Задать вопрос нелегко - ответить еще труднее
Опубликовано RMR_astra в ср, 18/05/2011 - 21:58
Есть предложение создать на сайте «Лаборатория космических исследований» новую рубрику, в которой
тот, кто интересуется, задает вопрос,
тот, кто может – отвечает,
тот, кто хочет – комментирует вопрос или ответ.
Можно провести конкурс предложений пользователей сайта:
1. на более интересное название новой рубрики,
2. на способы поощрения за количество и качество вопросов, ответов и комментариев.
Все предложения участников конкурса и оценки этих предложений («за» и «против») публиковать на сайте. Так будут отобраны те идеи, которые позволят сделать новую рубрику интересной, полезной и занимательной.
Для почина - один вопрос:
Солнце и Земля произошли из одного газово-пылевого облака. Почему их атмосферы так сильно отличаются по химическому составу?
В атмосфере Солнца 75% водорода, 24% гелия, а на азот, кислород и другие химические элементы приходится менее1% массы.
В атмосфере Земли водорода в среднем 0,000003%, гелия 0,00007%, а больше всего азота – 75% и кислорода ‑ 23%.
(Данные о химическом составе взяты из Справочника любителя астрономии П. Г. Куликовского, изд. 6-е, 2009г.)
- Войдите на сайт для отправки комментариев
- 50239 просмотров
Уважаемые обитатели сайта!
Можно задать вам следующий вопрос? Недавно я увидел в одной статье выражение "скорость галактики относительно реликтового излучения". Вопрос заключается в том - можно ли его корректно измерить, находясь в данной галактике (шире - измерить скорость любого тела относительно реликтового излучения, находясь на этом теле) и, если да, то не будет ли это та потерянная когда-то абсолютная система отсчёта Вселенной - "эфир"?
Соображения такие.
1) С одной стороны, скорость прилетающих на тело фотонов реликтового излучения будет равна C при наблюдении с любого тела - т.е., абсолютную скорость измерить нельзя.
2) Однако, с другой стороны, при изменении скорости тела будет меняться видимый спектр реликтового излучения: налетающие "спереди" фотоны будут более "синими", а налетающие сзади - более "красными". Наверное, будет меняться и видимая анизотропия реликтового излучения в зависимости от скорости тела. Так значит - можно с тела измерить его абсолютную скорость?
3) Однако, с третьей стороны, чтобы вычислить эту абсолютную скорость, нам нужно знать "нулевые" спектр и анизотропию реликтового излучения - т.е., при наблюдении их с абсолютно покоящегося тела. А это знание равносильно выбору этого условно-покоящегося тела. Т.е., получается, что нельзя определить абсолютную скорость?
Какие у вас будут соображения по этому вопросу?
Уважаемая Рахиль Менашевна!
У меня вопрос по той информации, которую Вы дали здесь по поводу Чебаркульского метеорита.
Вы пишете, что это – маленькое тело из пояса астероидов между Марсом и Юпитером, которое, вследствие возмущений, покинуло пояс астероидов и изменило орбиту так, что она стала эллиптической и её перигелий совпал с земной орбитой. Таким образом, оно догнало Землю на скорости 13 – 20 км/сек. С другой стороны, известно (и Вы об этом пишете), что он летел «примерно с востока на запад, против суточного вращения Земли»:
Однако, на мой взгляд, в случае догоняющей траектории и при падении утром, тело должно было лететь с запада на восток.
Вот иллюстрация моего утверждения (вид с северного полюса эклиптики, масштабы не соблюдены):
Не могли бы Вы пояснить этот вопрос?
Добрый день, уважаемый Sol! Вы задали очень интересный вопрос. Вы были бы совершенно правы, если бы астероид пролетал над ночной стороной Земли (как на Вашем рисунке). В этом случае орбитальное движение астероида обгоняло бы суточное движение Земли и, как видно из Вашего рисунка, для земного наблюдателя астероид летел бы с запада на восток. Но астероид пролетал над дневной стороной Земли. Его орбитальная скорость была направлена против суточного вращения Земли. Он сначала пролетел над районами, расположенными восточнее Челябинска, а затем упал в точке, где уже взошло Солнце. Таким образом, для земного наблюдателя болид летел с востока на запад.
Ваш вопрос дал повод дополнить материал по Челябинскому болиду, что я давно собиралась сделать. Сотрудники ГАИШа, И.Т. Зоткин и А.И. Еремеева, работавшие в «Комитете по метеоритам АН СССР», считают, что упавшее в Челябинске тело содержало большую долю замерших газов, что не исключает его происхождения из пояса астероидов. Во-первых, не удалось найти крупных обломков (надежда остается). Но самое главное - во-вторых: вид следа каменного метеорита темный, дымчатый с каплями расплавленных металлов и других веществ, срывающихся с поверхности тела, летящего с космической скоростью. Светлый клочковатый след свидетельствует об испарении газов.
Вызывает удивление, что далеко не развлекательный материал сайта Задать вопрос нелегко - ответить ещё труднее, задуманный сотрудником Лаборатории космических исследований RMR_astra, набрал больше всего просмотров (почти 10 тысяч к настоящему моменту) и комментариев (170!).
Но, как иногда, продолжением достоинств становятся недостатки, так и данный материал сайта стал настолько большим по объёму, что раскрывается не на всех компьютерах и занимает много времени при загрузке.
P.S. Даже отправить этот комментарий не удалось с первой попытки.
Высказывания guryan весьма полезны. Они дают повод изложить другое мнение. В комментариях к статье Полины «Раскрыта тайна межзвездного газа» guryan пишет:
Самопроизвольное сжатие противоречит законам природы, так как равносильно поднятию самого себя за волосы.
Концентрация вещества под действием гравитации была описана еще Ньютоном. В процессе гравитационной неустойчивости даже в однородно распределенной среде из-за теплового движения частиц должны возникать случайные уплотнения, образованные сталкивающимися молекулами (в межзвездной среде – и пылинками). Они являются первичными центрами притяжения.
Почувствовав их призыв, не только близкие, но и далеко расположенные молекулы и пылинки сначала медленно, а затем все быстрее движутся к центру притяжения, их потенциальная энергия по отношению к уплотнению переходит в кинетическую, а затем, при соударении со сгустком, в тепловую. Так растет и разогревается образующийся газово-пылевой ком.
Пока его плотность не слишком велика, он прозрачен для излучения, в которое преобразуется тепловая энергия. Сначала и температура сгустков невысока, поэтому их излучение происходит в радио или инфракрасном диапазонах. Наземные и внеатмосферные спектральные исследования позволили заглянуть внутрь самых плотных облаков и обнаружить в них молекулы водорода и многих химических соединений. Чем выше плотность, тем разнообразнее молекулярный состав, причем для каждого вида молекул характерен свой интервал физических условий.
Развивая идею гравитационной неустойчивости, английский физик Дж. Джинс рассмотрел влияние на образование уплотнений в межзвездном веществе не одной, а двух основных сил: силы гравитации и противодействующей ей силы газового давления. Сила притяжения между частицами тем больше, чем больше плотность среды, что способствует активному разделению вещества на сгустки, т.е. фрагментации. В огромных холодных облаках низкой плотности почти одновременно образуется много центров конденсации, поэтому они распадаются на более мелкие, более плотные и теплые сгустки. С повышением температуры сгустка возрастает газовое давление, которое, преодолевая гравитацию, разрывает его на части. Эти вновь образовавшиеся теплые части облака, излучая, остывают, в них снова создаются условия для дальнейшей фрагментации под действием сил притяжения. Этот каскадный процесс останавливается, когда сгустки становятся настолько плотными и непрозрачными, что препятствуют излучению. Запертое излучение разогревает сгусток, и он превращается в звезду.
Дальнейшие научные разработки значительно дополнили теорию гравитационной неустойчивости, так как стали учитывать другие факторы, действующие на звездообразование: внешние силы (волны плотности и др.), магнитные поля, вращение облаков и др.
Фрагментация приводит к тому, что в газово-пылевых облаках звезды образуются целыми скоплениями.
Понравилась мысль дня (16 июля 2012 год) на сайте Соляриса:
Проблема не в том, что человек не находит ответов на свои вопросы. Проблема в том, что он не находит вопросов, на которые следует искать ответы» (суфийская мудрость)
Недавно Полина привела мудрое суфийское высказывание, а до этого поместила на сайте заинтересовавший меня материал о межзвездной молекуле Н2.
Молекула Н2 – самая «главная» молекула нашей необъятной темной и холодной Вселенной. Горячие звезды одна от другой примерно также далеки, как две вишни, одна из которых находится в Ульяновске, а другая – в Москве.
Вблизи звезд при температуре 104 К самый обильный химический элемент, водород, ионизован, подальше от звезд, при температуре от 104 К до 102 К водород атомарен, а вдали от источников разогрева, где температура от ста до нескольких градусов Кельвина, водород образует молекулу Н2. По массе молекулярного водорода столько, сколько ионизованного и атомарного вместе взятых. Отсюда следует, что молекулярный водород – самое распространенное вещество во Вселенной. Однако обнаружить и исследовать его удалось только тогда, когда астрофизические наблюдения стали всеволновыми.
Сама молекула Н2 в радиодиапазоне себя никак не проявляет, но часто ей сопутствует молекула СО, которая хорошо наблюдается в радиодиапазоне на длине волны 2,6 мм. К сожалению, молекула СО легко разрушается под действием коротковолнового излучения, при этом количественное соотношение между молекулами Н2 и СО можно было оценить только теоретически.
Положение изменилось благодаря внеатмосферным наблюдениям. В ультрафиолете на длине волны 105 нм на фоне спектров горячих звезд была обнаружена полоса поглощения молекулы Н2. Появилась возможность на основе наблюдений оценить количественное соотношение молекул Н2 и СО: на одну молекулу СО приходится 6*105 молекул Н2.
Совершенно новые возможности открылись при наблюдении спектров квазаров, на фоне которых видны спектры поглощения молекул Н2. Наблюдения квазаров производятся на расстояниях от Земли в 10-12 миллиардов световых лет, поэтому благодаря космологическому красному смещению ультрафиолетовые линии и полосы спектров оказываются в оптическом диапазоне и исследуются современными наземными телескопическими системами. Получение спектров с большой дисперсией позволило изучить не одну полосу, а весь сложный спектр молекулы Н2 и уточнить ее строение.
Далее возникает ряд вопросов о распределении молекулярного водорода в нашей Галактике, об образовании гигантских облаков, в которых рождаются комплексы звездных систем, об образовании звезд в плотных холодных облаках, о молекулярных облаках других галактик, о структуре квазаров, об условиях образования молекулярных облаков в ранней Вселенной…
Вопросов бесконечное множество, и это, в свете суфийской мудрости, приведенной Полиной, ‑ залог развития науки.
Плотность межзвездного вещества во много миллионов раз меньше лучшего вакуума, достигнутого на земле. Тем не менее, межзвездное вещество не является вакуумом, так как вакуумом считается такой газ, у которого длина свободного пробега частиц намного превышает линейные размеры сосуда, в котором этот газ находится, а в данном случае «сосуд» слишком велик.
Вследствие быстрого вращения Галактики газово-пылевое вещество оседает к плоскости, перпендикулярной оси вращения Галактики (плоскости Галактики), и образует слой толщиной всего в100 парсек. Распределение вещества в этой плоскости очень неравномерно.
Кроме уплотнения, образованного веществом, падающим на центр масс Галактики, существует «кольцо» молекулярного водорода на расстоянии 5 – 7 килопарсек от центра. Пересекая спиральные рукава Галактики, кольцо распадается на ряд сегментов, состоящих из гигантских молекулярных облаков (ГМО) и их группировок, которые заполняют рукава. В области, ограниченной орбитой Солнца вокруг центра Галактики (10 килопарсек), в спиральных рукавах находится 90% массы молекулярного водорода: примерно 3 – 5 миллиардов масс Солнца. Масса каждого ГМО составляет в среднем миллион масс Солнца, таких гигантских облаков в Галактике тысячи. ГМО состоит из облаков меньших размеров и большей плотности. Образуются иерархические системы.
В самых компактных облаках возникают звездные скопления и ассоциации, вокруг них газ ионизируется и светится, образуются живописные звездно-газово-пылевые структуры. В комплексах ГМО одновременно может возникать несколько областей звездообразования, могут даже образовываться сверхскопления, состоящие из групп скоплений. Звездные скопления могут возникать и не одновременно, создавая каскады разноцветных звезд и облаков, загорающихся в разное время в разных частях ГМО.
Галактическая спираль потому такая яркая и красивая, что в ее рукавах концентрируются гигантские молекулярные облака с рождающимися в них звездами.
Приходится повторить еще раз. Спутники летают в реальном поле тяготения Земли, а это поле таково, что в нем действует возмущающая сила, вызванная несферичностью Земли. Возмущающая сила является причиной прецессии, т.е. вращения плоскости орбиты спутника и поворота самой орбиты в этой плоскости. Чем больше среднее расстояние спутника от Земли, тем медленнее происходит описанное вращение. Прецессия уменьшается также с увеличением угла наклона плоскости орбиты спутника к плоскости экватора Земли. НА ФОРМУ ОРБИТЫ ПРЕЦЕССИЯ НЕ ВЛИЯЕТ. Форма орбиты определяется высотой и скоростью запуска спутника. Деформация орбиты происходит из-за сопротивления воздуха, а не из-за прецессии, на самые высокие спутники могут влиять силы притяжения Солнца и Луны.
Силы тяготения Солнца влиять на спутники не могут, из-за огромного расстояния. А вот с Луной дела обстоят несколько иначе. Гравитационные волны от Луны, на спутники влияют. Так же как они влияют на океаны. Как Вам, наверное известно, приливные волны в различных океанах имеют разную высоту и не совсем совпадают по времени с движением Луны. Это происходит оттого, что Земля раскачивается на гравитационных волнах Луны и поверхность воды в океанах, приходит во вращательное движение, как в чашке чая, при её покачивании. А гравитационное притяжение Луны так влиять на океаны не может, иначе бы мы с Вами, в лунную ночь весили бы заметно меньше, чем в безлунную...
Итак. Давайте для начала вычислим объем этого "лишнего" вещества. Т.е. объем того, что не вписалось в шар. Сделаем это очень просто: вычтем из объема голубого эллипсоида объем красного шара.
Объем эллипсоида, как известно из геометрии, вычисляется следующим образом:
$$ V_e=\frac{4}{3}\pi abc $$
В нашем случае $$a=R_p, b=c=R_e$$. Т.е.
$$ V_e=\frac{4}{3}\pi R_e^2 R_p $$
Ну а объем шара вычисляется еще проще:
$$ V_s=\frac{4}{3}\pi R_p^3$$
Их разница:
$$V=V_e-V_s=\frac{4}{3}\pi R_p(R_e^2-R_p^2)$$
Массу оценим умножив объем на среднюю плотность Земли. Да, это не точный расчет, а лишь оценка массы. Итак:
$$m=\frac{4}{3}\pi R_p(R_e^2-R_p^2)\rho$$
Подставляем значения:
$$ R_e=6,37816*10^6 м; R_p=6,35678 10^6 м; \rho = 5518 \frac{кг}{м^3} $$
Получаем массу 4x1022 кг. Ну или вот, если хотите:
40 000 000 000 000 000 000 000 кг
И Вы утверждаете, что воздействием этой массы на ИСЗ, который имеет массу в лучшем случае тонн 10, можно пренебречь?
Итак. Давайте для начала вычислим объем этого "лишнего" вещества. Т.е. объем того, что не вписалось в шар. Сделаем это очень просто: вычтем из объема голубого эллипсоида объем красного шара.
40 000 000 000 000 000 000 000 кг
И Вы утверждаете, что воздействием этой массы на ИСЗ, который имеет массу в лучшем случае тонн 10, можно пренебречь?
Вы опять ответили в духе "ей можно пренебречь потому что ей можно пренебречь." Ваше высказывание про тропики, субтропики и т.д. я перефразирую так: есть масса, несравнима большая по сравнению с массой ИСЗ, и ее распределение в пространстве удовлетворяет цилиндрической симметрии (не сферической). Вы утверждаете, что этой массой можно пренебречь, потому что ее почти не видно на фоне красного шара? А спутника на его фоне вообще не видно: может его нет и он нам просто кажется?
Уважаемый Guryan, если Вы не можете аргументировать свое утверждение, ну хоть найдите смелость честно об этом сказать. А если можете - аргументируйте.
Будет ли здесь ответ?
http://www.spacephys.ru/o-dvizhenii-sputnikov-i-planet
В этой статье речь идёт не о прецессии орбиты спутника, а о движении её перигея, которое Вы неправильно называете прецессией. Так о чём мы вообще дискутируем: о прецессии или о движении перигея?
Терминологическая путаница в науке - обычное дело. Например движение перигелия, называют эволюцией. Хотя эволюция - это изменение. Вот превращение эллиптической орбиты в круговую можно назвать эволюцией. А "обкатывание" фокуса эллипса вокруг центра тяжести планенты, при котором перигей движется по кругу, правильней назвать прецессией. Прецессия - это и есть движение.
А здесь речь идет об угловой прецессии, которая возникает из-за трудности запустить спутник так, что бы центр тяготения планеты находился точно в плоскости орбиты. Из-за незначительного смещения плоскости орбиты возникает разность гравитационного потенциала, направленная под углом к плоскости орбиты, которая и приводит к угловой прецессии.
Что за «обкатывание»? Почему оно возникает? Возьмём круговую орбиту. Круг - это частный случай эллипса, у которого фокусы совмещены в одну точку, называемую центром окружности. Значит, и центр круговой орбиты будет «обкатываться» вокруг центра Земли?
Почему правильнее? Прецессия, с латинского, это «предварение» (равноденствий), возникающее вследствие движения земной оси по конусу с периодом около 26000 лет:
(картинка – с сайта http://a-ura.narod.ru/)
Её механизм аналогичен описанному выше для орбиты спутника. Только источниками возмущающих сил f в данном случае являются притяжение Солнца и Луны вследствие несовпадения плоскостей эклиптики и лунной орбиты с плоскостью земного экватора.
Вы никогда не признаете ошибок?
Как вы считаете, есть разница в том что на Вас упадет кусок весом в 597 кг или 601 кг. Для меня - нет.
Т.е. если на Вас упадет кусок массой 4 кг Вы этого даже не почуствуете? Сомневаюсь.
Ладно. Слишком много пустых слов. "Вот если бы", "вот представьте", "а если" и т.п.
Вы мне четко ответьте: Вы можете _доказать_, что сплюснутость Земли не влияет на параметры орбит ИСЗ? Т.е. предоставить аргументы, неоспоримо это доказывающие. Например, описать этот механизм и продемонстрировать, что реально наблюдаемые возмущения орбит с хорошей точностью соответствуют Вашим описаниям. Можете или нет? Если можете - сделайте это, пожалуйста.
Я Вас давно об этом попросил. Вы сказали, что это все легко считается даже пятиклассником, но так и не продемонстрировали как это сделать.
Уважаемый guryan!
«Малость» масс и сил – величина обманчивая, особенно если результат их действия накапливается со временем. Так, например, сила тяги ионного двигателя космической станции «SMART-1» - всего 0,07Н, что по сравнению с её весом на поверхности Земли (около 3000 Н) – ничтожная величина. Однако, действуя в течение около полутора лет, этот ионный двигатель перевёл аппарат с геостационарной орбиты на окололунную, т.е., по-сути, поднял его с Земли до Луны.
Прецессия не изменяет ни форму, ни размер орбит искусственных спутников Земли.
Недавно на нашем сайте была высказана мысль, что в результате прецессии спутник тормозится, его орбита превращается в спираль, и спутник в конце концов падает на Землю. Проводилась аналогия с движением планет. leon справедливо возражал.
Основной причиной торможения и падения спутников являются их многочисленные соударения с молекулами воздуха. Торможение спутников происходит при спуске в более плотные слои атмосферы. Прецессия не влияет на высоту орбиты над Землей. Поэтому она не влияет ни на форму, ни на размер орбиты, ни на высоты перигея и апогея.
Прецессия (поворот) орбит спутников происходит одновременно вокруг двух осей.
Оба явления не приводят к изменению высоты орбиты над Землей.
Причинами прецессии являются: отклонение фигуры Земли от шарообразной формы и неоднородность плотности тела Земли. Самую важную роль играет сплюснутость Земли вдоль полярного диаметра. «Лишние» экваториальные массы непрерывно отклоняют ось спутниковой орбиты, заставляя ее описывать сложное конусообразное движение вокруг оси вращения Земли.
Прецессия меньше сказывается на круговых, высоких и приполярных орбитах.
Орбиты планет Солнечной системы испытывают сложные прецессии под влиянием своих спутников и Солнца, но, как показывают современные расчеты, они достаточно устойчивы, чтобы пережить «горячую эру» Солнца. Земля и планеты будут продолжать вращаться вокруг остывающего Солнца, превратившегося в белого карлика, цвет которого будет меняться: он станет желтым, красным и, наконец, черным.
Основной причиной торможения и падения спутников являются их многочисленные соударения с молекулами воздуха.
Уважаемый guryan, поскольку Вы любите наглядность, постараюсь наглядно пояснить Вам на качественном уровне механизм прецессии в поле тяготения нешарообразной Земли с точки зрения ньютоновской теории.
Выделим внутри Земли шар, как уже сделал уважаемый fundaev. Шар сферически-симметричен и, поэтому, никакой прецессии создавать не может (надеюсь, понятно – почему?). Я закрасил его белым цветом. А эллипсоидный «избыток» формы Земли над формой шара я закрасил серым цветом.
Допустим, спутник летает по круговой (не эллиптической!) орбите с наклонением 45 градусов. Плоскость орбиты я изобразил перпендикулярной плоскости рисунка, поэтому она выглядит, как отрезок.
Летающий вокруг центра Земли спутник имеет вектор момента импульса L относительно центра Земли. Вследствие наличия «избытка» формы Земли над шаром, на северном участке своей орбиты (и, в частности, в точке А) спутник будет испытывать действие возмущающей силы f, направленной к этому «избытку», а на южном участке своей орбиты (и, в частности, в точке B) – действие противоположно направленной возмущающей силы –f. Эта сила пытается приблизить плоскость орбиты спутника к плоскости экватора, но результатом её действия и является прецессия его орбиты. А именно, эта сила создаёт момент сил Mf относительно центра Земли, направленный перпендикулярно плоскости рисунка на нас, который вызывает появление у спутника возмущающего момента импульса Lf. Этот возмущающий момент импульса Lf будет векторно суммироваться с исходным моментом L в каждый бесконечно малый отрезок времени dt. Для наглядности я изображу некоторое конечное приращение Lf* и векторно (по правилу треугольника) прибавлю его к L. В результате L (а вместе с ним и перпендикулярная ему плоскость орбиты) немного повернётся по изображённому на рисунке конусу и примет положение L1 (обозначено на рисунке пунктирным вектором). Однако, после этого поворота ситуация станет точно такой же, как и в начале наших рассуждений и в силу этого L1 опять повернётся и займёт положение L2 (второй пунктирный вектор на рисунке) и т.д. Таким образом, вектор L (и плоскость орбиты вместе с ним) будет прецессировать по конусу, ось которого совпадает с осью Земли.
Ясно, что если спутник летает по полярной орбите (наклонение - 90 градусов, плоскость орбиты проходит через ось Земли), то никакой прецессии не будет, поскольку гравитационное поле Земли в наших рассуждениях симметрично относительно плоскости любой такой орбиты и никаких возмущающих сил и моментов возникать не будет.
То же самое можно сказать и про орбиту, проходящую через плоскость земного экватора (наклонение - 0 градусов). Прецессия отсутствует.
Поразительно правдоподобно… Только дело в том, уважаемый Sol, что Земля, как материальный объект, обладает гравитационным полем, центр которого находится в её центре тяжести. И кроме силы притяжения, направленного в центр тяжести, никаких других сил, действующих отдельно, быть не может. Тонкая пленка грунта, равномерно размазанного по поясу тропиков, сместить центр тяжести никак не может. Это основное Ваше заблуждение, которое и приводит к таким нелепостям вроде, аккреции, гравитационного коллапса, черных дыр… Если Вы хотите наглядно что-то показать, то рисуйте, хотя бы более-менее в масштабе. Это, во всяком случае, поможет избежать некоторых заблуждений. Представляю бедного студента, который будет вынужден все это запомнить, и нести эти заблуждения дальше.
Прав был покойный Александр Александрович Зиновьев, когда говорил, что заблуждения в науке, могут длиться не один десяток, и даже сотни лет.
А ведь Вы просто не понимаете сущности гравитации, но полагаете, что держите бога за бороду.
По Вашей схеме все спутники будут летать только в плоскости экватора, потому что после нескольких десятков оборотов, силы (f) и (-f), повернут и стабилизируют плоскость орбиты в плоскости экватора. А полярные орбиты будут невозможны, так как при любом ничтожном отклонение от плоскости меридиана, возникнут силы, которые опять же будут стремиться вернуть плоскость орбиты спутника, в плоскость экватора.
Мне Ваша схема, чем-то напоминает конструкцию центробежного регулятора, с маховиком, плоскость которого смещена пружиной на некоторый угол, относительно плоскости вращения. Но эта модель здесь тоже не работает, так как в ней вес маховика, распределен по периферии.
Так что, как не крутите, причиной прецессии является только эллипсность орбиты и ничего больше.
Понимание любой сущности с развитием науки углубляется. Я, как говорил ранее, изложил ньютоновскую модель, но она уже не является последним словом в понимании сущности гравитации. Общая теория относительности объясняет сущность гравитации глубже. Но и это – не последнее слово. До полного понимания сущности гравитации нам ещё далеко.
Схема похожа не на центробежный регулятор, а на волчок, ось которого слегка наклонена относительно вертикали. Если Вы сторонник наглядных аналогий, проведите следующий эксперимент. Поставьте на столе волчок немного невертикально и быстро закрутите его. Вследствие невертикальности его оси возникнет небольшая возмущающая сила f, стремящаяся положить его ось на стол. Однако, пока он не снизит свои обороты (вследствие трения), он не упадёт на стол, а будет прецессировать по конусу вокруг вертикали в точном соответствии с нарисованной мной схемой для спутника (только с учётом других направлений его момента и возмущающей силы f):
Хорошо, рассмотрю силы, которые действуют на тело в гравитационном поле несферической Земли, и нарисую всё в правильном масштабе.
Сначала отмечу, что плоскость орбиты спутника делит экваториальный эллипсоидный избыток формы Земли над шаром на 2 неравнозначные для спутника части – «верхнюю» («северную») и «нижнюю» («южную»). «Северная» часть порождает момент возмущающих сил, направленный от нас и стремящийся поднять плоскость орбиты спутника над экватором. «Южная часть» порождает момент, направленный на нас и стремящийся опустить плоскость орбиты к экватору. Второй момент больше (это мы увидим ниже из рисунка).
Чтобы оценить силы и моменты, порождаемые «северной» и «южной» частями эллипсоидного избытка формы, нужно проинтегрировать их по его сложной форме. Поэтому, упростим ситуацию. Поскольку избыток является довольно тонким, мы положим, что вся его масса сконцентрирована вдоль земного экватора и опоясывает Землю по экватору в виде тонкого кольца.
Тогда плоскость орбиты спутника поделит его на 2 полукольца, каждое из которых имеет массу, равную половине массы всего избытка, т.е. 2*10^22 кг. Центр массы полукольца лежит на оси его симметрии и находится на расстоянии 2R/π от центра окружности (см., например, здесь). Таким образом, центры масс наших полуколец (обозначим их A1 и A2) будут лежать на расстояниях 2*6356863м/3.14159... = 4046908 м. от центра Земли O.
Вот рисунок в почти точном масштабе
(наша модель Земли и спутник S с высотой орбиты около 400 км. и наклонением 45 градусов)
Видно, что расстояние SA1 примерно в 2 раза меньше расстояния SA2, следовательно (по закону обратных квадратов) сила f1 будет по модулю в 4 раза больше силы f2 и их векторная сумма f будет стремиться прижать плоскость орбиты к плоскости экватора, что и вызовет прецессию.
Сила F – это сила притяжения спутника к центру O шарообразной Земли (без эллипсоидного избытка формы). Она единственная изображена здесь не в масштабе. Она примерно в 150 раз больше по модулю силы f, поскольку масса шарообразной Земли в 150 раз больше массы её эллипсоидного избытка формы (и ещё нужно учесть соотношение расстояний SO, SA1 и SA2).
Итак, на спутник действует 2 силы: 1) основная сила притяжения F, направленная к центру Земли и 2) примерно в 150 раз меньшая возмущающая сила f, которая вызывает прецессию.
А вот это и есть применение закона всемирного тяготения без понимания его сути. То, с чем Вы так упорно "боритесь": знание без понимания.
Представьте себе массивный объект далеко не шарообразной формы. Что-нибудь вроде Фобоса. И представьте другой объект (спутник, для определенности), находящийся вблизи от поверхности первого. Куда будет направлена сила тяжести, действующая на спутник? В центр масс первого? Ну да, если взять вот это формулу:
$$ F=G\frac{Mm}{r^2} $$
и тупо подставить туда значения, не понимая что мы делаем, то да, на поставленный вопрос придется ответить, что сила направлена в центр масс. Не потому что мы это понимаем, а потому что так в умной книжке написано. А то, что в умной книжке еще написано про объекты, размеры которых несоизмеримо малы по сравнения с расстоянием между ними, либо про объекты шарообразной формы, мы случайно забыли.
А вот если понимать, что этот закон описывает взаимодействие точечных масс, то задача усложняется. Потому что придется первый объект разбить на множество точечных масс, просуммировать силы, действующий с их стороны на спутник, и найти их равнодействующую. Будет ли она направлена в центр масс первого объекта? Не факт.
Так что Ваши заявления про заблуждения, вероятно, от Вашего невежества.
Ну Вы уж определитесь: либо наглядно, либо в масштабе.
"Я знаю, что ничего не знаю, а другие не знают и этого" ©
Уважаемый Sol потратил время и достаточно подробно изложил суть процесса. Приятно видеть, когда человек вникает в написанное. Жаль, что Вы этого не делаете.
А все-таки как отличие эксцентриситета от нуля влияет на возмущение орбиты? Схематично можете показать?
$$ F=G\frac{Mm}{r^2} $$
и тупо подставить туда значения, не понимая что мы делаем, то да, на поставленный вопрос придется ответить, что сила направлена в центр масс. Не потому что мы это понимаем, а потому что так в умной книжке написано. А то, что в умной книжке еще написано про объекты, размеры которых несоизмеримо малы по сравнения с расстоянием между ними, либо про объекты шарообразной формы, мы случайно забыли.
А вот если понимать, что этот закон описывает взаимодействие точечных масс, то задача усложняется. Потому что придется первый объект разбить на множество точечных масс, просуммировать силы, действующий с их стороны на спутник, и найти их равнодействующую. Будет ли она направлена в центр масс первого объекта? Не факт. .
Если отклонение Земли от сферической формы, составляет три десятых процента, то на высоте, где летают спутники, этот процент уменьшится настолько, что его никто и не заметит.
Это неверно. Геоид ("форма поверхности воды в океанах") является не сферой, а (с хорошей точностью) эллипсоидом. См., например, здесь.
Абсолютное большинство ИСЗ распалагаются на орбитах высотой примерно 1000 км над Землей. Т.е. примерно на расстоянии в 1/13 диаметра Земли. О каких 50-100 диагоналях (диаметрах) Вы говорите???
Так ведь Земля-то не кубическая, а круглая. Прчем с высокой точностью. 0,3%.
Гениально!
Хорошо. Давайте так.
Ситуация 1.
Предположим, Земля - шар. Спутник, движущийся по сравнительно низкой орбите, так сказать, в краеней точке (см. рисунок слева) притягивается Землей так, что сила направлена точно в центр масс шара.
Ситуация 2.
Ситуация 3.
Замечу, что "практически нет" означает да. "Почти нет" означает да. "Будет, но незначительно" означает да. Все кроме "нет, не будет" означает "да, будет".
Так будет она отклонена или нет? Просто да или нет?
Предположим, Земля - шар. Спутник, движущийся по сравнительно низкой орбите, так сказать, в краеней точке (см. рисунок слева) притягивается Землей так, что сила направлена точно в центр масс шара.
Замечу, что "практически нет" означает да. "Почти нет" означает да. "Будет, но незначительно" означает да. Все кроме "нет, не будет" означает "да, будет".
Так будет она отклонена или нет? Просто да или нет?
Центр тяжести материального образования любой формы, всегда находится на одном месте. Даже если это гантель. Центр тяжести будет находится в её ручке, и силы притяжения будут направлены в центр тяжести. Подвесьте её на нитке и убедитесь, что висеть она будет в безразличном положении шаров. Хотя по Вашим соображениям, она должна висеть вертикально, потому что шар, оказавшийся ближе к земле, должен притягиваться к ней сильнее...
Естественно центр масс этого эллипсоида будет находиться там же, где и ЦМ вон того воображаемого шара. А я утверждаю, что гравитационная сила будет направлена не в ЦМ. Очень показательно, что Вы не поняли эту мысль.
Итак по Вашему сила, действующая на спутник всегда будет направлена в центр масс планеты? Хорошо. Давайте представим ситуацию. С Земли на Луну закинули некий стержень. Предположим, он способен "отыгрывать" изменения расстояния между этими небесными телами в течение месяца. Т.е. теперь мы можем рассматривать связку Земля-стержень-Луна как единое тело. Да, оно состоит из множества разных веществ, неоднородно, но все же это единое тело.
Вы утверждаете, что на любое тело, находящееся в 1 метре над Луной, будет действовать гравитационная сила, направленная в точку, расположенную на том самом стержне, так что точка эта ближе к Земле? Т.е. тело, находящееся на поверхности Луны тотчас покинет ее окрестности и полетит куда-то поближе к Земле, после чего зависнет между Луной и Землей? Вы правда так считаете?
P.S. Guryan, а почему Вы не пробуете рассчитать, куда будет направлена эта сила?
Вот Вам тогда ещё такая задачка. Имеется массивное симметричное тело, состоящее из двух больших одинаковых масс M1 и M2 и маленькое тело m, находящееся вблизи них так, как показано на рисунке:
Центр масс системы M1 и M2 находится в точке O. Куда будет направлена сила гравитации, действующая на тело m со стороны тела M1 + M2? Обоснуйте Ваш ответ.
Ситуация с гантелью несколько иная. Поскольку гантель очень мала по сравнению с её расстоянием до центра Земли, поле тяготения Земли можно считать в пределах гантели однородным, т.е. силы гравитации, приложенные к разным точкам гантели будут практически сонаправленными. Поэтому, действительно, можно считать, что результирующая сила притяжения гантели к Земле (а значит, по 3-му закону Ньютона – и сила притяжения Земли к гантели) приложена к центру тяжести гантели и не зависит от положения её шаров.
И ещё вопрос: Вы различаете центр масс и центр тяжести?
Центр масс системы M1 и M2 находится в точке O. Куда будет направлена сила гравитации, действующая на тело m со стороны тела M1 + M2? Обоснуйте Ваш ответ.
(А Вы сложите векторы m-M1 и m-M2 и может увидите куда будет направлен результирующий вектор.:-)
Почему же? Разве задача не имеет решения? Сила притяжения будет не определена?
Нет, условия моей задачи противоположные: размеры М1 и М2 не более 0,5% от расстояния между ними.
Результирующая сила f направлена не в точку O.
А если вместо цельной гантели мы возьмём отдельно два её шара, расположенных так же, как на реальной гантели? Сила гравитации будет приложена не к шарам, а к точке между ними, т.е., к пустому пространству?
Тов. Guryan, мы-таки дождемся от Вас признания, что Вы не понимаете о чем говорите и не желаете признавать ошибок в своих рассуждениях? Или Вы предпочитаете отделываться сомнительными отписками про движение и сверхпроводимость, дабы сменить тему разговора когда Вас "поймали за руку"?
Прецессия обусловлена, в основном элипсностью орбит и, в малой степени, несовпадением их плоскостей с плоскостью суточного вращения .
Причиной прецессии является не форма орбиты, а сила, действующая на спутник. В данном случае это возмущающая сила, равная разности между реальной силой притяжения планеты и той, которая была бы, если бы вся масса планеты была бы сосредоточена в ее центре. Эта разность сил для Земли в первую очередь определяется ее сплюснутостью. Природа возмущающей силы не зависит от формы орбиты спутника, но действие ее проявляется сильнее у орбит с большим эксцентриситетом, в то же время чем больше среднее расстояние спутника от центра планеты, тем медленнее вращаются и плоскость орбиты, и сама орбита в этой плоскости. Чем больше угол наклона плоскости орбиты к плоскости экватора, тем меньше влияние сплюснутости Земли, поэтому у близполюсных спутников прецессия минимальна.
И в итоге, оно вполне может превратиться в сверхновую.
Выяснение причин взрывов сверхновых – одна из основных современных проблем. Существует несколько гипотез. По одной из них как сверхновые могут взорваться звезды достаточно больших масс. По другой взрывается один из компонентов некоторых двойных систем. Влияние второго компонента может привести к несимметричности образовавшегося в результате взрыва облака плазмы. В центре формируется сверхплотное образование, например, нейтронная звезда, скорость убегания которой от центра события достигает тысяч км/с. Несимметричность взрыва может возникнуть и в результате других внешних воздействий. Наблюдения обнаружили и несимметричные остатки сверхновых, и убегающие нейтронные звезды. Я не хочу никого успокаивать, тем более, что в настоящее время это не актуально, но превращение Солнца в сверхновую маловероятно.
Комментарий удален, так как противоречит цели, направленности данной рубрики и всего сайта Лаборатории космических исследований.
Убедительный аргумент...
А Вы можете это доказать? Т.е. сформулировать утверждение таким образом, чтобы любой скептик мог убедиться в его истинности.
А что такое гипотеза?
А что тут доказывать? Экваториальный диаметр на 40 км превышает полярный. Любой пятиклассник может на пальцах посчитать...
Посчитаем?
Бог в помощь...
Т.е. Вы не уверены, что результат оправдает Ваши ожидания? Или не можете посчитать? Я, ведь, просил выразить мысль убедительно. А "Бог в помощь" - это не убедительно.
Кхм... я напрасно жду здесь вразумительный ответ?
Я не хочу никого успокаивать, тем более, что в настоящее время это не актуально, но превращение Солнца в сверхновую маловероятно.
Уважаемая RMR_astra.
У меня есть расхождения с вашей мыслью. На Солнце проходит процесс термоядерный синтез веществ водород синтезирует при большой температуре и гравитации Солнца в гелий и так по цепочки. Процесс термоядерного синтеза доходит до логического завершения с образованием ядер железа и никеля. Наше Солнце постепенно переходит от желтого карлика до красного гиганта. Когда наше Солнце дойдет до красного гиганта ядро будет состоять из тяжелых элементов, железа и т. п. При таких условиях будет протекать процесс гравитационного коллапса ядра. И в итоге будет огромный взрыв, после взрыва может образоваться нейтронная звезда или чёрная дыра, а вокруг этих объектов в пространстве некоторое время существуют остатки оболочек взорвавшейся звезды в виде расширяющейся газовой туманности. Сверхновую звезду образовавшуюся от нашего Солнце можно будет отнести к сверхновой II типа.
Уважаемый AltaSirius!
Дополню немного сообщение от Рахиль Менашевны! Хотя в эволюции звезд до сих пор много неясностей и загадок, но кое-что известно достаточно надежно. В астрофизике есть такое понятие - предел Чандрасекара. Это предельная масса звезды, которая может существовать в форме белого карлика. Эта масса примерно равна 1.4 массы Солнца (эта масса зависит от химического состава белого карлика). После завершения синтеза водорода в звездах, если их масса меньше этой величины, то у них нет шансов превратиться в нейтронную звезду. Для этого им надо иметь массу больше этой, но меньше другого предела - предела Опенгеймера-Волкова. Эта предельная масса нейтронной звезды точно не вычислена, но минимальное ее значение оценивается примерно в 2.8 масс Солнца. При превышении этого предела у звезды появляются шансы превратиться в то, что сейчас называют черной дырой. Масса у нашего Солнца слишком мала, даже, если все планеты Солнечной системы упадут на него. В красный гигант наше Солнце, по всей видимости, превратится, но через 4-5 миллиардов лет.