Geum.ru

Порядок в расположении планет и их спутников

Вид материалаДокументы
Подобный материал:

Порядок в расположении планет и их спутников


В Солнечной системе 9 планет. Правда, одну из них – Плутон на прошедшем недавно астрономическом съезде «разжаловали». Из-за малых размеров (почти наша Луна) и неправильной орбиты лишили звания планеты. Вокруг планет обращается более ста пятидесяти спутников. Земля самая «бедная», у неё всего один спутник. У Марса два. Наибольшее число спутников – 63 у самой большой планеты Юпитера. Следующая по удалению от Солнца и массе планета Сатурн имеет 47 спутников. Другие планеты имеют соответственно Уран – 26, Нептун – 13 и Плутон – 3 спутника. Большинство из них были открыты в эпоху освоения космоса автоматическими межпланетными аппаратами.

Учёные всегда считали, что в расположении планет и спутников, их удалении от центрального тела должна быть какая-то закономерность. Ведь природа любит порядок! Ещё в 1766г немецкий исследователь Даниель Тициус заметил, что известные в то время планеты хорошо описываются степенным уравнением, в котором показатель степени n является порядковым номером планеты. Это уравнение получило известность, как закон Тициуса-Боде. Однако в последующем, когда были открыты планеты Нептун и Плутон, этот закон, как говорят, перестал работать. Слишком велики были отклонения рассчитываемых величин от фактически наблюдаемых. Применение современной вычислительной техники делу не помогло. Точность повысилась, но формулы усложнились до такой степени, что стали непригодны для практического использования. Физический смысл закономерности также остался не ясным.

Реальный прогресс в этом вопросе был достигнут при перенесении квантовомеханических законов из мира атомов на космические системы. Оказалось, что планетные и спутниковые расстояния квантуются, т.е. планеты и спутники могут располагаться только на таких расстояниях от своих центральных тел, которые пропорциональны квадратам целых чисел – n2, на так называемых элитных орбитах. Величина n принимает значения 1, 2, 3…и т.д. В квантовой механике эту величину называют главным квантовым числом. Оказалось также, что планетные и спутниковые расстояния зависят от массы центрального тела и скорости его вращения. Чем больше масса центрального тела, тем больше расстояние до планеты или спутника. Чем быстрее вращается центральное тело, т.е. чем меньше период его вращения, тем меньше расстояние до планеты или спутника. Центральное тело своей массой и скоростью вращения как бы задаёт расстояния, на которых могут обращаться планеты или спутники. При этом одновремённо должно выполняться квантовомеханическое условие – пропорциональность планетных и спутниковых расстояний квадратам целых чисел. На данный момент известны основные контуры математического выражения, которое определяет это расстояние: R = n2(GMT/C)0,5. В этой формуле R означает расстояние от центрального тела до элитной орбиты. Квантовомеханический принцип отражён введением в формулу величины n, которая принимает значения целых чисел и выражает номера элитных орбит. Это аналог главного квантового числа в атомных системах. В подкоренное выражение входят G- гравитационная постоянная, М и Т- масса и период вращения центрального тела, С- константа, имеющая размерность скорости. Проблема в точном определении этой константы, что, видимо, будет достигнуто после установления механизма явления.

Каков же механизм влияния массы и вращения центрального тела на удаление орбит от центрального тела, по которым происходит обращение планет и спутников? Несомненно, этот механизм носит материальный характер. Порядок в расположении планет и спутников определяется действием каких-то сил. Их не так много, всего две – электромагнитная и гравитационная (сила тяготения). Поэтому возможны два варианта: влияние передаётся с помощью электромагнитного или гравитационного поля. Мнения учёных по этому вопросу разошлись.

Что касается электромагнитных сил, то магнитные поля Солнца и планет не столь велики, чтобы оказать какое- либо существенное влияние на расположение орбит в планетной и спутниковых системах. Однако многие астрономы считают, что электромагнитные силы играли определяющую роль в процессе образования Солнечной системы из протопланетного газо-пылевого облака благодаря магнитогидродинамическому эффекту. В те далёкие времена, по их мнению, и были заданы планетные и спутниковые расстояния, определяемые приведенной выше формулой.

Второй вариант – влияние гравитационного поля или поля тяготения, является предпочтительным. Как отмечалось, планетные и спутниковые расстояния зависят от массы центрального тела и скорости его вращения. Масса является носителем гравитационного поля тяготения. В первом приближении гравитационное поле неподвижного тела можно представить в виде расходящихся из центра радиальных силовых линий тяготения. При вращении тела происходит сдвиговая деформация силовых линий, которая из-за упругого сопротивления гравитационного поя переходит в поперечное колебательное движение. В результате вокруг вращающегося космического тела образуются концентрические зоны с преимущественной тангенциальной (концентрической) и радиальной ориентацией силовых линий. Внешне это похоже на волновое движение воды, если в ней вращать шар, от которого концентрически расходятся гребни волн. Движение планеты или спутника по орбите с тангенциальной ориентацией происходит без пересечения силовых линий и, следовательно, без затраты энергии. Такие орбиты являются устойчивыми или, как их иногда называют, элитными. По таким орбитам движение орбитальных тел может происходить бесконечно долго. Их положение и определяет порядок расположения планет и спутников в Солнечной системе.

Здесь уместно отметить, что не вращающиеся или медленно вращающиеся тела (Венера, Меркурий, Луна) вообще не имеют спутников. Если тело не имеет осевого вращения (Луна) или вращение очень медленное (Венера), то силовые линии поля, как отмечалось, ориентированы радиально. Спутник, обращаясь вокруг такого тела, пересекает силовые линии под прямым углом, испытывает сильное гравитационное сопротивление, быстро тормозится и падает. Это подтверждается аномально коротким временем существования искусственных спутников, выведенных на орбиты Луны и Венеры. Так, например, спутник «Луна-10», выведенный на орбиту Луны, просуществовал всего 56 дней. Не вращающиеся тела в принципе не могут иметь устойчивых орбит, на которых спутники могли бы находиться продолжительное время.

Вращательное движение тела вызывает колебательное движение силовых линий. Их ориентация по мере удаления от центрального тела периодически меняется от полностью радиальной до полностью концентрической. Торможение и в конечном итоге падение спутников Земли, обращающихся на расстоянии до 500 км от её поверхности, связано главным образом с аэродинамическим сопротивлением атмосферы. Однако, и силовые линии тяготения на таком удалении также частично имеют радиальную ориентацию и тормозят движение спутников. Так, например, Международная космическая станция (МКС), обращающаяся на высоте 335 км ежедневно теряет высоту на 150 м и для поддержания её на заданной орбите приходится периодически включать двигательные установки. Но и на большей высоте 35,5 тыс. км, где атмосфера отсутствует и где находятся геостационарные орбиты спутников связи, наблюдается небольшое торможение и время от времени положение спутника на орбите приходится корректировать, включая двигательную установку. Это означает, что на этих орбитах ещё наблюдается радиальная составляющая ориентации силовых линий, и орбита ещё не является элитной. Торможение можно полностью избежать только при выводе спутника на орбиту, в максимальной степени обладающую концентрической ориентацией силовых линий, которые не оказывают гравитационного сопротивления движущемуся спутнику. Рассчитать расстояние до элитной орбиты можно только после экспериментального определения константы С, входящей в приведенное выше уравнение.

Таким образом, проводимые исследования по установлению закономерности в расположении планет и их спутников имеют прямое практическое значение для прикладной космонавтики. Они позволят расчётным путём определять, на каком расстоянии расположены устойчивые (элитные) орбиты, на которых спутники могут существовать бесконечно долго без дополнительной затраты энергии.


Док. техн. наук, профессор


А.Т. Серков