Pływy powoli hamują obrót Ziemi i jednocześnie oddalają Księżyc
Ziemskie wybrzuszenia pływowe nie są ustawione idealnie na linii Ziemia–Księżyc. Obrót planety i opóźniona reakcja oceanów przesuwają je nieco przed Księżyc. Ich grawitacja wywiera moment siły, który przekazuje moment pędu z obrotu Ziemi do orbity Księżyca. W rezultacie obrót Ziemi bardzo powoli zwalnia, a orbita Księżyca powiększa się. NASA podaje współczesne tempo oddalania Księżyca około 4 cm rocznie. Energia mechaniczna nie jest w całości zachowana w postaci uporządkowanego ruchu — część jest rozpraszana jako ciepło wskutek tarcia pływowego — natomiast moment pędu układu jest redystrybuowany.
Wybrzuszenie nie wskazuje dokładnie na Księżyc
Gdyby idealna, bezstratna Ziemia reagowała natychmiast, oś deformacji pływowej byłaby ustawiona dokładnie wzdłuż kierunku do Księżyca. Rzeczywiste oceany przemieszczają się z opóźnieniem, oddziałują z kontynentami i dnem, a Ziemia obraca się szybciej niż Księżyc obiega planetę. Dlatego efektywne wybrzuszenie jest przesunięte względem linii łączącej oba ciała. Ta niewielka asymetria pozwala grawitacji wykonać moment siły.
Ziemia traci moment pędu obrotowego
Grawitacja Księżyca działająca na przesunięte wybrzuszenie pływowe przeciwdziała obrotowi Ziemi. Efekt w pojedynczym dniu jest niewyobrażalnie mały, ale działa przez geologiczne czasy. Długość doby nie jest więc wieczną stałą. Na jej współczesne krótkookresowe zmiany wpływa wiele procesów atmosferycznych i geofizycznych, lecz pływowe sprzężenie z Księżycem daje długoterminowy trend hamujący.
Księżyc otrzymuje moment pędu
To samo oddziaływanie działa w drugą stronę na Księżyc. Otrzymuje on moment pędu orbitalnego, a jego orbita przesuwa się na większą średnią odległość. To może brzmieć dziwnie, bo obiekt na wyższej orbicie porusza się wolniej, ale ma większy moment pędu dzięki większemu promieniowi. Laserowe pomiary odległości do reflektorów pozostawionych na Księżycu pozwalają obserwować współczesne oddalanie się naszego satelity.
Gdzie trafia energia
Moment pędu jest przekazywany między obrotem Ziemi a orbitą Księżyca, ale część energii mechanicznej układu zamienia się w ciepło. Przepływy oceaniczne, tarcie o dno i deformacje stałej Ziemi rozpraszają energię. Dlatego nie można opisać procesu jako prostego „przeniesienia całej energii obrotowej na Księżyc”. Bilans energii i bilans momentu pędu zachowują się inaczej.
Proces zmieniał się w historii
Tempo oddalania i hamowania nie musiało być stałe. Kształt kontynentów, głębokości oceanów i rezonanse pływowe zmieniały się wraz z ewolucją Ziemi. Dzisiejsze około 4 cm rocznie jest pomiarem współczesnym, nie prostą liczbą do mnożenia przez miliardy lat wstecz. Modele przeszłości korzystają także z zapisu geologicznego i dynamiki układu Ziemia–Księżyc.
Grawitacja zmienia architekturę układu
Pływy wydają się lokalnym zjawiskiem plażowym, ale w skali milionów lat przekształcają obrót i orbity całych światów. Ten sam rodzaj dysypacyjnego sprzężenia prowadzi do blokady pływowej księżyców. Ziemia i Księżyc są więc układem ewoluującym: wzajemna grawitacja nie tylko utrzymuje orbitę, ale dzięki deformacjom powoli przepisuje rozkład momentu pędu.
Skąd wiadomo, że moment pędu naprawdę przepływa
Najłatwiej dostrzec bilans, patrząc na dwa skutki naraz. Ziemia obraca się coraz wolniej, więc traci część własnego momentu pędu obrotowego. Księżyc znajduje się natomiast coraz dalej, a jego orbita zyskuje moment pędu. Laserowe pomiary odległości do retroreflektorów pozostawionych na Księżycu pozwalają mierzyć recesję na poziomie centymetrów rocznie. To nie jest więc wyłącznie jakościowa historia o dawnych oceanach: współczesna geodezja kosmiczna rejestruje jeden z elementów tej bardzo powolnej ewolucji układu Ziemia–Księżyc. Proces działa też w bardzo długiej skali historycznej. Skoro doba stopniowo się wydłuża, dawniej Ziemia obracała się szybciej. Tempo zmian nie jest stałe, bo zależy od układu oceanów, kontynentów i skuteczności rozpraszania energii pływowej. Dlatego nie wolno po prostu ekstrapolować dzisiejszych centymetrów i milisekund liniowo przez miliardy lat; mechanizm jest trwały, lecz jego szybkość ewoluuje wraz z planetą.