Какая планета солнечной системы вращается не как остальные: Какая планета Солнечной системы вращается не как остальные? — Музей фактов

Интересные факты об Уране | Атмосфера, поверхность, спутники Урана | Какого цвета Уран

Уран отличается от других планет Солнечной системы своеобразным химическим составом, экстремальными температурами и необычным наклоном оси. В этой статье мы подробно расскажем об этой планете и ее отличительных чертах, а также о том, когда лучше всего наблюдать ее на небе. Поехали!

Содержание

• Факты об Уране
• Кто открыл Уран?
• Насколько массивен Уран?
  • Размер Урана
  • Размер Урана по отношению к Земле
• Орбита и вращение Урана
  • Наклон оси вращения
  • Сколько длится год на Уране?
  • Сколько длится день на Уране?
• Как далеко находится Уран?
  • Расстояние от Урана до Солнца
  • Расстояние от Урана до Земли
  • Сколько времени нужно, чтобы добраться до Урана?
• Исследование Урана
• Из чего состоит Уран?
  • Формирование Урана
  • Структура Урана
  • Поверхность Урана
• Спутники Урана
  • Сколько спутников у Урана?
  • Самый большой спутник Урана
• Кольца Урана
  • Сколько колец у Урана?
  • Из чего состоят кольца Урана?
• Предстоящие события
  • 1 августа: соединение Марс-Уран
  • 18 августа: сближение Луны и Урана
• Часто задаваемые вопросы
  • Какого цвета Уран?
  • Как Уран получил свое название?
  • Уран — это газовый гигант?
• Интересные факты

Факты об Уране

• Тип планеты: ледяной гигант
• Радиус: 25 362 км
• Масса: 8,681 × 10^25 кг
• Афелий: 3 млрд км
• Перигелий: 2,5 млрд км
• Среднее расстояние до Земли: 2,9 млрд км
• Температура поверхности: от −224 °C до −216 °C
• Солнечные сутки: 17 ч 14 м 23 с
• Звездные сутки: 17 ч 14 м 24 с
• Год: 84,3 земных года
• Возраст: 4,503 миллиарда лет
• Назван в честь: греческого бога неба

Кто открыл Уран?

Люди наблюдали Уран еще до Уильяма Гершеля, который считается первооткрывателем этой планеты, но обычно принимали его за звезду. В 128 году до н.э. греческий астроном Гиппарх внес Уран в свой каталог звезд; столетиями позже, в 1690 году астроном из Англии Джон Флемстид совершил ту же ошибку и зарегистрировал Уран как звезду 34 в созвездии Тельца.

Уильям Гершель тоже не смог определить природу найденного им объекта, однако именно наблюдения Гершеля 13 марта 1781 года привели к признанию Урана планетой. В то время как Гершель описывал найденный им объект как комету, другие астрономы, заметив его движение по небу, заподозрили, что этот объект — новая планета. К 1783 году и сам Гершель признал, что найденная им “комета” на самом деле является планетой.

Насколько массивен Уран?

Уран считается планетой-гигантом. Если бы Земля была величиной с большое яблоко, то Уран бы был размером с баскетбольный мяч. Однако для наблюдателей с Земли ледяной гигант не выглядит большим: его видимый размер варьируется от 3,3″ до 4,1″, в то время как видимый размер Меркурия (самой маленькой планеты в Солнечной системе) составляет от 4,5″ до 13″.

Размер Урана

Уран — третья по размеру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Радиус бледно-голубой планеты немногим больше радиуса Нептуна: 25 362 км против 24 622 км, соответственно.

Размер Урана по отношению к Земле

Объем Урана в 63 раза больше, чем объем Земли: внутрь этой планеты может поместиться 63 земные сферы! Кроме того, ледяной гигант примерно в 4 раза шире Земли. Чтобы лучше понять размер Урана, взгляните на изображение НАСА, на котором показаны размеры всех планет относительно друг друга.

Орбита и вращение Урана

Изучение орбиты Урана помогло астрономам открыть Нептун. Французский ученый Пьер-Симон Лаплас в 1783 году вычислил орбиту Урана, однако со временем обнаружились различия между предсказанным и наблюдаемым положением планеты. Астрономы предположили, что некое космическое тело вмешивается в движение ледяного гиганта. Благодаря этому предположению они смогли установить расстояние от Солнца до неизвестного объекта и его примерную массу и впоследствии обнаружили Нептун.

Наклон оси вращения

Уран вращается под углом в 97,77°, то есть ось вращения Урана почти параллельна плоскости его орбиты. Это самая необычная ось вращения среди всех планет Солнечной системы; для сравнения, Нептун, который находится по соседству, вращается под углом 28,5°

В результате, в моменты солнцестояний на этой планете, один из полюсов Урана все время направлен на Солнце. Каждый полюс Урана на протяжении 42 земных лет находится в темноте и еще 42 года освещен Солнцем. При этом в моменты равноденствий Солнце обращено к экватору планеты, что приводит к “обычной” смене дня и ночи — похожей на ту, что есть на других планетах.

Пока неизвестно, почему у Урана такой необычный наклон оси вращения. Ученые считают, что эта планета-гигант “перевернулась на бок” 3-4 млрд лет назад из-за одного или нескольких столкновений с другим космическим объектом. Кстати, это же столкновение могло привести к необычному вращению Урана. Ледяной гигант (как и Венера) вращается по часовой стрелке, при этом другие планеты Солнечной системы вращаются против часовой стрелки, то есть в том же направлении, что и Солнце.

Сколько длится год на Уране?

Урану требуется 84 земных года, чтобы завершить один оборот вокруг Солнца. В 2033 году ледяной гигант сделает третий полный оборот вокруг нашей звезды с момента открытия планеты в 1781 году.

Сколько длится день на Уране?

Из-за удаленности планеты от Солнца, звездные и солнечные сутки на Уране практически равны — первые длятся 17 часов 14 минут и 24 секунды, а вторые на секунду меньше. Продолжительность одного года на Уране — 42 718 уранианских солнечных дней.

Как далеко находится Уран?

Уран — седьмая планета от Солнца. Дальше него находится только Нептун (если не брать в расчет карликовую планету Плутон).

Расстояние от Урана до Солнца

Среднее расстояние от Урана до Солнца — 20 а.е. или 2 млрд км. Следуя по вытянутой орбите, эта планета может достигать максимального (афелия) и минимального (перигелия) расстояния от звезды. Кстати, у Урана разница между афелием и перигелием больше, чем у любой другой планеты — примерно 1,8 а. е.

Расстояние от Урана до Земли

Поскольку планеты Солнечной системы находятся в постоянном движении, расстояние между ними меняется ежедневно. При максимальном приближении к Земле, Уран находится в 2,6 млрд км от нас. При наибольшем удалении, расстояние между планетами составляет 3,2 млрд км.

Сколько времени нужно, чтобы добраться до Урана?

Космический зонд НАСА “Вояджер-2” добрался до ледяного гиганта за 9,5 лет. Он был запущен в августе 1977 года и приблизился к Урану 24 января 1986 года. Другие космические аппараты не пролетали мимо ледяного гиганта, так что пока мы не знаем более короткого пути к этой планете.

Исследование Урана

“Вояджер-2” — единственный космический зонд в истории изучавший Уран. “Вояджеру-2” потребовалось чуть меньше десятилетия, чтобы добраться до планеты, при этом всю важную информацию он собрал всего за шесть часов. Космический аппарат НАСА также исследовал кольца и спутники планеты-гиганта.

Несмотря на то, что было разработано несколько космических миссий по исследованию Урана, на 2021 год ни одна из них не получила дальнейшего развития. Пока мы собираем информацию о ледяном гиганте во время наблюдений через космический телескоп “Хаббл” и с помощью нескольких мощных наземных телескопов.

Из чего состоит Уран?

Уран и Нептун являются двумя ледяными гигантами Солнечной системы. По сути, Уран — это шар из газа и льда.

Формирование Урана

Как и остальные планеты Солнечной системы, Уран сформировался около 4,5 миллиарда лет назад. Материала, который сформировал Уран и другие планеты-гиганты, было достаточно — это позволило планетам стать настолько массивными. Уран, скорее всего, изначально сформировался ближе к Солнцу, но потом поменял свою орбиту и занял свое место седьмой планеты от нашей звезды.

Структура Урана

Уран состоит из трех слоев: маленькое ядро из железа и никеля в центре, ледяная оболочка в середине и водородно-гелиевая атмосфера с содержанием метана снаружи. Ледяная оболочка планеты (более 80% массы) состоит из горячей и плотной жидкости, являющейся смесью воды, метана и аммиака.

Поверхность Урана

У ледяного гиганта Урана нет твердой поверхности. Его газообразная атмосфера переходит во внутреннюю жидкую оболочку. По поверхности Урана не получится прогуляться или посадить на нее космический аппарат — вы просто утонете. Кстати, то же самое произойдет и на Юпитере.

Кроме того, на Уране невероятно холодно! Это самая холодная планета в Солнечной системе, даже несмотря на то, что она не самая удаленная от Солнца. Неизвестно, почему ледяной гигант такой холодный. Некоторые ученые считают, что причина в наклоне его оси вращения; другие предполагают, что в результате вышеупомянутого столкновения с другим объектом, Уран потерял большую часть внутреннего жара и температура ядра планеты снизилась.

Спутники Урана

Как и других планет-гигантов, у Урана есть свои естественные спутники; они получили названия в честь персонажей из произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Это исключение из правил — обычно спутники берут свои названия из греческой и римской мифологии.

Сколько спутников у Урана?

Известно 27 спутников Урана. На фоне спутников остальных планеты-гиганты они выделяются малой массой. Даже суммарная масса пяти самых крупных уранианских спутников (Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон) не составит и половины массы Тритона, самого большого спутника Нептуна. Чтобы лучше понять их размер, представьте, что поверхность любого из этих спутников меньше, чем площадь австралийского континента.

Внутренние спутники Урана состоят наполовину из водяного льда и наполовину из каменистых материалов. Состав остальных остается неизвестным, но есть теория, что они являются астероидами, захваченными гравитацией планеты.

Самый большой спутник Урана

Самый большой спутник ледяного гиганта Титания — это восьмой по величине спутник в Солнечной системе. Его диаметр равен 1 578 км, что составляет примерно половину от диаметра нашей Луны. Как и Луна, этот спутник находится в приливном захвате и всегда обращен только одной стороной к Урану. Красноватая поверхность Титании покрыта каньонами и кратерами, которые достигают 326 км в диаметре.

Кольца Урана

Это — вторая кольцевая система, обнаруженная в Солнечной системе (первой была система колец Сатурна). Ее открытие помогло астрономам понять, что кольца — обычное явление для планет.

Сколько колец у Урана?

У Урана известно 13 колец. В порядке увеличения расстояния от планеты они расположены так: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν и μ. Внутренние узкие кольца выглядят темно-серыми, а два внешних кольца (ν и μ) — яркие.

Из чего состоят кольца Урана?

Кольца Урана состоят из водяного льда и радиоактивной органики. В исследовании 2016 года говорится о том, что кольца Урана, Сатурна и Нептуна могут быть остатками карликовых планет вроде Плутона, которые оказались слишком близко к планетам-гигантам. В результате карликовые планеты оказались разорваны на части мощной гравитацией планет-гигантов, но сохранились в виде колец.

Предстоящие события

1 августа: соединение Марс-Уран

1 августа 2022 года в 12:22 по московскому времени (09:22 GMT), Марс встретится с Ураном в созвездии Овна. Красная планета будет самой яркой из двух: ее видимый блеск составит 0,2. Тусклый зеленоватый Уран (видимый блеск 5,8) будет на расстоянии 1°22′ от Марса. Лучше всего наблюдать соединение в бинокль. Через объектив телескопа можно будет рассмотреть планеты только по отдельности, так как расстояние между ними будет слишком велико.

18 августа: сближение Луны и Урана

18 августа в 17:14 по московскому времени (14:14 GMT), Луна и Уран пройдут на расстоянии всего 31’6″ друг от друга. Для объектива телескопа это слишком далеко, поэтому соединение лучше всего будет видно в бинокль. Наблюдатели из некоторых частей Соединенных Штатов и Кирибати также могут увидеть покрытие Урана Луной — планета скроется за нашим естественным спутником. Яркость Урана составит 5,8, а полумесяц будет светить с видимым блеском -11,9. Ищите их в созвездии Овна.

Часто задаваемые вопросы

Какого цвета Уран?

Из-за метана в атмосфере Уран имеет бледный зеленовато-голубой оттенок. Внешне Уран очень похож на Нептун, но у первого более насыщенный зеленый цвет.

Как Уран получил свое название?

Первооткрыватель Урана Уильям Гершель хотел назвать новую планету “Georgium Sidus” (с латыни “Звезда Георга”) в честь короля Георга III; однако это название холодно восприняли за пределами Англии. В итоге немецкий астроном Иоганн Боде предложил назвать планету Ураном в честь древнегреческого бога неба.

Уран — это газовый гигант?

Основной состав Урана — каменные и ледяные частицы, поэтому его называют ледяным гигантом. Сатурн и Юпитер в основном состоят из газа, поэтому они — газовые гиганты.

Интересные факты

• На Уране идет дождь из алмазов. Мощное давление в центре планеты превращает частицы углерода в алмазы.
• На английском название планеты “Uranus” часто произносят неправильно. На Youtube даже есть видео о том, как правильно произнести название этой планеты!
• Уран стал первой планетой обнаруженной с помощью телескопа. Дело в том, что Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн достаточно яркие, чтобы их наблюдать невооруженным глазом.
• Уран — единственная планета, чье название пришло из древнегреческой мифологии. Остальные планеты были названы в честь персонажей из древнеримских мифов.

Теперь вы знаете все самые странные факты об Уране. Если вам понравилась статья, поделитесь ею в социальных сетях. И не забудьте посмотреть наш мультфильм об Уране!

Желаем ясного неба и удачных наблюдений!

Sasapost (Египет): шокирующая правда. Планеты Солнечной системы не вращаются вокруг Солнца!

Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на

https://inosmi.ru/20200804/247857913.html

Sasapost: планеты Солнечной системы не вращаются вокруг Солнца?

Sasapost: планеты Солнечной системы не вращаются вокруг Солнца?

Sasapost: планеты Солнечной системы не вращаются вокруг Солнца?

Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца — это общеизвестный факт, и никому в голову не придет усомниться в данном утверждении. Однако сегодня ученые… | 04.08.2020, ИноСМИ

2020-08-04T02:36

2020-08-04T02:36

2022-01-18T16:12

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn1.inosmi.ru/img/20000/47/200004761_0:52:800:502_1920x0_80_0_0_1ff75ec7eb0c58420c4838079dd8a9ad.jpg

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

2020

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

Новости

ru-RU

https://inosmi.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn1.inosmi.ru/img/20000/47/200004761_131:0:800:502_1920x0_80_0_0_e43e0443f2fffa164a8569229d597f52.jpg

1920

1920

true

ИноСМИ

info@inosmi. ru

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

ИноСМИ

[email protected]

+7 495 645 66 01

ФГУП МИА «Россия сегодня»

наука, такой близкий космос

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ

Читать inosmi.ru в

Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца — это общеизвестный факт, и никому в голову не придет усомниться в данном утверждении. Однако сегодня ученые настаивают на том, что на самом деле все в Солнечной системе вращается вокруг так называемого «центра масс», включая само Солнце! Как это понимать?

Солнце, как известно, является центром Солнечной системы, вокруг которой вращаются восемь планет, карликовые планеты, астероиды, несколько метеоритов и парочка далеких комет. Это то, что мы знаем со школьной скамьи. Можно сказать, что это своего рода неопровержимая истина, поскольку ученые в свое время доказали, что Земля не является центром Вселенной, и что Земля, как и остальные планеты, вращается вокруг Солнца.

Кстати говоря, это чистая правда, но с некоторыми оговорками. На самом деле все в Солнечной системе вращается вокруг так называемого «центра масс Солнечной системы», включая само Солнце. Недавно ученые рассказали об этом в серии видеороликов. Какие секреты они раскрыли?

Вращение вокруг центра масс

Центр масс или барицентр, вокруг которого вращаются различные планеты и небесные тела в нашей Солнечной системе, является точкой, в которой объект идеально сбалансирован, причем вся его масса равномерно распределена по всем сторонам. Кстати говоря, иногда центр масс находится непосредственно в середине объекта.

Например, вы можете легко найти центр масс линейки. Попробуйте положить линейку на палец и выровнять ее так, чтобы она спокойно лежала на пальце и не падала. Таким образом вы найдете место на линейке, благодаря которому сможете удерживать ее всего на одном пальце. Это и есть центр масс или, как его еще называют, центр тяжести.

В нашей Солнечной системе центр масс редко совпадает с центром Солнца. Это означает, что все тела в Солнечной системе не вращаются вокруг центра Солнца. Конечно, планеты вращаются вокруг Солнца, но здесь мы расскажем о точном положении и истинном центре, вокруг которого вращаются все объекты в Солнечной системе.

Чтобы доказать данный факт, планетолог Японского космического агентства JAXA Джеймс О’Донохью создал анимацию, которая показывает, как Солнце, Сатурн и Юпитер играют в «перетягивание каната» вокруг барицентра, в результате чего Солнце начинает двигаться по петлевым мини-орбитам.

В свободное время планетолог создает анимации, которые наглядно демонстрируют, как работают планеты, звезды и скорость света с точки зрения физики. По его словам, естественно думать, что мы вращаемся вокруг центра Солнца, но это очень редко случается, поскольку центр масс Солнечной системы редко совпадает с центром Солнца, а само Солнце вращается на миллионы километров вокруг барицентра, иногда проходя над ним, иногда отклоняясь от него.

Центр масс Солнечной системы не совпадает с центром Солнца

Вопрос следующий: почему центр масс Солнечной системы не совпадает с центром Солнца, хотя абсолютное большинство массы Солнечной системы принадлежит Солнцу? По логике, центр Солнца должен совпадать с барицентром Солнечной системы, потому что подавляющая часть массы Солнечной системы приходится именно на него — 99,8%.

На самом деле во всем виноват Юпитер и его гравитация. Как мы уже ранее говорили, Солнце составляет 99,8% массы Солнечной системы, но Юпитер содержит большую часть оставшихся 0,2%. Эта масса вызывает гравитационное притяжение, мягко оттягивающее Солнце от барицентра Солнечной системы, который как раз должен совпадать с центром Солнца.

Можно сказать, что Солнце немного вращается вокруг Юпитера. Другими словами, утверждение о том, что планеты вращаются вокруг звезд не является непреложной истиной, поскольку планеты и звезды вращаются вокруг их собственного барицентра.

Что такое центр масс?

В астрономии центр масс или барицентр — это центр масс двух или более тел, которые вращаются вокруг друг друга, то есть точка, вокруг которой вращаются эти объекты. Оно является важным понятием в таких областях, как астрономия и астрофизика.

Если одно орбитальное тело больше другого, а их тела расположены относительно близко друг к другу, то барицентр обычно будет находиться в пределах более крупного объекта.

В этом случае вместо двух тел, вращающихся вокруг некой точки между ними, менее массивный объект будет вращаться вокруг более массивного. В то же время можно заметить, что более тяжелое тело будет слегка покачиваться. Также обстоит дело с системой Земля-Луна, поскольку центр масс находится на расстоянии в 4691 км от центра Земли, что составляет всего 75% от радиуса Земли (6378 км).

Земля и Луна исполняют более простой танец, при этом барицентр остается внутри Земли. Кстати говоря, он не соответствуют реальному центру Земли из-за гравитации Луны, которая слегка притягивает Землю.

Когда два тела имеют одинаковую массу, то барицентр, как правило, будет находиться между ними, а оба тела вращаться вокруг него. Так обстоит дело с Плутоном и его спутником Хироном, а также со многими двойными астероидами и звездами. В пределах Солнечной системы подобное явление можно наблюдать среди многих планет и их спутников.

Кстати говоря, Плутон исполняет особый танец со своим спутником Хироном, но есть одно различие, которое состоит в том, что барицентр всегда находится за пределами Плутона.

Когда менее массивный объект находится на большом расстоянии, то барицентр может находиться за пределами более крупного объекта. Так обстоят дела с Юпитером и Солнцем. Несмотря на то, что Солнце в тысячу раз больше Юпитера, барицентр расположен за пределами Солнца из-за относительно большого расстояния между ними.

В конечном итоге каждая планетарная система вращается вокруг невидимой точки, которая находится в центре.

Важность центра масс для ученых

Барицентр иногда помогает астрономам находить скрытые планеты, вращающиеся вокруг других звезд, поскольку очень трудно сразу определить местоположение экзопланет. Как правило, они скрыты ярким светом звезд, вращающихся вокруг центра масс.

Кстати говоря, благодаря колебанию звезд ученые могут установить существование планеты. А изучая барицентры и используя множество других методов, астрономы уже смогли обнаружить множество планет, вращающихся вокруг других звезд.

В астрономии существуют так называемые «барицентрические координаты», то есть координаты точки относительно системы координат, начало которой находится в центре тяжести системы. Международная небесная система координат (ICRS) пользуется системой барицентрических координат, которая фокусируется на центре Солнечной системы, определяя местоположение ее объектов.

Найти двойника Земли: ученый СПбГУ — о поиске экзопланет и теориях рождения Солнечной системы

Роман Владимирович, расскажите, что такое экзопланеты. И какими они бывают?

Экзопланеты — это планеты, которые вращаются не вокруг Солнца, а вокруг других звезд — вне Солнечной системы.

Одними из первых, начиная с 1995 года, стали открывать так называемые горячие юпитеры. Ученые обнаружили целый класс небесных тел, которые по массе близки к нашему Юпитеру, но находятся гораздо ближе к своей звезде — на расстоянии менее 0,1 астрономической единицы. Из-за такого небольшого расстояния их атмосферы нагреваются до огромных температур — порядка 1000 градусов по Кельвину. В Солнечной системе таких планет нет.

Астрономическая единица — исторически сложившаяся единица измерения расстояний в астрономии, которая равняется среднему расстоянию от Земли до Солнца. Например, расстояние от Меркурия (самой близкой планеты к Солнцу) до Солнца — примерно 0,3–0,4 астрономические единицы.

Сначала казалось, что это доминирующий класс экзопланет, потому что другие почти не открывали. Дело в том, что горячие юпитеры было проще обнаружить с той точностью измерительных инструментов, которая существовала на тот момент. Но позже, примерно с 2000 года, когда оборудование стало более совершенным, нашлись более удаленные от своих звезд планеты, в том числе похожие на наш Юпитер. Стало понятно, что класс горячих юпитеров не такой уж и многочисленный.

Кроме того, среди экзопланет существуют горячие земли, которые тоже находятся очень близко к своей звезде, но из-за высокой температуры на них нет и не может быть жизни. Также выделяют классы горячих нептунов, горячих сверхземель.

Почему ученые занимаются поиском новых планет? Что это позволяет понять?

Долгое время исследователи строили теории формирования планетных систем и основывали их на данных только о Солнечной системе. Однако планета Земля довольно особенная — тут возникли мы и другие живые организмы. Судя по всему, во Вселенной это редкость: других таких примеров мы не знаем. Можно было детально изучать нашу планетную систему вплоть до химического состава и истории ее появления, но это не дало бы ответ на вопрос — уникальна ли она или это такой вселенский стандарт?

Первые открытия экзопланет дали дополнительную статистику, которой хватило для разработки новой теории образования планет. Те самые горячие юпитеры сломали существующие представления, поскольку происхождение таких объектов нельзя было объяснить старыми теориями. В нашей планетной системе Юпитер один, он находится на расстоянии примерно пяти астрономических единиц от Солнца, и у него приличная масса. Причем во внутренней области Солнечной системы крутятся только мелкие планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс. А первые открытые экзопланеты — это массивный Юпитер, перенесенный на расстояние в 20 раз ближе, чем Земля к Солнцу. Непонятно, как объяснить их происхождение: так близко от звезды просто не было материала для формирования планеты такой массы.

Поэтому ученые разработали теорию, основанную на планетной миграции. Она предполагает, что планета образовалась далеко от звезды, но в процессе взаимодействия с протопланетным диском постепенно приближалась к звезде и мигрировала в центральные области. Там, где материал из протопланетного диска рассеялся, мы ее сейчас и видим.

Протопланетный диск, или проплид, — это вращающийся вокруг молодой звезды диск плотного газа, из которого впоследствии образуются планеты.

Здесь возникает вопрос: а почему наш Юпитер не мигрировал? Это зависит от параметров протопланетного диска: сколько вещества там было изначально, какие у него вязкость и химический состав. Это махровая математика, гидродинамика, даже магнитная гидродинамика — существует целая научная область, которая это объясняет.

Была также доработана теория формирования планет и без миграции, которая объяснила наличие таких планет именно в центральных областях вокруг звезды, — гравитационная нестабильность протопланетного диска. Открытие экзопланет дало хороший толчок этим исследованиям и образовало целую отрасль астрономии.

Что астрономы могут узнать о характеристиках экзопланеты, находясь так далеко от них — на Земле?

Те планеты, которые вращаются близко к звезде, настолько нагреты, что в инфракрасном диапазоне светятся сами, и этот свет можно зарегистрировать во время того, как они заходят за диск звезды. А когда планета выходит из-за него, то чуть-чуть загрязняет свет звезды. Если мы посмотрим спектр, то увидим, что планета добавит свои линии, которые можно зарегистрировать и интерпретировать. Так мы получаем информацию об общем составе атмосферы планеты. Это полезно, потому что мы знаем, какой химический состав у газовых гигантов Солнечной системы, а у экзопланет могут быть свои существенные отличия. Это тоже отдельная отрасль науки.

Еще одно направление — изучение атмосферной динамики планет. Когда планета заходит за диск звезды, этот эффект также можно зарегистрировать и измерить асимметрию этого явления в инфракрасной области спектра. Это позволяет получить информацию о неравномерном распределению яркости по видимому диску планеты. Ведь звезда нагревает планету неравномерно — в центре (на экваторе) атмосфера всегда нагрета сильнее. Кроме того, планета вращается и за счет разных гидродинамических эффектов там дуют сильные ветра. Это горячее пятно может смещаться и иметь какую-то нетривиальную форму. Таким образом можно получить информацию о гидродинамике и термическом профиле планеты.

Так как видов экзопланет много, они превращаются для нас в экспериментальный котел, своеобразную экспериментальную лабораторию, созданную самой природой.

Какие существуют методы поиска планет?

Способов обнаружения экзопланет несколько. Один из основных — метод лучевых скоростей, или метод Доплера. С помощью наземных телескопов мы можем наблюдать, как звезда за счет гравитационного возмущения от планеты как бы «покачивается». Нам заметно даже не само «покачивание», а колебание лучевой скорости звезды — скорости удаления и приближения объекта к наблюдателю, которую можно измерить спектральными методами. То есть мы находим экзопланету по изменению тонких характеристик света звезды, а точнее, по периодическому смещению спектральных линий за счет эффекта Доплера.

Эффект Доплера, названный в честь австрийского физика Кристиана Доплера, объясняет изменение частоты и длины волн, вызванное перемещением в пространстве их источника и приемника.

Есть еще астрометрический способ, когда ученые также пытаются измерить не спектральные параметры свечения звезды, а ее прямое колебание вокруг общего с планетой центра масс. Это довольно экзотический способ, потому что такой эффект очень трудно зафиксировать. Именно для подобных измерений в 2013 году был запущен космический астрометрический аппарат Gaia. Он уже давно летает и, возможно, в будущем позволит нам открыть множество новых планет. Но на сегодня собранных им данных недостаточно — для таких точных измерений необходим полный объем информации за всю экспедицию, к тому же ее еще предстоит обработать специальными алгоритмами.

Существует также метод микролинзирования — он позволяет открывать планеты, вращающиеся вокруг очень далеких от нас звезд. С Земли скопления таких далеких и тусклых звезд сливаются для нас в Млечный путь. Иногда случается, что две никак друг с другом не связанные звезды находятся на разных расстояниях от Земли, но совершенно случайно оказываются для нас почти на одном луче зрения. В этот момент та звезда, которая ближе, за счет своей гравитации как бы фокусирует свет фоновой звезды на наблюдателя. В этот момент происходит уярчение фоновой звезды на период от нескольких часов до нескольких дней. Если вокруг линзирующей, ближней к нам звезды вращаются планеты, то каждая из них тоже будет играть роль маленькой линзы. На общей кривой уярчения мы увидим аномалии, которые вызывают эти планеты.

Тут необходимо, чтобы все совпало: звезды прошли близко к одному лучу, плоскость орбит планет оказалась ориентированной как надо и сами эти планеты оказались в нужном месте. Так что это очень редкое событие, крайне маловероятное. Все же этот метод был популярен, когда существовал проект OGLE, посвященный поиску микролинзирования в нашей галактике. Тогда было открыто приличное количество планет. Но в нем есть важный недостаток — для одного объекта микролинзирование повторяется всего один раз.

Проект OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) — польско-американский астрономический проект по изучению темной материи при помощи метода гравитационного микролинзирования.

Сейчас один из основных способов обнаружения экзопланет, который конкурирует с методом лучевых скоростей, — метод прохождений или транзитов. Он фотометрический и рассчитан преимущественно на те планеты, которые вращаются близко к звезде. С таким расстоянием возникает вероятность, что плоскость вращения планеты пройдет через Землю и мы будем периодически видеть, как небесное тело проецируется на диск звезды. Планету в данном случае мы по-прежнему не видим, но наблюдаем, как она в повторяющиеся периоды чуть приглушает свет звезды примерно на 1 %. Чтобы это заметить, нужна точная фотометрия, и это проще, чем метод лучевых скоростей. Для доплеровского метода нужно создавать особые высокоточные спектрографы. В случае с методом прохождений такой точности не требуется.

Однако в методе транзитов есть другая проблема: нужно, чтобы орбита планеты оказалась удачно ориентирована на Землю, чтобы эти периодические прохождения случались. Если ее орбита будет видна плашмя, то прохождение просто не удастся заметить. Вероятность такой ориентации плоскости довольно низкая. Если планета далеко от звезды, как Земля от Солнца, то вероятность их обнаружения очень маленькая. Она возрастает, если планета вращается близко к звезде, но все равно остается небольшой.

Каким методом пользуетесь вы в своих исследованиях?

У метода прохождений существует дочерний метод — метод тайминга прохождений. Допустим, есть планета, которая вращается вокруг звезды, и благодаря определенной плоскости своей орбиты она периодически проходит перед диском этой звезды. Если планета одна, то прохождение повторяется с орбитальным периодом планеты. Но если есть еще одна планета, которую мы не видим, она будет гравитационно влиять на первую и возмущать ее движения, из-за чего строгая периодичность будет нарушаться. То есть одно явление прохождения чуть запоздает или опередит предсказанный момент. За счет таких отклонений можно попытаться сделать вывод, что в этой системе есть еще какой-то объект. Исходя из небесно-механических расчетов можно узнать об этом объекте многое, вплоть до построения его орбиты.

Такие отклонения тайминга могут возникать еще и за счет приливного взаимодействия планеты со звездой. Так, со временем планета теряет энергию и по спирали медленно приближается к звезде из-за небольшого расстояния между ними. За счет приливных сил они влияют друг на друга так же, как Луна вызывает приливы на Земле. Планета при этом становится слега сплюснутой, и эта деформация должна постоянно менять направление, чтобы все время смотреть как бы одним боком на звезду. За счет такого эффекта происходит потеря энергии в недрах планеты. Это означает, что скорость вращения небесного тела по орбите постепенно увеличивается. По закону Кеплера чем ближе объект к звезде, тем выше скорость движения должна быть у его спутника. Это микроскопический эффект: например, если говорить о Земле, то на протяжении 10-летнего интервала наблюдений накопленное отклонение тайминга оказывается всего около пары минут.

Подобных планет сегодня известно две: WASP-12 и WASP-4. Последнюю в Южной Америке по нашему запросу наблюдают астрономы-любители в рамках проекта EXPANSION — о нем я расскажу чуть позже. Ее изучение велось одновременно с другим международным коллективом, и вышло так, что они опубликовали результат первыми, потому что увидели эффект ускоряющихся моментов прохождений. Мы были более осторожны и заметили некоторые сложности в интерпретации данных.

Наблюдаемый эффект мог оказаться результатом систематических ошибок, в частности влияния звездных пятен. Если звезда имеет равномерную яркость по всему диску, то прохождение будет иметь красивую гладкую форму — как по учебнику. Но на звездах почти всегда бывают пятна, и может оказаться так, что планета во время своего прохождения возьмет и «чиркнет» поверх этого пятна. Тогда в фотометрической кривой случится аномалия, которая исказит результат. В итоге мы все-таки подтвердили, что был найден эффект ускорения тайминга, но амплитуда систематического ускорения оказалась в два раза меньше, чем заявляла вторая научная группа.

Откуда астрономы получают данные об экзопланетах?

Мой коллега Евгений Соков организует международную сеть телескопов астрономов-любителей, в ней также состоят и профессиональные обсерватории. В сеть входят несколько десятков телескопов, которые проводят регулярные наблюдения прохождений различных экзопланет по всему небу. Сейчас таких планет чуть больше 20, туда же входил и WASP-4. Они давно известны и хорошо описаны, и благодаря проекту мы продолжаем накапливать данные их таймингов.

Этот проект вырос из чешской базы данных Exoplanet Transit Database. Некоторое время там накапливались наблюдения разного качества, среди которых большинство не очень высокого, потому что ими занимались любители. Такие данные надо тщательно отбирать и вычленять только те объекты, у которых они более-менее приличные. На основе этой базы Евгений создал проект EXPANSION и объединил людей, которые регулярно готовы вести наблюдения за экзопланетами.

Еще мы работаем в сотрудничестве со Специальной астрофизической обсерваторией РАН. Там недавно ввели в строй новый спектрограф с необходимым уровнем точности, благодаря которому можно проводить наблюдения методом лучевых скоростей.

Как вы думаете, есть ли шанс найти двойника Земли?

Конечно, астрономы всего мира хотели бы открыть такую планету. Это острие развития области экзопланетной науки — именно в данном направлении ведутся самые интенсивные разработки. Но задача непростая: нужно найти планету, которая одновременно и по массе, и по расстоянию к звезде должна быть как Земля. Какой интерес найти раскаленную Землю, где ничего живого быть не может?

На сегодня полный аналог Земли до сих пор не найден. Однако встречаются похожие планеты около красных карликов — маломассивных звезд. Во-первых, за счет небольшой массы такие звезды более чувствительны к возмущениям планет, поэтому около них просто проще открывать экзопланеты меньшей массы. Во-вторых, у красных карликов зона жизни находится ближе к звезде, потому что они светят слабее Солнца. Их экзопланеты могут вращаться ближе к звезде, не раскаляясь, как горячие юпитеры.

Зона обитаемости, зона жизни — это область вокруг звезды с наиболее благоприятными условиями для жизни земного типа.

Чтобы попытаться найти полный аналог Земли, нужно иметь очень точный спектрограф — с точностью измерения лучевой скорости 10 сантиметров в секунду. Лучший спектрограф, который сегодня существует, позволяет добиться точности лишь 30 сантиметров в секунду. Поэтому поиск двойников Земли — это во многом большой вызов для инженеров. Подобным инструментам необходима сверхвысокая стабильность — для этого они помещаются в специальный защитный кожух, где поддерживаются постоянное давление и температура.

Высокоточные приборы — это еще не все. Важно помнить, что в фотосфере звезды существуют пятна и другие нестабильные явления, например факелы, грануляции и так далее. Грубо говоря, поверхность звезды бурлит, что вызывает дополнительный шум и искажения в измеряемой лучевой скорости. Как физический объект лучевая скорость звезды от этого не меняется, но мы же измеряем ее не непосредственно, а с помощью спектрографа на основе эффекта Доплера. А спектры звезды относятся именно к ее внешней нестабильной оболочке. Причем эта нестабильность имеет порядок одного метра в секунду.

Словом, чтобы минимизировать естественный астрофизический шум звезды, нужно создавать специальные алгоритмы, которые его будут обрабатывать и фильтровать. Только так можно достичь необходимой точности, которая позволит открыть планету земного типа. Несмотря на сложности, думаю, рано или поздно это обязательно случится.

Ученые объявили об открытии девятой планеты

Ученые огорошили мир открытием, которого не ждали — указанием на девятую планету в Солнечной системе. «Газета.Ru» пообщалась с нашим соотечественником, автором открытия, ныне работающим в США.

Двое американских астрономов, один из которых — выходец из России, во вторник огорошили научный мир после того, как СМИ облетела сенсационная новость: на окраинах Солнечной системы ими обнаружена девятая планета! Первым новость об этом опубликовал Калифорнийский технологический университет, где работают оба ученых – Константин Батыгин и Майк Браун, позднее – авторитетные научные журналы Science и Nature.

«Она будет настоящей девятой планетой. С древних времен было найдено всего две действительных планеты, и эта станет третьей. Это весомая часть нашей Солнечной системы, которая оставалась не найденной, и это восхитительно», — считает Браун.

Попал в Венеру со второго раза

Промахнувшийся в 2010 году японский научный зонд попал в Венеру со второго раза. Это дало ученым повторный…

07 декабря 14:20

Сообщается, что планета найдена путем математического анализа возмущений, которые испытывают множество ледяных тел из так называемого Пояса Койпера – огромной области пространства за орбитой Плутона. Расчеты показали, что планета вращается вокруг Солнца на расстоянии 20 орбит Нептуна, масса ее в 10 раз больше массы Земли.

В силу такой удаленности от Солнца планета не видна и делает полный оборот вокруг Солнца за 10–20 тыс. лет.

«Хотя изначально мы скептически относились к тому, что эта планета может существовать, по мере того, как мы продолжали исследовать ее орбиту, мы становились все более уверены в том, что она там действительно есть», — сказал Батыгин.

Тайна девятой планеты

Ученые заявили о существовании девятой планеты в Солнечной системе. Инфографика…

01 июля 18:24

Рассчитанная масса объекта не оставляет сомнений в том, что ее с полной уверенностью можно отнести к планете, ведь она в 5 тыс. раз тяжелее Плутона! В отличие от огромного числа мелких объектов Солнечной системы, например карликовых планет, девятая планета гравитационно доминирует в протяженной области Пояса Койпера, где она вращается. Более того, эта область куда больше и пространства, в которых доминируют и все остальные, известные планеты Солнечной системы.

Это, по выражению Брауна, делает ее «самой планетной из планет Солнечной системы».

close

100%

Работа ученых, которая, возможно, станет эпохальной, под названием «Evidence for a Distant Giant Planet in the Solar System» опубликована в журнале Astronomical Journal. В ней авторы находят объяснение множеству ранее обнаруженных особенностей в движении ледяных тел Пояса Койпера.

Поиски планеты начались в 2014 году, когда бывший студент Брауна опубликовал статью, утверждавшую, что 13 из наиболее удаленных объектов Пояса Койпера имеют схожие странности в своем движении. Тогда и была предложена версия существования рядом небольшой планеты. Браун тогда не поддержал эту версию, однако продолжил вычисления. Вместе с Батыгиным они начали полуторагодовой проект по изучению орбит этих тел.

close

100%

Довольно скоро Батыгин и Браун осознали, что орбиты шести из указанных объектов проходят близко к одной и той же области пространства, несмотря на то что все орбиты разные. «Как если бы вы взглянули на шесть часов на шести руках, которые идут с разной скоростью, и в этот момент они показали бы одинаковое время. Вероятность этого – порядка 1/100», — поясняет Браун. Кроме того, оказалось, что орбиты всех шести тел наклонены под углом 30 градусов к плоскости эклиптики. «Вообще-то такое не могло быть случайным. Так что мы стали искать то, что сформировало эти орбиты», — пояснил астроном.

Почти случайно ученые обратили внимание, что если в расчеты поместить тяжелую планету,

чей перигелий отстоит от перигелия этих шести тел на 180 градусов (то есть между ними само Солнце), то ее возмущения как раз и объяснят наблюдаемую картину.

«Здоровой реакцией было – такая геометрия невозможна, орбиты не могут быть устойчивыми долго, потому что в конце концов это приведет к столкновению объектов», — считает Батыгин. Однако механизм, известный в небесной механике как резонансы средних движений, не позволяет этому случиться: объекты, сближаясь, обмениваются энергией и разлетаются.

«В Солнечной системе еще много неизвестного»

Какие загадки таит в себе современная астрофизика, зачем гуманитариям изучать высшую математику и как…

08 января 17:43

На каждые четыре оборота девятой планеты приходится девять оборотов тех самых объектов, и они никогда не сталкиваются. Как часто бывает в астрономии, гипотеза подтвердилась, когда подтвердилось предсказанное ею предположение. Оказалось, что транснептуновый объект Седна, открытый в 2003 году Брауном, Трухильо и Рабиновицем, и еще один похожий объект 2012 VP113 действительно слегка отклоняют свои орбиты там, где это предсказано. Но главное предположение, которые сбылось, – существование благодаря тяжелой планете в Поясе Койпера объектов, плоскость вращения которых вовсе перпендикулярна плоскости Солнечной системы.

Выяснилось, что за последние три года астрономами были найдены как минимум четыре таких объекта, чьи орбиты соответствуют предсказаниям.

Откуда взялась спрятавшаяся в глубинах Пояса Койпера планета? Ученые считают, что изначально в Солнечной системе были четыре ядра, сформировавших Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. «Однако их могло быть и пять», — считает Браун. Эта пятая протопланета, подойдя слишком близко к Юпитеру или Сатурну, могла быть выброшена на далекую эксцентрическую орбиту.

В поисках метеорита

О том, почему метеориты лучше всего искать в Антарктиде и в пустыне, кто финансирует поиск внеземных веществ и…

20 января 15:40

По словам ученых, если сейчас планета близка к своему перигелию, поискать ее можно в прошлых обзорах неба. Если успела удалиться, поймать ее могут телескопы типа 10-метровых инструментов в обсерватории Кека,

ведь планета никогда не приближается к Солнцу на расстояние, ближе чем 200 орбит Земли.

Среди ученых нет единого мнения по поводу открытия. Алессандро Морбиделли, специалист по динамике тел из Ниццы, уверен, что эта планета существует. Но так думают не все. «Я видел много, много подобных заявлений за свою карьеру. И все они оказались ошибочными», — считает Хал Левисон, планетолог из Института в Боулдере (Колорадо).

До 2009 года девятой планетой Солнечной системы считался Плутон, открытый в 1930 году Клайдом Томбо также благодаря анализу создаваемых им возмущений. Плутон был разжалован в карликовые планеты решением Международного астрономического союза. Недавно некоторые астрономы создали движение по возвращению ему статуса планеты после открытий, сделанных зондом New Horizons.
Одно из первых интервью Константин Батыгин дал корреспонденту «Газеты.Ru».

— Константин, поиск тел в Поясе Койпера — не очень популярная тема среди астрономов, сколько людей этим занимается?
— В мире найдется чуть более ста человек, я думаю. Оказалось, что самые дальние объекты в Солнечной системе, в физическом пространстве смотрят в одну и ту же сторону. И единственная теоретически правильная модель, которую мы смогли сконструировать – та, где их орбиты держатся гравитацией одной планеты.

— Каковы перспективы найти планету при помощи телескопов?
— Думаю, это реально сделать в ближайшие два-пять лет. Для этого нужно знание орбиты и достаточно времени наблюдательного времени на телескопах. Знание орбиты – то, чем мы занимались в данной статье. Чтобы ее найти, надо знать, куда смотреть. На данный момент мы знаем лишь самую близкую ее часть.

— Знаю, что вы родились в Москве. Как вы оказались в США?
— Мы жили в России до 1994 года, в Москве я закончил 1 класс. Переехали в Японию, там жили шесть лет, там я учился с 3 по 6 класс, а второй класс пропустил, так как был слишком высоким. Потом учился в русской школе при посольстве в Токио. В 1999 году переехали в Калифорнию, где я закончил высшую школу, университет и аспирантуру в Калтехе.

— Удачи, надеемся, что ваше открытие подтвердится, и мы увидим вашу фамилию в учебниках!
— Спасибо.

Почему ретроградный Меркурий обвиняют в земных несчастьях | Статьи | 31.05.2022

31 мая 2022, 12:16

Впрочем, астрономы не обращают внимания на ретроградность той или иной планеты.

Фото: © Global Look Press/Cover Images/Keystone Press Agency

Читать ren. tv в

Любая планета Солнечной системы может быть ретроградной. Почему все внимание досталось самой ближайшей к звезде? Ответ простой: орбита Меркурия короче, чем, скажем, у Марса, поэтому его ретроградность случается гораздо чаще, три-четыре раза в году. И именно поэтому она так заметна — мелкими нарушениями, задержками, сбоями и ошибками.

Астрономы не обращают на ретроградность никакого внимания. Почему все остальные боятся ретроградного Меркурия? И почему астрологи не советуют в этот период ходить на свидания и покупать автомобиль?

Что значит «ретроградный»

Ретроградным (от лат. retrogradus – «движущийся назад») называется движение планеты на небе с востока на запад, противоположное прямому движению. День за днем, вслед за обращением Земли вокруг Солнца, планеты движутся в том же направлении, что и Солнце – с запада на восток. Астрономы называют такое движение прямым.

Когда же планета находится в ретроградной позиции, с Земли кажется, будто она перемещается в обратном направлении, или «пятится» с востока на запад. Однако это — оптическая иллюзия, которая возникает из-за того, что планеты движутся на разном от Солнца расстоянии и с разной скоростью.

Игра с перспективой

Меркурий — самая близкая к Солнцу планета, и она обращается  вокруг звезды всего за 88 дней. Это намного выше скорости Земли. Ретроградное движение Меркурия связано с тем, что существует разница скоростей наблюдателей, которые находятся на Земле, и этой планеты.

Фото: © TASS/David Becker/ZUMA

Чтобы представить это наглядно, вообразите, что вы едете по шоссе на автомобиле и впереди движется машина в ту же самую сторону. Вы догоняете ее, и в тот момент, когда вы начинаете ее обгонять, вам кажется, что она едет назад. Это происходит из-за разницы скоростей автомобилей в вашу пользу. Какой-то непродолжительный период времени вам будет казаться, что машина продолжает ехать назад, но когда вы уедете далеко вперед, вы увидите, что она движется в том же направлении, что и вы.

С планетой в момент ретроградности ничего не происходит. Та машина на шоссе как ехала, так и едет. Она не меняла скорости, но вы ее обгоняете, и с вашей точки зрения — подвижного наблюдателя — машина поехала в другую сторону. Астрономы отмечают, что ретроградный Меркурий — явление, которое для них не имеет большого значения, в отличие от астрологов. Они понимают, что координаты планеты стали изменяться в другую сторону, но это, как и движение планет, никакого влияния на человеческую жизнь не оказывает. Это помогает ученым лучше узнать небесную механику и изучить движение той или иной планеты.

Фото: © Global Look Press/Ferrari/ZUMAPRESS.com

Ретроградность планет в астрономии

В астрономии под под ретроградным понимается движение, которое противоположно вращению объекта, являющегося центром системы. Ретроградное движение может быть при вращении тела вокруг своей оси или при вращении одного тела вокруг другого по орбите. По словам ученых, первое явление имеет место в Солнечной системе, а второе теоретически тоже может существовать в других галактиках.

«Большинство планет Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в том же направлении, в котором обращаются вокруг Солнца. Есть два исключения — это Венера, которая вращается вокруг своей оси в обратную сторону, и Уран, у которого ось вращения практически располагается в плоскости его орбиты. Он вращается, лежа на боку, и формально тоже имеет ретроградное осевое вращение», — сказал в интервью «АиФ» доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики звездных систем Института астрономии РАН Олег Малков.

Объектами, которые вращаются в прямом направлении, считаются те, у которых угол наклона оси вращения составляет менее 90°. Если он больше этого показателя, тело считается вращающимся по ретроградной орбите. Наклон оси вращения Венеры составляет 177°, а Урана — 97°.

Фото: © Global Look Press/Xinhua

Нестандартная система

Планеты Солнечной системы обращаются по орбитам вокруг Солнца в том же направлении, в котором вращается само Солнце. Но, по словам ученых, можно гипотетически представить планетную систему, в которой большинство планет обращается вокруг центрального светила в одном направлении, а какая-то одна или две — движутся в другом направлении.

Впрочем, считают астрономы, такую планетарную систему очень трудно организовать.

«Дело в том, что подобная система — это в прошлом протопланетное облако. Когда-то вокруг нашего Солнца обращался тяжелый диск пыли, газа и тяжелых элементов, и из этого диска стали, как снежные комья, «слепливаться» сферы. Диск вращался в одну сторону, поэтому планеты стали вращаться в ту же самую сторону. Если мы встретим планету с ретроградным движением по орбите, можно предположить, что она своим образованием обязана какому-то другому механизму. Например, она могла быть сбита со своей орбиты, встретившись с каким-то телом, или даже прилетела из другой звездной системы», — уточнил Олег Малков.

«Опасная» планета

Убежденность людей в том, что Меркурий может оказывать какое-то негативное воздействие на нашу жизнь, появилось не сегодня. Впервые ретроградность планеты зафиксировали в середине XVIII века. Упоминания о ней встречаются в британских сельскохозяйственных журналах того времени: уже тогда фермеры планировали посев и сбор урожая в соответствии с астрономическими явлениями.

Следующий астрологический ажиотаж случился в конце XIX века. Тогда в британском обществе вошло в моду связывать происходящее в природе, обществе и даже политике с движением и положением планет. Именно в популярных научных журналах того времени — The Astrologer’s Magazine и The Science of the Stars — ретроградный Меркурий впервые обвинили во вполне себе «земном» несчастье: продолжительных проливных дождях.

Пристрастие к астрологии сохранилось и в XX веке, возник интерес к гороскопам, которые печатались почти в каждой газете и глянцевом журнале. А в последние десять лет произошел настоящий бум интереса к ретроградному Меркурию: с 2010 года количество google-запросов «Mercury retrograde» выросло в США в четыре раза, а в России — в десять.

Фото: © РИА Новости/Владимир Астапкович

Иллюзии и реальность

Потерял бумажник, опоздал на самолет, не подписал договор, забыл о встрече — в период ретроградного Меркурия всё это принято сваливать на него. Раз в римской мифологии быстроногий бог отвечал за торговлю, финансовое благополучие и коммуникацию, то у прорицателей соответствующая планета стала виновна во всех неурядицах, связанных с этими областями жизни.

Как правило, астрологи в этот период не рекомендуют начинать новые дела, подписывать контракты, просят быть осторожнее с техникой, не совершать крупных покупок  и даже не ходить на свидания — по их мнению, проблемы, возникшие в процессе общения, не приведут ни к чему хорошему.

Психологи же утверждают, что самое главное — не настраивать себя на негатив. Просто во время ретроградного Меркурия нужно быть внимательнее, осторожнее и обдумывать важные решения по нескольку раз. Впрочем, такие советы подходят не только в этот период, но и вообще по жизни.

Какие еще планеты будут ретроградными в 2022 году:

• Сатурн: 4 июня — 22 октября
• Нептун: 28 июня — 3 декабря
• Юпитер: 28 июля — 23 ноября
• Уран: 24 августа — 22 января 2023 года
• Марс: 30 октября — 12 января 2023 года

СОЛНЕЧНАЯ СЕМЕЙКА | Наука и жизнь

Вы уже знаете, что солнечная система сформировалась приблизительно 5 миллиардов лет назад в результате сжатия газово-пылевого облака (см. «Наука и жизнь» № 3, 2008 г.). размеры её весьма внушительны: диаметр орбиты самой дальней карликовой планеты Плутон составляет 15 триллионов километров, световой луч преодолевает их за 11 часов. между тем солнечная система составляет лишь очень малую часть нашей Галактики — млечного Пути, чей диаметр около 100 тысяч световых лет. мы, земляне, живём практически на полпути от центра Галактики до её края — 27 тысяч световых лет в обе стороны.Cолнце — единственная звезда и центральное тело солнечной системы — вращается вокруг галактического центра со скоростью 220 км/с и совершает полный оборот за 226 миллионов лет — таков для нас галактический год. По сравнению с земным годом (365 дней) размеры Галактики представляются просто грандиозными.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Смена времён года происходит на Земле во время движения планеты вокруг Солнца.

Жизненный цикл Солнца.

Внутреннее строение Солнца.

‹

›

Открыть в полном размере

Гелиоцентрическая система Коперника

Солнце по-гречески называется Гелиос. Греки считали, что Гелиос живёт на востоке в прекрасном дворце, окружённом временами года — летом, зимой, весной и осенью. Когда утром Гелиос выезжает из своего дворца, звёзды гаснут, ночь сменяется днём. Звёзды вновь появляются на небе, когда вечером Гелиос исчезает на западе, где он пересаживается из колесницы в прекрасную лодку и переплывает море к месту восхода.

В Древней Руси тоже поклонялись богу Солнца. Его называли Ярило и в честь него каждый год весной устраивали празднества и гулянья.

На протяжении очень долгого времени люди считали, что в центре Вселенной покоится неподвижная Земля, а вокруг неё движутся все небесные тела, включая Солнце. (Такая модель называется геоцентрической: греческое слово «geo» означает «Земля».) У астрономов возникала масса трудностей в изучении движения звёзд и планет. Получалось, что они движутся по замысловатым траекториям, выделывая сложные петли и зигзаги. Но вот наконец в XVI веке польский астроном Николай Коперник разработал гелиоцентрическую систему мира. В её основе лежали следующие утверждения:

• в центре мира находится не Земля, а Солнце;

• Земля вращается вокруг своей оси;

• Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности.

С открытием Коперника всё встало на свои места: стало понятно, как движутся планеты вокруг Солнца, и нашло объяснение видимое движение Солнца среди звёзд.

Солнце удерживает своим притяжением планеты и их спутники, астероиды, метеориты и прочие тела, которые вращаются вокруг него в одном направлении по эллиптическим орбитам. Самой большой угловой скоростью обладает ближайшая к Солнцу планета Меркурий — она совершает полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток; самая удалённая планета Нептун — за 165 лет. Между ними расположились Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и Уран.

Плутон, открытый в 1930 году, считался планетой до 24 августа 2006 года. В тот день на основании результатов по-следних исследований Международный астрономический союз лишил его этого статуса.

Почему Солнце всходит и заходит?

Земля — третья планета Солнечной системы — совершает полный оборот вокруг Солнца, как известно, за 365 дней. Два раза в году — 21 марта и 23 сентября — Солнце восходит точно на востоке и заходит точно на западе, а день равен ночи (ровно по 12 часов). 21 марта называется днём весеннего равноденствия (начало астрономической весны). 23 сентября — день осеннего равноденствия (начало астрономической осени).

А когда же начинаются астрономические зима и лето? Зима — 22 декабря (самый короткий день зимнего солнцестояния), а лето — 22 июня (самый длинный день летнего солнцестояния). В эти дни Солнце, конечно, не восходит точно на востоке и не заходит точно на западе. Оно появляется летом на северо-востоке, а зимой — на юго-востоке; заходит летом — на северо-западе, а зимой — на юго-западе. Так Солнце прогуливается по небу каждый день на протяжении нескольких миллиардов лет!

Гномон и световая астрономическая линейка

Первым астрономическим инструментом для наблюдений за Солнцем была обыкновенная палка. Ею пользовались когда-то древние астрономы. Палка — инструмент, конечно, очень простой, но если воткнуть её вертикально в землю, то можно наблюдать за тенью, которую она отбрасывает, когда освещается Солнцем. В астрономии её называют «гномон». Чем выше поднимается Солнце, тем короче тень от гномона. Самая короткая тень бывает в полдень, когда Солнце находится на юге, в наиболее высокой точке своего пути.

Люди придумали разные способы, с помощью которых можно определить расстояние до небесных тел — Луны, Солнца, звёзд. Для этого потребовались и математика, и очень точные измерительные приборы, и многое другое. Но самым главным помощником в определении расстояния до звёзд и планет стал световой луч. Проворнее луча нет ничего, только он может за одну секунду пролететь целых 300 тысяч километров. Например, световой луч от Солнца достигает Земли за 8 минут 20 секунд и пролетает за это время почти 150 миллионов километров — именно на таком расстоянии от Солнца находится наша Земля.

Вообразить себе 150 миллионов километров очень трудно, в обычной жизни людям с такими расстояниями не приходится иметь дело. Если человек отправляется из Москвы в Санкт-Петербург, ему предстоит проехать или пролететь всего около 700 километров. Тысячи километров отделяют Москву от Владивостока. Десятки тысяч километров потребуется преодолеть, чтобы совершить кругосветное путешествие. Конечно, быстрее всех Землю облетали космонавты. Например, Юрий Алексеевич Гагарин — первый в мире космонавт — облетел Землю за 108 минут с первой космической скоростью — 8 км/с. А до Солнца даже при второй космической скорости — 11,2 км/с — пришлось бы лететь несколько месяцев.

Когда люди узнали, на каком расстоянии от Земли находится Солнце, они поняли, что оно очень большое. С чем же сравнить Солнце, чтобы понять, как оно велико? Наверное, лучше всего — с Землёй, на которой мы живём. Попробуем вообразить себе большущий пустой шар такой величины, как Солнце, и много «маленьких» шариков размером с Землю. Сколько же «маленьких» шариков поместится в одном большом? Оказывается, 1 миллион 300 тысяч! Диаметр Земли — 12 756,2 километра, а Солнца — в 109 тысяч раз больше. В Солнце сосредоточено около 99,8 процента массы всех тел Солнечной системы, вместе взятых, — это приблизительно 2 • 10²⁷ тонн.

Почему Солнце светит и греет?

Мы бы не могли существовать, если бы Солнце вдруг перестало светить и греть. На Земле стало бы так холодно, что замёрзла бы не только вода в реках, морях и океанах, но даже и воздух, которым дышат люди, животные и растения. Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле, влияет на погоду и климат, участвует в фотосинтезе.

А светит и греет Солнце потому, что оно очень горячее: у поверхности — почти 6 тысяч градусов, а в центре — 15 миллионов градусов. При такой температуре железо и другие металлы не просто плавятся, а превращаются в раскалённые газы. Значит, Солнце — огромный, массивный шар, состоящий из раскалённого газа. На самом деле на Солнце не могут существовать даже крохотные частички — атомы, из которых вообще состоит всё живое и неживое в природе. Атомы, очень прочные на Земле, на Солнце расщепляются на ещё более мелкие частицы. Каждую секунду в энергию превращается 4,26 миллиона тонн солнечного вещества, но это ничтожное количество по сравнению с массой Солнца. Даже на огромном расстоянии Солнце может растопить льды, поднять температуру воды в реках и морях, согреть или остудить Землю — оно может всё!

Солнце обладает сильнейшим магнитным полем. Изменение магнитного поля — его называют солнечной активностью — вызывает разные эффекты: солнечные пятна, вспышки, солнечный ветер, выбросы в виде протуберанцев — гигантских фонтанов раскалённого газа, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем. Протуберанцы могут достигать в высоту 600 тысяч километров — это примерно в 50 раз больше диаметра Земли, а в ширину — 20 тысяч километров. Таким образом, объём среднего протуберанца в 100 раз больше объёма Земли, но, так как он состоит из разреженных газов, его масса очень мала.

Временами на поверхности Солнца появляются пятна. Их так и называют — «солнечные пятна». Они состоят из газа, но не такого горячего, как само светило. Температура Солнца у поверхности, если вы помните, 6 тысяч градусов, в пятнах —4 или 5 тысяч градусов. Оттого что пятна холоднее, мы видим их более тёмными. Сейчас известно, что пятна — области выхода в атмосферу наиболее сильных магнитных полей.

Ещё у нашего светила есть солнечная корона — внешний слой солнечной атмосферы. Корона состоит из поднимающегося из глубин Солнца раскалённого газа и плазмы и является источником сильного радиоизлучения. Из-за хаотичного изменения плотности, температуры и скорости выбрасываемого вещества возникают ударные волны. Структура короны постоянно меняется. Астрономы в специальные солнечные телескопы наблюдают, как под действием магнитного поля в короне возникают очень красивые фигуры — их называют «лучи», «перья», «опахала», «арки», «петли». Только не пытайтесь смотреть на Солнце в простой бинокль или телескоп — можно ослепнуть. На солнечных телескопах — их называют «внезатменные коронографы» — стоят специальные фильтры, смотреть в них неопасно.

Вокруг солнечной короны «дует» солнечный ветер. Он представляет собой поток ионизированных частиц, в основном гелиево-водородной плазмы, истекающий из короны со скоростью более 1000 км/с в окружающее космическое пространство. Такие нешуточные «бури» и «тайфуны» бушуют вокруг Солнца, не затихая ни на минуту. С солнечным ветром связано много природных явлений на Земле — это, например, полярные сияния и магнитные бури, заставляющие стрелку компаса беспорядочно колебаться.

Каким же образом внутри Солнца всё время поддерживается температура в миллионы градусов? Это очень сложный и важный вопрос, над которым долго размышляли многие астрономы и физики. Сейчас почти все они не сомневаются в том, что в центральной части Солнца идут термоядерные реакции, в результате которых водород превращается в гелий. Причём плотность вещества там в 150 раз больше плотности воды и в 7 раз больше плотности самого тяжёлого металла на Земле — осмия. Такой необыкновенный «костёр» пылает внутри Солнца миллиарды лет и будет пылать ещё по крайней мере столько же. И пока он там пылает, Солнце будет посылать свет и тепло каждому из нас и всему живому на Земле.

Все ли планеты вращаются в плоской плоскости вокруг своих солнц? | Космос

ALMA получил несколько удивительных изображений протопланетных дисков вокруг молодых звезд, таких как это для звезды HL Tau. Вы можете увидеть несколько колец и пробелов. Предположительно, внутри колец формируются планеты, а промежутки образуются по мере того, как планеты очищают свои орбиты от пыли и газа. Изображение через NRAO. Лунные календари

EarthSky — это круто! Они делают отличные подарки. Заказать сейчас. Идем быстро!

Первые наблюдатели за звездами заметили, что яркие планеты в нашем небе движутся по тому же пути, более или менее, что солнце и луна. Мы называем этот небесный путь зодиаком. Сегодня мы знаем, что эта небесная траектория — этот зодиак — является результатом того факта, что планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг нашего Солнца более или менее в одной плоскости. Но сегодня мы также знаем тысячи других планет, называемых экзопланетами, вращающихся вокруг далеких звезд. Они также вращаются более или менее в одной плоскости вокруг своих солнц? Если бы вы стояли на поверхности экзопланеты (при условии, что у нее есть твердая поверхность, на которой можно стоять), увидели бы вы также, что планеты этой системы пересекают небо примерно по тому же пути, что и местная звезда?

Ответ и да… и нет. Продолжай читать.

Вот да часть ответа, начиная с другого астрономического определения; плоскость Земля-Солнце называется эклиптикой. Большинство крупных планет в нашей Солнечной системе находятся в пределах 3 градусов от эклиптики. Меркурий является исключением; его орбита наклонена к эклиптике на 7 градусов. Карликовая планета Плутон является широко известным исключением из этого правила. Его орбита наклонена к эклиптике более чем на 17 градусов.

Вполне логично, что большинство больших планет в нашей Солнечной системе находятся вблизи плоскости эклиптики. Считается, что нашей Солнечной системе около 4,5 миллиарда лет. Считается, что он возник из аморфного облака газа и пыли в космосе. Первоначальное облако вращалось, и это вращение заставило его сплющиться в форме диска. Считается, что Солнце и планеты образовались из этого диска, поэтому и сегодня планеты все еще вращаются в одной плоскости вокруг нашего Солнца.

Рисунок, изображающий плоскую плоскость нашей Солнечной системы. Не в масштабе! Подробнее: Тренируйте свой мозг — посмотрите на форму Солнечной системы Дэниела Каммингса.

По мнению астрономов, далекие звезды и планеты также образуются из вращающихся облаков газа и пыли в космосе. В последние годы астрономы получили изображения некоторых протопланетных дисков — новых солнечных систем в процессе формирования — плюс они видят далекие, уже сформировавшиеся солнечные системы, чьи планеты вращаются, как и наша, более или менее в одной плоскости.

Да, в этих мирах планеты пересекают небо по пути, подобному нашему зодиаку, по тому же пути, по которому движется местная звезда.

С другой стороны, кажется, астрономы недавно узнали, что не все диски, формирующие планеты, лежат в плоскости экваторов своих звезд, как это должно быть в нашей Солнечной системе. В начале 2019 года астрономы объявили о недавно открытой двойной звездной системе, в которой планетарный диск каким-то образом поднялся над ожидаемой экваториальной плоскостью и теперь кажется ориентированным над плоскостью полюсов звезд.

В этой системе и вид неба, и времена года были бы совсем другими. Подробнее: Двойная звезда переворачивает образующий планету диск в положение полюса

Итак, как всегда, Природа проявляет себя разнообразной и изменчивой.

Художественная концепция вида двойной звездной системы и окружающего ее планетарного диска, ориентированного на полюса. Изображение предоставлено Уорикским университетом/Марком Гарликом. Читать далее.

Между прочим, одно из чудес природы состоит в том, что наша Вселенная населена множеством дисковоподобных структур.

Наша солнечная система — одна из них. Другим примером являются далекие протопланетные диски и звезды, о которых уже известно, что у них есть собственные далекие солнечные системы. Как и наша галактика Млечный Путь. И вы найдете диски во многих других местах в космосе — например, в кольцах Сатурна и других планет. В своей статье для Ask An Astronomer Дейв Корнрайх предлагает физику, лежащую в основе присутствия такого количества дисков в космосе:

Кольца и диски широко распространены в астрономии. Когда облако схлопывается, закон сохранения углового момента усиливает любое начальное крошечное вращение облака. По мере того как облако вращается все быстрее и быстрее, оно схлопывается в диск, что является максимальным балансом между гравитационным коллапсом и центробежной силой, создаваемой быстрым вращением.

Результатом являются компланарные планеты, тонкие диски спиральных галактик и аккреционные диски вокруг черных дыр.

В нашей Солнечной системе вращаются не только планеты. Наша галактика Млечный Путь тоже лежит в плоской плоскости. Вот почему мы видим Млечный Путь как звездную дорожку на нашем небе. Изображение предоставлено Русланом Мерзляковым из RMS Photography. Он называет это «Ловец звезд». Подробнее об этом изображении.

Итог: Из-за того, как формируются звезды и планеты, большинство планетных систем, вероятно, начинаются с плоских дисков вокруг своих звезд, вращающихся по орбитам более или менее в той же плоскости, что и экваторы их звезд. Но мы еще не знаем, что происходит с этими дисками, и мы знаем по крайней мере один пример, когда планетарный диск перевернулся вверх, чтобы сориентироваться над полюсами своих звезд.

Редакторы EarthSky

Просмотр статей

Об авторе:

Команда EarthSky с удовольствием приносит вам ежедневные новости о космосе и мире. Мы любим ваши фотографии и приветствуем ваши советы новостей. Земля, Космос, Мир людей, Сегодня вечером.

Луна вращается? | Живая наука

Различные фазы Луны, как видно с Земли.
(Изображение предоставлено: Яорушэн через Getty Images)

Каждые 24 часа поверхность Земли купается во тьме и солнечном свете, так как планета завершает один день. Восход и закат происходят как часы, как Земля постоянно вращается вокруг своей оси. А как насчет спутника Земли, луны — она тоже вращается?

Ответ: да, Луна вращается, но гораздо медленнее, чем Земля. По данным НАСА, «лунный день» составляет около 29,53 земных дня. Другими словами, в то время как Земля совершает один оборот за 24 часа, Луна восходит примерно каждые 709 часов.

Как и у многих небесных тел, вращательное движение Луны может быть остатком от ее создания. Одна из теорий, называемая гипотезой гигантского удара, предполагает, что около 4,5 миллиардов лет назад тело размером примерно с Марс врезалось во все еще развивающуюся Землю.0047 согласно НАСА . Этот теоретический объект известен как Тейя, и тепло от удара Тейи, возможно, создало океаны магмы, расплавив земную кору, и заставило Землю выбросить вращающиеся испаренные частицы в космос.

Родственный: Сколько времени потребуется, чтобы обойти Луну?

Согласно гипотезе гигантского столкновения, эти облака пыли и газа вращались от силы первоначального столкновения. В конце концов, эти закрученные частицы соединились, потому что масса притягивает массу, и когда газ сконденсировался, она на самом деле стал быстрее крутиться . Представьте себе фигуриста, который сгибает руки во время вращения на льду. Масса конькобежца более компактна ближе к их середине, поэтому конькобежец ускоряется. Это связано с тем, что их угловой момент сохраняется — произведение силы вращения, необходимой для вращения объекта, или момента инерции, и угловой скорости. Другими словами, требуется больше силы, чтобы повернуть объект дальше от центра тяжести. Так, если руки фигуриста вытянуты, они вращаются медленнее, а когда они меняются, сводя их, они вращаются быстрее.

Луна сохранила свой угловой момент с момента первоначального столкновения миллиарды лет назад. «Два вращающихся тела столкнулись друг с другом, и законы физики говорят нам, что образовавшееся массивное пылевое облако продолжит вращаться. В конце концов, это вращающееся пылевое облако сконденсировалось, чтобы сформировать вращающуюся луну», — сказал Даниэль Мориарти, лунный геолог из NASA Goddard. Центр космических полетов и Мэрилендский университет.

В отличие от Земли, на Луне нет атмосферы, поэтому отсутствует сопротивление воздуха, замедляющее движущиеся объекты; как таковые, когда объекты вращаются, они, как правило, продолжают вращаться. Конечно, есть и другие теории о том, как Земля получила свой спутник. Одной из них является теория захвата, согласно которой Луна была блуждающим телом, подобным астероиду, который был захвачен земным гравитационное притяжение. В этой теории Луна была создана где-то еще в Солнечной системе, а затем начала вращаться вокруг Земли, когда она проходила мимо, согласно НАСА , поэтому у нее уже должно было быть собственное вращение, когда она была втянута в гравитационное поле Земли.

Различные фазы луны, сфотографированные через телескоп. (Изображение предоставлено Yaorusheng через Getty Images)

Другая теория — это теория совместного образования, согласно которой Луна была создана в то же время, что и Земля. В этой гипотезе два массивных объекта в пять раз больше Марса врезались друг в друга. Затем Земля и ее Луна сконденсировались из облаков материи, возникших в результате столкновения, НАСА сообщило .

Однако именно Земля задает скорость вращения Луны. Луна совершает один оборот примерно за 27 дней — почти столько же, сколько требуется Луне для обращения вокруг Земли: 27,32 дня. В результате люди на Земле всегда видят только одну сторону Луны. Если бы лунный день был длиннее или короче, мы могли бы видеть всю поверхность Луны, когда Луна вращается вокруг Земли.

Связанный: Почему у луны есть фазы?

На самом деле, орбита и вращение не совсем совпадают, потому что Земля на самом деле движется по овальной эллиптической орбите. Когда Луна находится в точке своей орбиты, ближайшей к Земле, ее вращение медленнее, чем ее орбита, что позволяет нам видеть дополнительные 8 градусов ее поверхности, что мы обычно видим, согласно Space.com, дочернему сайту LiveScience.

Иллюзия того, что луна не вращается с нашей точки зрения, вызвана приливным запиранием или синхронным вращением, при котором заблокированному телу требуется столько же времени, чтобы совершить оборот вокруг своего партнера, сколько ему требуется, чтобы один раз повернуться вокруг своей оси из-за его гравитация партнера. (Луны других планет испытывают тот же эффект.)      Кроме того, луна не является идеальным кругом; это криво. «Луна не симметрична», — сказал Мориарти в интервью Live Science. «Существуют различия в массе и плотности между полушариями [луны, обращенной к Земле и от Земли]. Разница настолько велика, что одна сторона Луны [ее более длинная сторона] остается «застрявшей» лицом к Земле из-за гравитации».

СВЯЗАННЫЕ ЗАГАДКИ

«Таким образом, когда Луна вращается вокруг Земли, она поворачивается так, что обращена к нам одной и той же стороной», — сказал Мориарти. «Один оборот занимает столько же времени, сколько один оборот, другими словами, около месяца». Иными словами, Земля и Луна оказывают друг на друга гравитационное притяжение, и приложенная гравитационная сила всегда наиболее сильна там, где два тела обращены друг к другу, в результате чего и Земля, и Луна слегка растягиваются, когда они притягиваются друг к другу. направление другого. В результате Луна вытягивается в эллиптическую форму, а ее самая длинная ось вытягивается, чтобы всегда быть обращенной к нам. Это также то, что заставляет приливы и отливы Земли каждый день.

В действительности, Луна может вращаться очень медленно, но ее вращение является ключом к важным событиям, таким как приливы и отливы на Земле.

Приливная блокировка также влияет на движение планет и лун . Это означает, что дни на Земле и на Луне были намного короче, когда эти тела впервые образовались, потому что и Земля, и Луна вращались с гораздо большей скоростью, чем сейчас. Модель , разработанная исследователями из Гарварда и Института SETI, даже оценивает, что на ранней Земле день был всего 2,5 часа во время ее столкновения с Тейей. Однако из-за гравитационного притяжения, постоянно тянущего самую длинную ось Луны к Земле, дни Земли и Луны со временем удлинялись.

Первоначально опубликовано на Live Science.

Джеклин Кван — независимый журналист из Соединенного Королевства, который в основном освещает вопросы науки и техники. Она окончила Манчестерский университет со степенью магистра физики и в 2021 году получила диплом NCTJ золотого стандарта в области мультимедийной журналистики. Джеклин писала для Wired UK, Current Affairs и Science for the People.

Почему внутренняя часть Солнечной системы не вращается быстрее?

ТЕМЫ: АстрофизикаКалифорнийский технологический институт Популярная солнечная система

Калифорнийский технологический институт
16 июля 2022 г.

Новое исследование Калифорнийского технологического института предлагает новое решение давней загадки о тонких газовых дисках, вращающихся вокруг молодых звезд.

Ключ к разгадке давней загадки о тонких газовых дисках, вращающихся вокруг молодых звезд: движение небольшого числа заряженных частиц. Об этом говорится в новом исследовании Калифорнийского технологического института (Caltech).

Эти вращающиеся газовые диски, называемые аккреционными дисками, существуют десятки миллионов лет и являются ранней фазой эволюции Солнечной системы. Они содержат небольшую долю массы звезды, вокруг которой вращаются; представьте Сатурн

Сатурн — шестая планета от Солнца и вторая по величине масса в Солнечной системе. Он имеет гораздо меньшую плотность, чем Земля, но имеет гораздо больший объем. Имя Сатурна происходит от римского бога богатства и земледелия.

» data-gt-translate-attributes='[{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>Сатурноподобное кольцо размером с Солнечную систему. Их называют аккреционными дисками потому что газ в этих дисках медленно движется по спирали внутрь звезды.0002 Астрофизики давно признали, что когда происходит это спиралевидное движение внутрь, оно должно заставлять радиально внутреннюю часть диска вращаться все быстрее в соответствии с законом сохранения углового момента. Чтобы понять основную идею сохранения углового момента, подумайте о вращающихся фигуристах: когда их руки вытянуты, они вращаются медленно, но когда они сводят руки, они вращаются все быстрее и быстрее.

Закон сохранения углового момента гласит, что угловой момент в системе остается постоянным, а угловой момент пропорционален скорости, умноженной на радиус. Следовательно, если радиус фигуриста уменьшает из-за того, что они втянули свои руки, то единственный способ сохранить постоянный угловой момент — это увеличить скорость вращения.

Спиралевидное движение аккреционного диска внутрь аналогично фигуристу, втягивающему руки внутрь, и поэтому внутренняя часть аккреционного диска должна вращаться быстрее. Астрономические наблюдения действительно показывают, что внутренняя часть аккреционного диска действительно вращается быстрее. Любопытно, однако, что он не вращается так быстро, как предсказывает закон сохранения углового момента.

Столкновения между нейтральными атомами и гораздо меньшим числом заряженных частиц могут объяснить, почему внутренняя часть Солнечной системы вращается быстрее.

Ученые исследовали множество возможных объяснений того, почему угловой момент аккреционного диска не сохраняется с годами. Некоторые предполагали, что трение между внутренней и внешней вращающимися частями аккреционного диска может замедлять внутреннюю область. Расчеты, однако, показывают, что внутреннее трение аккреционных дисков очень мало. Согласно доминирующей в настоящее время гипотезе, магнитные поля вызывают явление, известное как «магнитовращательная нестабильность», которое приводит к возникновению магнитной турбулентности и газа, эффективно образуя трение, которое замедляет скорость вращения газа, движущегося внутрь по спирали.

«Меня это беспокоит, — говорит Пол Беллан, профессор прикладной физики Калифорнийского технологического института. «Люди всегда хотят обвинить турбулентность в явлениях, которых они не понимают. Сейчас существует большая надомная промышленность, утверждающая, что турбулентность помогает избавиться от углового момента в аккреционных дисках».

Полтора десятилетия назад Беллан начал исследовать этот вопрос, анализируя траектории отдельных атомов, электронов и ионов в газе, образующем аккреционный диск. Его цель состояла в том, чтобы определить, как ведут себя отдельные частицы в газе, когда они сталкиваются друг с другом, а также как они двигаются между столкновениями, чтобы увидеть, можно ли объяснить потерю углового момента без привлечения турбулентности.

Как он объяснял на протяжении многих лет в серии статей и лекций, посвященных «основным принципам» — фундаментальному поведению составных частей аккреционных дисков, — на заряженные частицы (т. е. электроны и ионы) воздействуют как гравитация, так и магнитные поля, тогда как на нейтральные атомы действует только гравитация. Эта разница, как он подозревал, была ключевой.

Аспирант Калифорнийского технологического института Ян Чжан посетил один из этих докладов после прохождения курса, на котором он научился моделировать молекулы, сталкивающиеся друг с другом для создания случайного распределения скоростей в обычных газах, таких как воздух, которым мы дышим. «Я связался с Полом после разговора, мы обсудили его и в конечном итоге решили, что симуляции можно распространить на заряженные частицы, сталкивающиеся с нейтральными частицами в магнитном и гравитационном полях», — говорит Чжан.

В конце концов, Беллан и Чжан создали компьютерную модель вращающегося сверхтонкого виртуального аккреционного диска. Смоделированный диск содержал около 40 000 нейтральных и около 1000 заряженных частиц, которые могли сталкиваться друг с другом, а модель также учитывала эффекты как гравитации, так и магнитного поля. «В этой модели было достаточно деталей, чтобы отразить все основные особенности, — говорит Беллан, — потому что она была достаточно большой, чтобы вести себя точно так же, как триллионы и триллионы сталкивающихся нейтральных частиц, электронов и ионов, вращающихся вокруг звезды в магнитном поле. поле.»

Компьютерное моделирование показало, что столкновения между нейтральными атомами и гораздо меньшим количеством заряженных частиц заставят положительно заряженные ионы или катионы двигаться по спирали внутрь к центру диска, в то время как отрицательно заряженные частицы (электроны) будут двигаться по спирали наружу к краю. Тем временем нейтральные частицы теряют угловой момент и, подобно положительно заряженным ионам, спиралевидно движутся внутрь к центру.

Тщательный анализ лежащей в основе физики на субатомном уровне — в частности, взаимодействия между заряженными частицами и магнитными полями — показывает, что угловой момент не сохраняется в классическом смысле, хотя то, что называется «каноническим угловым моментом», действительно сохраняется.

Канонический угловой момент представляет собой сумму исходного обычного углового момента плюс дополнительная величина, которая зависит от заряда частицы и магнитного поля. Для нейтральных частиц нет разницы между обычным угловым моментом и каноническим угловым моментом, поэтому беспокоиться о каноническом угловом моменте излишне сложно. Но для заряженных частиц — катионов и электронов — канонический угловой момент сильно отличается от обычного углового момента, потому что дополнительная магнитная величина очень велика.

Поскольку электроны отрицательны, а катионы положительны, движение ионов внутрь и движение электронов наружу, вызванные столкновениями, увеличивает канонический угловой момент обоих. Нейтральные частицы теряют угловой момент в результате столкновений с заряженными частицами и движутся внутрь, что уравновешивает увеличение канонического углового момента заряженных частиц.

Это небольшое различие, но имеет огромное значение в масштабе всей Солнечной системы, говорит Беллан, который утверждает, что это тонкое объяснение удовлетворяет закону сохранения канонического углового момента для суммы всех частиц во всем диске; только одна частица из миллиарда должна быть заряжена, чтобы объяснить наблюдаемую потерю углового момента нейтральных частиц.

Более того, говорит Беллан, движение катионов внутрь и движение электронов наружу приводит к тому, что диск становится чем-то вроде гигантской батареи с положительным полюсом вблизи центра диска и отрицательным полюсом на краю диска. Такая батарея будет управлять электрическими токами, которые утекают от диска как выше, так и ниже плоскости диска. Эти токи питали бы астрофизические струи, вылетающие из диска в обоих направлениях вдоль оси диска. Действительно, джеты наблюдались астрономами более века, и известно, что они связаны с аккреционными дисками, хотя сила, стоящая за ними, долгое время оставалась загадкой.

Ссылка: «Столкновения нейтральных заряженных частиц как механизм переноса углового момента аккреционного диска», Ян Чжан и Пол М. Беллан, 17 мая 2022 г., Astrophysical Journal .
DOI: 10.3847/1538-4357/ac62d5

Статья Беллана и Янга была опубликована в Astrophysical Journal 17 мая. Финансирование этого исследования поступило от Национального научного фонда.

Sky Tellers — Day and Night

SkyTellers Дневные и ночные развлечения для детей младшего возраста

Почему на Земле есть день и ночь?
Пока вы этого не чувствуете, Земля вращается. Раз в 24 часа Земля поворачивается — или вращается вокруг своей оси — увлекая за собой всех нас. Когда мы находимся на той стороне Земли, которая обращена к Солнцу, у нас есть дневной свет. Поскольку Земля продолжает свое вращение, мы перемещаемся в сторону, обращенную от нашего Солнца, и у нас наступает ночь. Если бы мы смотрели на Землю с высоты северного полюса, то увидели бы, что Земля вращается против часовой стрелки, и увидели бы, как свет и тьма проносятся по нашему земному шару с востока на запад.

Есть ли на других планетах день и ночь?
Да! Все планеты в нашей Солнечной системе вращаются вокруг своих осей (как и наше Солнце!), поэтому у них есть циклы дня и ночи. Однако существуют различия в продолжительности дня и ночи — циклы становятся еще более сложными из-за наклона оси планеты и скорости ее движения по орбите. Некоторые планеты вращаются быстрее Земли, а некоторые медленнее. Марс имеет дневной и ночной цикл, аналогичный земному. Марс вращается вокруг своей оси каждые 24,6 часа. Венера делает один оборот вокруг своей оси каждые 243 земных дня (что лишь немногим дольше, чем требуется Венере для обращения вокруг Солнца!). Дневной и ночной цикл Меркурия более сложный. Меркурий делает полтора оборота за каждый оборот вокруг Солнца. Из-за этого день Меркурия — от восхода до восхода солнца — длится 176 земных дней. Большие планеты вращаются намного быстрее. Юпитер делает один оборот за 10 часов, Сатурн делает один оборот за 11 часов, а Нептун совершает полный оборот за 16 часов. Плутон в самых дальних уголках нашей Солнечной системы совершает оборот вокруг своей оси каждые 6,4 дня.

Есть над чем задуматься: есть ли на Плутоне «день» и «ночь», как мы думаем на Земле? Плутон так удален от центра нашей Солнечной системы, что наше Солнце выглядело бы очень яркой звездой на его небе!

Почему продолжительность дня на Земле меняется в течение года?
Каждое место на Земле получает в среднем 12 часов света в день, но фактическое количество часов дневного света в любой конкретный день года варьируется от места к месту. Места вокруг экватора Земли получают только около 12 часов света каждый день. Напротив, северный полюс получает 24-часовой дневной свет в течение нескольких месяцев летом и полную темноту в течение нескольких месяцев зимой. Эти два ежегодных времени света и тьмы разделены долгим восходом и долгим закатом.

Земля вращается вокруг своей оси; это заставляет нас переживать день и ночь. Но земная ось наклонена на 23,5 градуса (угол измеряется между плоскостью экватора Земли и плоскостью, в которой она вращается вокруг нашего Солнца). Поскольку Земля вращается вокруг нашего Солнца, ось указывает на одно и то же место в космосе — почти прямо на Полярную звезду, Полярную звезду. Это означает, что во время ежегодного движения Земли вокруг нашего Солнца наши полярные регионы проводят ооооооооооооооооооооооооооочень долгие периоды, направленные в сторону нашего Солнца летом (например, июль в северном полушарии или декабрь в южном полушарии) и длинные периоды, направленные в сторону от нашего Солнца. зимой. На широтах выше 66,5 градусов (90 градусов минус 23,5 градуса, наклон оси), в регионах за полярным и антарктическим кругами на нашем земном шаре случаются дни постоянной темноты или света.

Наклон Земли летом, весной, осенью и зимой вокруг Солнца,
четко показывая полярные регионы при дневном свете и в темноте в зимних / летних положениях.

Из-за этого наклона и движения Земли вокруг нашего Солнца бывает время, когда северный полюс Земли наклоняется на 23,5 градуса в сторону нашего Солнца. Это летнее солнцестояние, первый день лета в северном полушарии и самый длинный день в году в северном полушарии. 21 или 22 декабря северный полюс Земли наклоняется на 23,5 градуса от нашего Солнца, а южный полюс наклоняется к нашему Солнцу. Это зимнее солнцестояние, самый короткий день в году в северном полушарии. Дважды в году — во время равноденствий («равных ночей») — ось Земли не направлена ​​на наше Солнце. Весеннее равноденствие в марте знаменует собой начало перехода от 24 часов темноты к 24 часам дневного света на северном полюсе. Осеннее равноденствие в сентябре знаменует собой переход на 24 часа темноты на северном полюсе. Во время равноденствий в каждом месте на Земле (за исключением крайних полюсов) продолжительность дня составляет 12 часов.

На других планетах также происходят подобные изменения длины дня и ночи, потому что их оси тоже наклонены. Ось каждой планеты наклонена под разным углом. Юпитер наклонен всего на 3 градуса, поэтому изменение продолжительности дня и ночи при движении вокруг Солнца менее резкое, чем у Земли. Ось Нептуна наклонена на 30 градусов, поэтому смена дня и ночи на Нептуне будет более резкой, чем на Земле. Уран представляет собой интересный случай, потому что его осевой наклон еще более экстремальный — 98 градусов! Это означает, что северный полюс Урана направлен на Солнце во время северного полярного лета; южный полюс находится в полной темноте. Во время северной полярной зимы, примерно 42 земных года спустя, южная полярная ось указывает на Солнце, а северная полярная область находится в полной темноте. Весной и осенью, когда его ось перпендикулярна входящим лучам Солнца, Уран испытывает 17-часовой цикл дня и ночи, вращаясь вокруг своей оси.

Хорошие новости для отличников: дни Земли становятся длиннее!
Исследователи, изучавшие древние кораллы, заметили, что годовой характер роста свидетельствует о том, что в далеком прошлом Земли было больше дней в году. Ископаемые кораллы девонского периода возрастом 380 миллионов лет зафиксировали 400 дневных циклов. Около 290 миллионов лет назад, в пенсильванский период, каждый год было 390 дневных циклов. Если предположить, что вращение Земли вокруг нашего Солнца резко не изменилось, это означает, что количество часов в сутках увеличивалось, а вращение Земли замедлялось. Сегодняшняя продолжительность дня – 24 часа. В пенсильванский период день длился примерно 22,4 часа. В девонский период день длился ~21,8 часа. Вращение Земли замедляется примерно на 2 секунды каждые 100 000 лет. Почему дни на Земле становятся длиннее? Некоторые ученые предполагают, что приливные циклы создают «торможение» на Земле, заставляя ее замедляться.

Странные повороты на нашей вращающейся планете

В Северном полушарии весна. На юге наступает осень — все из-за наклона Земли и орбиты. Мы часто воспринимаем вращение нашей планеты как должное, но некоторые из наиболее специфических побочных эффектов могут вызвать у вас головокружение.

Например, если вы хотите похудеть, не отказываясь от мороженого и пиццы, отправляйтесь на экватор. Поскольку Земля вращается со скоростью 1040 миль в час (1664 километра в час), центробежный эффект на экваторе противодействует достаточному притяжению силы тяжести, поэтому человек, весящий 150,8 фунтов (68,5 кг) на полюсах, достигает стройных 150 фунтов (68,2 кг). ) на экваторе.

Есть еще один эффект, который делает вас немного легче. Часть центробежной силы от вращения Земли действует на саму планету и заставляет планету немного сплющиваться. Земля не идеально круглая. Посередине он шире, чем сверху вниз. Человек, стоящий на экваторе, находится на 13 миль дальше от центра Земли, чем человек на полюсах. Чем дальше вы находитесь от центра масс, тем меньшее гравитационное притяжение он оказывает на вас.

Однако этой экваториальной программы похудения недостаточно, чтобы компенсировать последнюю порцию лазаньи.

Происхождение спина
Н. Ф. из Бостона задает хороший вопрос о вращающихся планетах: «Почему они поддерживают вращение ?»

Планеты, вероятно, образовались, когда частицы пыли в пространстве после Большого взрыва либо столкнулись, либо были стянуты вместе под действием силы тяжести, причем более крупные частицы притягивали более мелкие. По мере того, как части притягивались из космоса, они прибывали и присоединялись к растущей массе под разными углами.

Так началось вращение планет. Затем, когда гравитация заставила все уплотниться, вращение ускорилось, точно так же, как это происходит, когда вращающаяся фигуристка тянет руки.

Но планеты вращаются с разной скоростью по двум причинам: Во-первых, материал, соединяющий каждую растущую планету, двигался по-разному и с разной скоростью. Во-вторых, каждая планета оказалась с разной массой. Как большие или маленькие фигуристы, все они вращаются с разной скоростью.

Стоя на экваторе Меркурия, вы бы путешествовали со скоростью 7 миль в час. На Венере вы будете двигаться еще медленнее, всего 4 мили в час. Вы мчитесь со скоростью 1040 миль в час на Земле, 538 миль в час на Марсе, невероятных 28 262 миль в час на Юпитере, 22,994 на Сатурне, 5544 на Уране, 5143 на Нептуне и 29 миль в час на Плутоне.

Помните, как летящие обломки летели под разными углами, что в первую очередь заставляло планеты вращаться? Вот почему Венера, Меркурий и Плутон вращаются в обратном направлении. Они вращаются ретроградно, с востока на запад, а не с запада на восток. Тогда есть Уран, вращающийся на боку, с его полюсом, движущимся слева направо, а не вверх и вниз (то есть относительно других планет) — вероятно, потому, что что-то ударило его, что было достаточно большим, чтобы вращать всю планету 90 градусов.

Если у вас еще не закружилась голова, попробуйте следующее: скорость вращения планеты постоянно меняется под действием гравитационного притяжения Солнца, других планет и их лун. Земля вращается все медленнее и медленнее. Завтра будет длиннее, чем вчера.

Вот как это работает: Луна поднимает поверхность океанов. Подъем и опускание поверхности океана , океанический прилив создает трение между поверхностью и океаном дно , которое луна не так сильно тянет вверх и вниз.

Луна не просто притягивает 70 процентов земли, покрытой океаном. Твердая твердая поверхность земли, кора, также поднимается и опускается из-за гравитационного притяжения других небесных объектов. Том Херринг, геофизик из Массачусетского технологического института, говорит, что Бостон поднимается и опускается почти на 8 дюймов в день.

«К счастью, — добавляет он, — везде так же».

Восемьдесят процентов этого прилива земной коры происходит от притяжения Луны. Двадцать процентов приходится на притяжение Солнца, которое, хотя и находится намного дальше, все же достаточно велико, чтобы оказывать приливное притяжение на Землю. Подъем и опускание внешней коры Земли создает натяжение внутреннего слоя мантии, и это тоже замедляет нас.

Большое замедление
Со временем это может занять много времени. Ученые подсчитали, что когда Луна образовалась миллиарды лет назад и начала замедлять Землю, полный день — время одного полного оборота земной оси — длился всего 5,5 часов.

Мы еще не закончили замедляться. По словам Херринга, день становится длиннее примерно на одну секунду каждый год. Но это не одно и то же точное изменение каждый год, потому что вращение Земли немного меняется каждый год. Поэтому вместо того, чтобы измерять дни, минуты и секунды на основе времени между одним восходом солнца и следующим, хронометристы в 1950-х годах создали более точную «атомную» секунду — время, необходимое для определенного количества колебаний атома цезия. Они пытались сопоставить атомную секунду с одной 86 400-й частью солнечных суток.

За последние 50 лет день стал длиннее на 32 дополнительные секунды. К середине следующего века, говорит Херринг, замедление вращения Земли потребует дополнительной секунды каждые несколько месяцев. А через пять-шесть десятилетий атомную секунду тоже придется скорректировать. Хронометристам придется выбрать большее число колебаний атома цезия, чтобы атомная секунда соответствовала одной секунде на 24-часовых солнечных часах — одной 86 400-й части наших все более длинных суток.

Дэвид Ропейк, давний научный журналист, в настоящее время занимает должность директора отдела информирования о рисках в Гарвардском центре анализа рисков. Эта статья взята из архивов «Как и почему», колонки Ропейка о научных головоломках.

Почему вращение иногда не имеет смысла

Что такое орбитальное вращение? Основная картина достаточно ясна: одно тело покоится, а другое движется вокруг него по некоторой круговой или эллиптической траектории. Проблема только в том, чтобы выяснить, какое тело есть какое. Если вы стоите на поверхности земли, кажется, что солнце медленно обращается вокруг вас один раз в год. (Конечно, это также выглядит так, как будто все небо вращается вокруг вас один раз в день, потому что земля вращается вокруг своей оси. Но мы думаем о движении солнца относительно остального неба, которое происходит за год. цикла.) Но на поверхности Солнца предположительно также будет выглядеть так, как если бы Земля вращалась вокруг вы один раз в год. Выяснение того, какие из них отражают истинное движение Солнечной системы, а не просто кажущиеся движения, когда-то было предметом жарких споров.

Физик семнадцатого века Галилео Галилей, например, был осужден за ересь за утверждение, что Земля вращается вокруг неподвижного Солнца. Конец жизни провел под домашним арестом. Тем не менее, у него было лучше, чем у Джордано Бруно, который в 1600 году был сожжен заживо за свои еретические взгляды, включая веру в то, что земля движется.

Все мы знаем, чем закончилась эта история. Ключ был предоставлен Исааком Ньютоном, чей шедевр конца 17-го века, Математические принципы натуральной философии , был написан, чтобы установить раз и навсегда истинное движение в Солнечной системе. Для этого Ньютон создал новую теорию пространства, времени и движения, а также свою знаменитую теорию всемирного тяготения, которая объясняла, как солнце, планеты и другие тела в ночном небе влияют на движение друг друга. Его теория показала, что ни ни солнце, ни земля не находились в покое: оба вращались вокруг центра масс Солнечной системы. Но поскольку Солнце такое массивное, центр масс Солнечной системы находится очень близко к центру Солнца, и, таким образом, для всех практических целей Галилей и Бруно все сделали правильно.

В общей теории относительности нет ничего, что полностью соответствовало бы описанию «орбитальное вращение».

По крайней мере, они все поняли правильно, поскольку теория Ньютона была верна. Сегодня физики думают, что ньютоновская гравитация — это просто полезное приближение к общей теории относительности, другой теории пространства, времени и гравитации, разработанной Эйнштейном около века назад. Оказывается, орбитальное вращение в общей теории относительности гораздо тоньше, чем предполагал Ньютон или кто-либо еще до 20-го века. На самом деле Дэвид Маламент, философ-физик из Калифорнийского университета в Ирвине, показал, что в общей теории относительности нет понятия вращения, которое соответствовало бы основной картине, набросанной выше. (Полное раскрытие: Маламент — мой коллега в Калифорнийском университете в Ирвине, а до этого он был моим научным руководителем.)

Предположим, вы хотите проверить, вращается ли тело. Для Ньютона было несколько простых экспериментов, которые можно было бы провести, и любого из них было бы достаточно. Для простоты представьте круглое кольцо, вращающееся (или не вращающееся) вокруг воображаемой оси, проходящей через центр кольца, перпендикулярной его плоскости (по сути, велосипедное колесо, вращающееся вокруг оси, но без каких-либо соединительных спиц). Поскольку это кольцо, вам не нужно беспокоиться о разных скоростях в разных частях объекта, как в случае со сферой. (Почти всегда проще думать о случаях меньшей размерности.) Однако окажется, что даже в этом простом случае в общей теории относительности существуют основные неясности относительно того, вращается ли кольцо или нет.

Вот один из экспериментов, чтобы проверить, вращается ли кольцо. Предположим, вы находитесь на оси в центре кольца. Возьмите телескоп, наведите его на кольцо и проверьте, движется ли кольцо. Конечно, чтобы это работало, вам нужно убедиться, что вы и ваш телескоп не вращаетесь вокруг одной и той же оси, так как в этом случае может показаться, что кольцо вращается, даже если это не так. Вы можете подтвердить это с помощью простого теста, первоначально предложенного Ньютоном: возьмите ведро с водой — если поверхность воды совершенно плоская, то ведро не вращается, так как вода будет подниматься у краев ведра и давить на него. в середине. Если ваш телескоп не вращается относительно ведра (скажем, потому, что вы приклеили телескоп к его верхней части), то вы можете заключить, что кольцо действительно вращается, если оно все еще кажется движущимся.

Вы также можете попробовать проверить орбитальное вращение, проведя эксперименты на самом кольце. Один из способов сделать это — установить серию зеркал вокруг кольца, чтобы вы могли светить лазером, и зеркала отражали лазер вокруг него. Предположим, вы проделали это дважды, направив луч лазера в двух противоположных направлениях по кольцу, а затем измерили время прохождения туда-обратно в каждом направлении. Если кольцо вращается, то свет, движущийся в одном направлении, должен проходить меньшее расстояние, чем свет, движущийся в противоположном направлении, потому что кольцо двигалось бы в том же направлении, что и один, но не другой луч света. Устройства, измеряющие вращение таким образом, известны как интерферометры Саньяка. Они очень чувствительны и широко используются в навигации.

Третьим способом измерения орбитального вращения может быть использование гироскопа, представляющего собой колесо, установленное на основании таким образом, что колесо может свободно вращаться вокруг оси, которая сама может двигаться относительно основания. Гироскоп измеряет изменения в ориентации, потому что, как только колесо начинает вращаться вокруг некоторой оси, оно имеет тенденцию продолжать вращаться вокруг той же оси, даже если вы перемещаете основание гироскопа. Например, они используются в самолетах для измерения изменений положения самолета и в смартфонах для обнаружения движения телефона. Аналогичным образом можно использовать гироскоп, чтобы определить, вращается ли наше кольцо, следующим образом. Прикрепите основание гироскопа к кольцу и заставьте колесо вращаться вокруг оси, касательной к кольцу. Если кольцо вращается, то ось колеса гироскопа будет двигаться относительно основания, так как основание будет вращаться вместе с кольцом. Если бы кольцо не вращалось, то ось гироскопа оставалась бы неподвижной относительно основания (и кольца).

В ньютоновской физике все три теста всегда совпадают. В конце концов, все они измеряют одно и то же: орбитальное вращение. Но в общей теории относительности никакие два из этих тестов не совпадают во всех случаях. Это сильный намек на то, что в общей теории относительности нет ничего, что полностью соответствовало бы описанию «орбитальное вращение», по крайней мере, как мы привыкли думать об этом.

Ключ к пониманию этого лежит в том, как Эйнштейн переосмыслил инерцию. Для Ньютона инерция была склонностью тела двигаться по прямой линии с постоянной скоростью, если на него не действует какая-то внешняя сила, например гравитация. Орбитальное вращение обязательно является неинерционной формой движения, потому что орбиты не являются прямыми линиями. Ситуация в общей теории относительности совершенно иная. Там вместо того, чтобы отклонять тела от их прямолинейных инерционных траекторий, гравитация действует, искажая прямые линии, что зависит от распределения массы и энергии во Вселенной. Это искажение известно как искривление пространства-времени. Вместо того, чтобы следовать прямым линиям по умолчанию в общей теории относительности, тела движутся по изогнутым линиям или, другими словами, по прямых линий в искривленном пространстве и времени.

Эти изменения в работе инерции могут иметь странные последствия. Например, если вращается массивное тело, такое как Солнце или черная дыра, оно искривляет вместе с собой пространство и время, нарушая ньютоновскую связь между движением по инерции и прямолинейным, невращательным движением. Это явление известно как перетаскивание кадра , и оно было проверено экспериментально с использованием спутников, вращающихся вокруг Земли.

Означает ли это, что земля делает не вращается вокруг солнца? Не так быстро. Так случилось, что теория Ньютона обеспечивает превосходное приближение к общей теории относительности в нашей Солнечной системе, где эффекты смещения системы отсчета очень малы. Поэтому для всех практических целей по-прежнему уместно говорить, что Земля вращается вокруг Солнца. Но результаты Маламента показывают, что вращение — хрупкая концепция. Есть и более крайние случаи, например космический корабль, движущийся вблизи вращающейся черной дыры, когда просто не имеет смысла спрашивать, вращается ли корабль вокруг черной дыры. В таких случаях черная дыра может так сильно искажать пространство и время, что рушится сама концепция вращения.

Джеймс Оуэн Уэзеролл — профессор логики и философии науки Калифорнийского университета в Ирвине. Его последняя книга — Void: The Strange Physics of Nothing (Yale University Press, 2016), в которой исследуется структура пустого пространства в физике с 17 века до наших дней.