Загрузка...
Учебная работа. Статья: Наклонение плоскости орбит. Направление обращения небесных тел
Наклонение плоскости орбит. Направление обращения небесных тел
Паршаков Евгений Афанасьевич
Как известно, все планеты Солнечной системы обращаются в прямом направлении. В этом же направлении обращается большинство спутников. Из крупных спутников только два, Тритон и Феба, обращаются по отношению к центральным телам в обратном направлении. Если же рассмотреть более мелкие небесные тела Солнечной системы, то можно обнаружить много комет с обратным направлением обращения.
Существует две четкие закономерности в распределении небесных тел Солнечной системы по направлению обращения. Первая заключается в том, что если все небесные тела разделить на ряд групп в зависимости от их масс, то выяснится, что количество небесных тел с обратным направлением обращения будет расти по мере перехода от групп небесных тел с большой массой к группам с меньшей массой. Так, планеты с обратным направлением обращения отсутствуют, среди спутников их мало, среди комет гораздо больше и по количеству, и в процентном отношении. особенно же много небесных тел с обратным обращением, как можно предположить, находится среди самых малых тел Солнечной системы, мелких комет и метеорных тел, опять-таки, как по количеству, так и в процентном отношении.
вторая закономерн ость заключается в том, что количество небесных тел с обратным направлением обращения тем меньше, чем ближе они расположен ы к центральному телу. Из спутников с обратным направлением обращения только один — Тритон — расположен вблизи своей планеты (353 тыс. км), остальные же все расположены довольно далеко: от 12 млн. км — Феба, до 27 млн. км — Синопе. Еще более разительным является различие направления обращения у малых тел Солнечной системы: у астероидов из астероидного пояса, расположенного между орбитами Марса и Юпитера, почти у всех прямое направление обращения, а у комет из кометных поясов, расположенных между орбитами планет-гиган тов и дальше орбиты Нептуна, направление самое различное: и прямое, и обратное.
Если теперь мы рассмотрим углы наклонения плоскостей орбит небесных тел к плоскости экваторов их центральных тел, то обнаружим ту же самую закономерность: чем дальше небесные тела расположены от своего центрального тела, тем больше угол наклонения. Самая дальняя из планет — Плутон — имеет самый большой угол наклонения, он же является и наименьшей из планет. Из спутников большинство ближних к планетам обращаются вокруг них, находясь почти в плоскости их экватора, дальние, наоборот, имеют большие углы наклонения.
То же самое относится к астероидам и кометам. Если из малых тел взять большие группы с примерно одинаковым количеством тел, то средний угол наклонения будет тем меньше, чем ближе эти тела находятся от центрального тела и чем большую массу они имеют.
Все эти закономерности, а также тот факт, что все известные спутники Урана обращаются вокруг него в прямом направлении, хотя при этом оказывается, что по отношению к Солнцу и Солнечной системе они обращаются в обратном направлении, приводят к выводу, что существует механизм, который вынуждает небесные тела изменять со временем направление их обращения таким образом, что обратное направление их обращения сменяется на прямое, а большие углы наклонения уменьшаются, стремясь приблизиться к нулю. А обращение спутников Урана говорит о том, что изменение угла наклонения орбит небесных тел связано каким-то образом именно с центральным телом, которое вынуждает свои спутники изменять свои орбиты.
космические осадки и торможение небесных тел в газовой среде не могут изменять направление их движения, но, тем не менее, механизм изменения наклонения орбит небесных тел самым непосредственным образом связан с существованием галактических зим.
При конденсации диффузной материи на поверхность небесного тела во время галактической зимы вокруг него как бы возникает огромная атмосфера. Эта атмосфера резко отличается от обычной атмосферы небесного тела, существующей в периоды между галактическими зимами. Она имеет целый ряд особенностей, отличающих ее от обычной атмосферы. Во-первых, эта атмосфера является временным образованием, она существует только в период галактической зимы. После окончания очередной галактиче ской зимы возникшая атмосфера постепенно конденсируется или рассеивается. поэтому ее можно называть зимней атмосферой. однако следует иметь ввиду, что эта зимняя атмосфера существует на протяжении миллионов земных лет. И этой зимней атмосферой обзаводятся все небесные тела, в том числе, по-видимому, и небольшие. Во-вторых, зимняя атмосфера, в отличие от летней, которая существует и в настоящее время у крупных небесных тел Солнечной системы, является огромной, протяженной. Ее протяженность во много раз больше летней атмосферы. Но это не значит, что вся Солнечная система находится в одной, единой для всех ее небесных тел атмосфере. Хотя часть Солнечной системы и погружается в единую солнечную атмосферу, но каждая из планет Солнечной системы также имеет свою протяженную планетную атмосферу. В-третьих, каждая из атмосфер небесных тел является необычайно разряженной, особенно на периферии. Ее плотность во много раз меньше плотности летней атмосферы, т.е. современной. В-четвертых, эта зимняя атмосфера, как и современная летняя, вращается вместе со своим небесным телом в том же направлении, но это вращение является дифференцированным, т.е. та часть зимней атмосферы , которая расположена ближе к поверхности небесного тела и ближе к плоскости его экватора, вращается несколько быстрее, чем те ее части, которые расположены дальше от поверхности и экваториальной области. И, в-пятых, зимняя атмосфера, ее наружная часть, является не сферической, а сильно сплюснутой. У небесных тел с большой скоростью своего вращения, как показывают наблюдения за звездами, эта протяженная и разряженная атмосфера принимает форму газового диска.
И вот в такой зимней атмосфере оказываются все ближние от центрального тела небесные тела Солнечной системы во время каждой галактической зимы. Ближние планеты обращаются вокруг Солнца, погружаясь в его необычайно протяженную и необычайно разряженн ую атмосферу. Ближние спутники обращаются вокруг планет, погрузившись в их протяженные атмосферы. Для того, чтобы выяснить, что произойдет при этом с небесными телами, необходимо обратиться к рисунку 8.
Планета Р в период между галактическими зимами обращалась вокруг центрального тела S с углом наклонения около 900, постоянно проходя через одни и те же точки Р1 и Р2 в северном и южном небесных полушариях. С наступлением Галактической зимы небесное тело Р обращается вокруг тела S, будучи погруженной в ее разряженную и сплюснутую атмосферу, вращающуюся с телом S справа налево, как указано стрелками.
При перемещении из северного полушария в южное, тело Р оказывается в потоке разряженного газа, который направлен по отношению к телу Р сбоку. Вследствие этого газовый поток, передав телу Р часть своего количества движения, вынуждает его свернуть с прежней траектории и тело Р проходит в южное полушарие не в точку Р2, как раньше, а в точку Р3, расположенную чуть левее точки Р2. Перемещаясь из южного полушария в северное, тело Р под влиянием газового потока, двигающегося относительно него слева направо, т. е. в противоположную сторону, чем на ближней от нас стороне центрального тела и его атмосферы, проходит по траектории из точки Р3 в точку Р4, расположенную чуть правее точки Р1. Затем, снова обращаясь вокруг тела S, тело Р попадает в точку Р5, еще больше смещенную от точки P2 влево и т.д.
В результате плоскость орбиты тела Р будет постепенно разворачиваться, все более приближаясь к плоскости экватора тела S. С каждым витком вокруг центрального тела S угол наклонения плоскости орбиты небесного тела будет уменьшаться. Если же при этом угол наклонения был сначала больше 900 и, следовательно, направление обращения небесного тела Р было обратным, оно постепенно будет приближаться сначала к прямому направлению , а угол наклонения — к прямому углу. затем угол наклонения еще больше изменится и будет меньше 900, а направление обращения из обратного преобразуется в прямое.
Из рисунка 8 видно, что в зимнюю атмосферу центрально го тела S в его экваториальной области могут попасть только ближние тела (планеты и спутники), обращающиеся вокруг него. Но ведь изменение направления обращения распространяется на все небесные тела. Возникает вопрос: каким образом изменяется направление обращения дальних планет и спутников из обратного на прямое? Существует ли для этого соответствующий механизм? Да, существует. И его существование подсказывают сохранившиеся остатки некогда мощных колец у планет-гигантов.
Во время галактических зим, особенно суровых, когда Солнечная система пересекает плоскость Галактики в районе спирального рукава, осевое вращение небесных тел начинает увеличиваться и к концу галактической зимы небесные тела вращаются намного быстрее, чем в ее начале. А это в конце концов приводит к тому, что верхние слои протяженной зимней атмосферы небесных тел в районе экваториальной плоскости приобретают первую космическую скорость, и из атмосферы начинают выделяться газовые кольца, получившие независимое существование от небесного тела и его атмосферы. вслед за первым газовым кольцом, имеющим одинаковую линейную скорость с верхними слоями атмосферы в надэкваториальной области вскоре образуется второе газовое кольцо, за ним третье, четвертое и т. д.
Эти газовые кольца не могут слиться в единое более мощное кольцо, поскольку этому препятствует избыточное гравитаци онное притяжение небесного тела в экваториальной плоскости, подобно тому, как вода, текущая по желобу, течет лишь по его нижней части, но не по всей поверхности желоба: дну и стенкам. И кольца не могут сойти в сторону от экваториальной плоскости небесного тела и рассеяться в межпланетном пространстве, подобно тому, как вода не может сойти со дна желоба на его стенку и течь по нему. И в том и другом случае этому препятствует более мощное гравитационное притяжение в районе дна желоба для воды и в районе экваториальной плоскости для газовых колец небесных тел.
Что же происходит с газовыми кольцами? А происходит следующее. Второе газовое кольцо, возникшее вскоре вслед за первым, начинает оказывать на него давление, под воздействием которого первое газовое кольцо начинает удаляться дальше от небесного тела, продолжая оставаться в плоскости его экватора. При этом орбитальная скорость первого кольца несколько замедляется, как замедляется орбитальная скорость Луны при ее медленном удалении от Земли. Но для постепенного удаления первого газового кольца необходима энергия. Эту энергию первое газовое кольцо получает от второго газового кольца, которое, в свою очередь, восполняет свои потери энергии за счет небесного тела, его атмосферы.
вслед за вторым газовым кольцом возникает третье, четвертое… десятое и т. д. При этом последнее возникшее кольцо (нижнее) давит на соседнее с ним кольцо, возникшее предпоследним, отдавая ему часть своего количества движения. Предпоследнее кольцо — на следующее, соседнее с верхней стороны, отдавая ему также часть своей механической энергии. И так доходит до самого верхнего газового кольца.
Каждое кольцо, во-первых, оказывает давление в районе соприкоснов ения на соседнее кольцо сверху, вынуждая его постепенно удаляться от небесного тела, т. е. двигаться с ускорением, во-вторых, на него оказывает давление соседнее кольцо снизу, вынуждая его также постепенно удаляться от небесного тела. В-третьих, все кольца находятся в экваториальной плоскости. В-четвертых, орбитальная скорость каждого кольца больше соседнего сверху и меньше соседнего снизу. В-пятых, каждое кольцо при их удалении от небесного тела передает часть своего количества движения соседнему кольцу сверху и получает часть количества движения от соседнего кольца снизу. И, в-шестых, по-видимому, каждое газовое кольцо передает соседнему сверху кольцу и часть своего вещества, само же восполняет свои потери за счет соседнего кольца снизу, а последнее кольцо за счет атмосферы небесного тела.
Газовых колец, состоящих, в основном, из водорода и гелия, по-видимому, образуется огромное количество у каждой быстро вращающейся планеты и у Солнца. И система этих колец, которая во много раз более протяженней, чем ее остатки у Сатурна, а тем более — у Юпитера и Урана, образует огромный газовый диск, вращающийся дифференцирова но вокруг небесных тел.
И вот через этот-то газовый диск периодически проходят в своем обращении вокруг Солнца планеты и вокруг планет их спутники, подобно тому, как через газо-пылевую плоскость Галактики проходят звездно-планетные системы при своем обращении вокруг ее центра. помимо того, что проходящие через газовый диск центрального тела его спутники прихватывают его вещество и тормозятся в нем, они начинают под влиянием газового потока изменять направление обратного обращения на прямое, а те из них, которые имеют прямое обращение, уменьшают угол наклонения своей орбиты к плоскости экватора центрального тела точно так, как это имеет место у ближних спутников, попадающих в экваториальной плоскости в верхние слои зимней атмосферы (см. рис. 8).
разумеется, изменение угла наклонения плоскости орбиты за время одного витка будет крайне незначительны м, незаметным, но за миллионы лет галактической зимы оно будет весьма заметным. Это ни в коем случае не означает, что обратное направление обращения небесного тела изменится на прямое за время одной галактической зимы. Потребуется, быть может, несколько галактических зим, прежде чем это произойдет. Но рано или поздно направление обращения изменится и небесные тела, обращавшиеся ранее в обратном направлении, будут неизбежно обращаться в прямом направлении. И у всех небесных тел угол наклонения плоскости их орбит к плоскости экватора центрального тела будет все более и более уменьшаться, приближаясь к нулю.
А это означает, что чем дольше небесное тело обращается вокруг Солнца или его планеты, тем меньше должен быть угол наклонения его орбиты к плоскости экватора центрального тела — Солнца или планеты. Поэтому почти все крупные и ближние к Солнцу и планетам небесные тела обращаются вокруг них в прямом направлен ии и с небольшим углом наклонения. Но есть и исключение, требующее своего объяснения. Мы имеем ввиду Тритон, поскольку он является единственн ым в Солнечной системе, который имеет большие размеры и массу, и в то же время обращается вокруг планеты в обратном направлении. К тому же Тритон находится вблизи Нептуна. На этом вопросе мы остановимся ниже.
Может возникнуть мнение, что имеются и другие механизмы изменения угла наклонения плоскостей орбит планет и спутников и незачем конструировать такой сложный механизм изменения наклонений. Действительно, существует еще несколько механизмов изменения наклонений орбит. Во-первых, наклонения могут изменяться под влиянием экваториального вздутия центрального тела, во-вторых, под влиянием космических осадков и, в-третьих, под влиянием магнитного поля центрально го тела. Но все эти механизмы являются второстепенными, дополняющи ми основной, о котором говорилось выше, причем некоторые из этих дополнител ьных механизмов изменения наклонений орбит небесных тел могут то усиливаться, то ослаблять действие основного механизма.
Если бы основной механизм изменения наклонений орбит небесных тел был связан с воздействием космических осадков, то все спутники Урана находились бы не в плоскости его экватора, а в плоскости его орбиты. Если бы основной механизм изменения наклонении был связан с экваториальным вздутием, то около половины планет и спутников, находящихся в плоскости экватора центрального тела, обращались бы вокруг него в обратном направлении. А если бы основной механизм был связан с магнитным полем, то, например, Харон не находился бы в плоскости экватора Плутона, который, очевидно, не имеет своего магнитного поля.