜が出現した頃には、月は地球から37万キロメートル以上離れており、現在よりも5％大きく見えました。

逃亡者の謎

なぜ月は地球からどんどん遠ざかっているのでしょうか？

簡単に言えば、「潮汐効果」と呼ばれる力によって、月は徐々に地球から遠ざかります。月の重力により、地球の両側の海面には月に向かう方向と月から離れる方向に隆起が生じ、これを潮汐と呼びます。地球は 1 日で 1 回転しますが、月は地球の周りを 1 周するのに 1 か月かかり、これは月の自転速度よりもはるかに遅いため、潮汐は地球の自転と逆方向に動いているように見えます。海水と海底の間の大きな摩擦により、月が目に見えないロープで地球を引きずっているかのように、地球の自転は徐々に遅くなります。同時に、力は相互に作用するため、月は地球に引っ張られ、加速されているように見えます。これは、隣をゆっくり歩いている仲間を引っ張ろうと、その場で素早く回転しているアイススケーターのようなものです。スケーターの回転は遅くなりますが、仲間は以前よりも速く引っ張られます。

月が地球の周りを速く回るほど、地球の重力の引力から逃れやすくなるため、月は地球からどんどん遠ざかってしまいます。

月は地球から離れてしまうのでしょうか？

多くの観察と計算を経て、科学者たちは潮汐の影響により地球の自転が100年ごとに約2ミリ秒遅くなるという結論に達しました。同時に、月は毎年約3.8センチメートルずつ地球から遠ざかっていきます。宇宙の広大さに比べれば、3.8センチメートルは取るに足らないもののように思えますが、宇宙の年齢は非常に長いため、数十億年後には月は地球からどんどん遠ざかっていくことになります。月は最終的に地球から離れていくのでしょうか？簡単な答えは「いいえ」です。一方では、月と地球の間の距離が増すにつれて、月の重力が地球に及ぼす潮汐効果はますます弱くなります。一方、潮汐の影響で地球の自転が遅くなると、引きずり効果はますます目立たなくなります。地球と月の組み合わせだけを考えれば、時間が十分に長ければ、例えば数百億年後には、地球と月は冥王星とその衛星カロンのようになり、常に片側だけが向かい合う、つまり「潮汐的に固定」された状態になります。時間が無限大に近い場合、重力波放射などの理由を考慮すると、月は最終的に地球に落ちてくることになります。

地球と月の未来

しかし、月が落ちる前に、地球は存在しなくなっていた可能性があります。太陽の寿命は限られています。太陽の水素の核融合はあと約50億年続く可能性があり、その後太陽は赤色巨星となり、激しく膨張して地球と月を飲み込むだろう。 50億年も待つ必要はありません。約10億年後には、太陽の放射力が10％増加し、発生した熱によって地球上のすべての海が蒸発してしまうため、地球は人類の文明に適さなくなるでしょう。海の潮汐の効果がなくなると、月が地球から離れる速度は急激に遅くなり、月と地球は太陽に飲み込まれる運命を静かに待つことになります。したがって、少なくとも人類の文明が存在する限り、月は常に地球の衛星であり続けるでしょう。

抜粋：教室の内と外 中学生版・理科男子 2023年7月号 週刊第3号（通算1149号） 文/スペースモンク 編集/シャン・ユー