Обертання небесних тіл. Нахил площин екватора небесних тіл

Паршаков Євген Опанасович

Періоди і напрямки осьового обертання у небесних тіл Сонячної системи мають, мабуть, найбільша різноманітність з усіх їх характеристик. Всі великі тіла Сонячної системи в залежності від типу їх осьового обертання можна розділити на три великі групи. До однієї групи належать ті небесні тіла, які мають пряме несинхронно обертання. До цієї групи належать сім планет Сонячної системи: Меркурій, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Нептун, Плутон і супутник Сатурна Титан. До іншої групи відносяться небесні тіла з прямим синхронним обертанням навколо своєї осі. До цієї групи належать найбільші супутники Сонячної системи: Місяць, Іо, Європа, Ганімед, Каллісто, Тритон, Харон і ін. До третьої групи належать всього три небесних тіла Сонячної системи: Сонце, Венера і Уран, які мають протилежне обертання навколо своєї осі.

Що ж стосується малих тіл Сонячної системи, то всі вони відносяться до однієї з цих груп, тому ми їх розглядати окремо не будемо.

Швидкість і напрямок осьового обертання небесних тіл визначаються в основному двома чинниками, один з яких, як правило, посилює осьове обертання, інший уповільнює його. Фактором, що підсилює пряме осьове обертання небесних тіл, є випадання на їх поверхню космічних опадів: дифузійної матерії і небесних тіл. Посилення осьового обертання небесних тіл в прямому напрямку відбувається з тієї причини, що зустрічні космічні опади мають набагато більшу швидкість щодо небесного тепа, на яке вони випадають, ніж попутні, а з зустрічного потоку космічних опадів велику швидкість мають ті опади, які падають на поверхню небесних тел з боку центрального тіла, що пояснюється збільшенням їх швидкості під впливом гравітаційного тяжіння з боку центрального тіла, до якого вони розташовані ближче, ніж космічні опади , Які падають на зовнішню сторону небесного тіла (див. Рис. 9).

Якщо небесне тіло перед настанням галактичної зими оберталося в прямому напрямку, то його швидкість обертання навколо своєї осі під час галактичної зими збільшиться. Якщо ж небесне тіло оберталося до галактичної зими в зворотному напрямку, то його швидкість осьового обертання буде при настанні галактичної зими сповільнюватися. Отже, майже у всіх великих тіл Сонячної системи швидкість осьового обертання при настанні чергової галактичної зими буде збільшуватися. І тільки у Венери й Урана осьове обертання буде сповільнюватися. Збільшуватися швидкість осьового обертання буде і у Сонця, хоча воно обертається по відношенню до свого орбітального обігу в зворотну сторону.

Справа в тому, що зірки обертаються по своїх орбітах навколо центру Галактики за іншими законами, ніж, скажімо, планети Сонячної системи навколо Сонця. У Сонячній системі планети мають тим більшу швидкість, як лінійну, так і кутову, чим ближче вони знаходяться до Сонця. Порівняємо крайні планети Сонячної системи - Меркурій і Плутон. Орбітальна швидкість Плутона дорівнює 4, 7 км / сек, а Меркурія - 47, 9 км / сек, т. Е. В 10 разів більше. Період обертання Меркурія дорівнює 0, 24 роки, а період обертання Плутона - 248, 4 роки, т. Е. В 1000 разів більше. Отже, і кутова швидкість Меркурія в 1000 разів більше, ніж у Плутона.

Ближні ж зірки, в тому числі Сонце, рухаються навколо центру Галактики, як стверджують астрономи, з однаковою кутовою швидкістю. А це означає, що орбітальна лінійна швидкість у зірок тим вище, чим вони далі перебувають від центру Галактики. Якщо у однієї з двох зірок відстань від центру Галактики буде в 2 рази більше, ніж у другій, то і лінійна швидкість у цієї зірки буде теж в 2 рази більше. Якби планети Сонячної системи рухалися за цими законами, то ми не Меркурій б рухався по орбіті з лінійною швидкістю в 10 разів більшою, ніж Плутон, а навпаки, Плутон б рухався швидше Меркурія, причому в 100 раз, оскільки він знаходиться далі від Меркурія саме в 100 разів.

Але якщо зірки рухаються з однаковою кутовою швидкістю, то і космічні опади, що рухаються назустріч їм, також рухаються з однаковою кутовою швидкістю. Лінійна ж швидкість у космічних опадів буде кілька різної: опади, які падають на внутрішню сторону Сонця, тобто з боку центру Галактики, матимуть меншу лінійну швидкість, ніж ті опади, які будуть падати на поверхню Сонця із зовнішнього боку. Ця різниця в їх швидкостях незначна, але вона все ж існує і космічні опади, що випадають на поверхню Сонця, поступово розкручують Сонце в зворотному напрямку щодо його напрямки орбітального руху. В результаті Сонце обертається навколо центру Галактики за годинниковою стрілкою, а обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки.

Фактором, що уповільнює осьове обертання небесних тіл, є приливної тертя, визиваeмoe в їх літосфері, гідросфері і атмосфері центральним тілом, супутниками і сусідніми небесними тілами - планетами, супутниками, астероїдами і кометами. Гальмування приливним тертям тим сильніше, чим ближче і масивніше тіла, які надають приливної гальмування. Найбільше гальмування осьового обертання небесних тіл приливним тертям викликають центральні тіла на свої найближчі супутники. В результаті потужного приливної тертя, яке викликає Сонце на Меркурії і Венері, останні мають невелику швидкість осьового обертання. А Земля, Юпітер, Сатурн і інші планети настільки загальмували викликаються ними приливним тертям осьове обертання своїх супутників, принаймні ближніх, що останні обертаються навколо своїх осей обертання синхронно, тобто з періодами, рівними періодами їх обертання навколо своїх планет і, внаслідок цього, завжди повернені до центральних тіл однією стороною.

Але і супутники гальмують осьове обертання своїх планет, хоча і повільно, через їх малу масу в порівнянні з планетами. А супутник Плутона Харон, який має велику, щодо маси Плутона, масу і знаходиться досить близько від нього, настільки загальмував осьове обертання Плутона, що останній теж завжди повернений до Харону однією стороною, тобто обертається щодо свого супутника синхронно. Планети також гальмують осьове обертання Сонця, хоча і незначно.

Цікаво, що найближча до Сонця планета - Меркурій, що не повернена до нього завжди однією стороною, як ближні супутники до планет, а має хоча і повільне, але пряме обертання. Це можна пояснити тим, що Меркурій має значний ексцентриситет (0, 206) і, внаслідок цього, його відстань від Сонця і швидкість руху по орбіті сильно змінюються. Якби Меркурій рухався по орбіті з постійною швидкістю, то його період осьового обертання в точності відповідав би його періоду обертання навколо Сонця. Але, оскільки найбільше приливної вплив на Меркурій викликається Сонцем в перигелії, де Меркурій має найбільшу орбітальну швидкість, це накладає відбиток на його осьове обертання. Якщо в афелії швидкість осьового обертання Меркурія більше кутової швидкості орбітального руху, то в перигелії, навпаки, кутова швидкість переміщення по орбіті більше швидкості осьового обертання і, в результаті, приливної тертя на Меркурій, що викликається Сонцем, діє то в одну сторону, збільшуючи швидкість осьового обертання Меркурія, то в іншу, зменшуючи її. На одній частині орбіти Меркурія, з того боку, де знаходиться його афелій, Сонце гальмує осьове обертання Меркурія, а на іншій частині орбіти, з тієї її сторони, де знаходиться перигелій Меркурія, Сонце, навпаки, прискорює його осьове обертання.

Та ділянка орбіти Меркурія, де осьове обертання прискорюється Сонцем, менше іншої ділянки, де осьове обертання Меркурія сповільнюється, але на меншому за довжиною ділянці орбіти, де осьове обертання Меркурія прискорюється, він знаходиться в півтора рази ближче від Сонця, тому сила тяжіння тут в 2 , 3 рази більше, ніж в афелії, і Сонце на цій ділянці надає, мабуть, таке ж сумарне прискорення на осьове обертання Меркурія, яке сумарне уповільнення воно надає на осьове обертання Меркурія на другому, більш протяженном ділянці. Коротше, на скільки Сонце прискорює осьове обертання Меркурія на одній, менша частина його орбіти, на стільки ж воно його уповільнює на інший, здебільшого його орбіти. В цілому ж період обертання Меркурія навколо своєї осі, в силу цієї обставини, є менше періоду його обертання навколо Сонця.

Вище ми говорили, що сім планет Сонячної системи мають пряме несинхронно обертання навколо своєї осі. Однак в осьовому обертанні планет цієї групи є також значні відмінності. По-перше, Плутон, на відміну від інших планет, обертається синхронно по відношенню до свого супутника Харону, т. Е. Період обертання Плутона дорівнює періоду обертання Харона навколо Плутона. По-друге, планети Земля, Марс, Сатурн і Нептун мають значні нахили площин екватора до площин своїх орбіт, від 230 до 290. Причина синхронного обертання Плутона легко з'ясовна: Плутон обертається синхронно під впливом приливної тертя з боку його щодо масивного супутника. А ось наявність великого кута нахилу площин екватора у ряду планет, а також зворотний напрямок обертання Урана і Венери, небулярние гіпотези пояснити не в змозі. З точки ж зору пропонованої гіпотези пояснення великих нахилів площин екватора планет є досить простим.

Малі тіла Сонячної системи, з яких, у міру їх поступового зростання, утворюються планети, мають найрізноманітніші способу своїх орбіт до площини екватора Сонця, в тому числі понад 900, т. Е. Мають зворотні спрямований ія звернення. При цьому малі тіла, як і планети, обертаються навколо своїх осей обертання, причому кути нахилу площин їх екватора до площин їх орбіт незначні, і тим більше близькі до нуля, ніж меншими є їх розміри і маси і чим далі вони знаходяться від центрального тіла, хоча можуть бути і виключення. Згодом же способу їх орбіт до площини екватора центрального тіла зменшуються, причому зворотний напрямок обертання змінюється на пряме. Кути нахилу орбіт небесних тіл з кожної галактичної взимку все більш і більш зменшуються, наближаючись до нуля. І між площинами орбіт небесних тіл і площинами їх екватора виникає розбіжність, виникає кут нахилу площини екватора до площини орбіти небесного тіла. Припустимо, кут нахилу орбіти якогось небесного тіла в якийсь момент часу дорівнював 400, а кут нахилу площини екватора до площини орбіти дорівнював 00. Якщо через деякий час кут нахилу зменшиться на 100 і буде дорівнює 300, а площину екватора при це відносно площини екліптики не зміниться, то у цього небесного тіла виникне нахил площини екватора до площини його орбіти, що дорівнює 100.

Той факт, що багато небесні тіла, великі і малі, мають нахили площин екватора до площин своїх орбіт, говорить лише про те, що раніше ці тіла зверталися навколо центрального тіла з великими наклонениями, ніж зараз. Потім способу зменшилися, зате нахили площин їх екватора зросли. Якби площині екватора небесних тіл з часом не змінювалися, на відміну від площин їх орбіт, то було б надзвичайно просто визначити їх початкові напрямки обертання навколо центрального тіла. Для цього достатньо було б скласти кут нахилу площини екватора небесного тіла до площини орбіти з кутом нахилу площини орбіти до площини екватора Сонця. Якщо кут нахилу якогось небесного тіла дорівнює в даний час 30, а кут нахилу дорівнює 250, то можна б було зробити висновок, що спочатку це небесне тіло зверталося навколо центрального тіла з нахилом орбіти в 280, а нахил площини екватора його дорівнював нулю . Але справа в тому, що з часом змінюється не тільки спосіб площині орбіти небесних тіл, все більше і більше зменшуючись, але і нахил площини екватора, який, як і спосіб, також прагне зменшитися, все більше наближаючись до нуля. Тому в нашому прикладі ми можемо лише сказати, що раніше розглядається нами небесне тіло зверталося навколо центрального тіла з кутом нахилу більшим, ніж 280.

Ми можемо, отже, сказати, що в далекому минулому Земля оберталася навколо Сонця по орбіті, яка мала кут нахилу з її сучасної орбітою понад 230, Нептун - з кутом нахилу понад 290, Уран - з кутом нахилу понад 980 і т.д.

Яким чином змінюється нахил орбіт небесних тіл, ми вже розглянули. Зміна ж напрямку осьового обертання небесних тіл визначається в кожен даний момент часу виключно напрямком їх обертання навколо центрального тіла. Напрямок обертання небесних тіл навколо своєї осі визначається напрямом їх обертання навколо центрального тіла під час випадання космічних опадів на їх поверхню, т. Е. Переважно під час галактичних зим, з тієї причини, що зустрічні космічні опади, які падають на внутрішню, по відношенню до центрального тілу, частина поверхні небесного тіла, набувають під дією гравітаційного тяжіння з боку центрального тіла велику кінетичну енергію, більшу швидкість, ніж ті опади, які випадають на зовнішню ча ть небесного тіла. Це надмірна кількість руху космічних опадів перетворюється в обертальний рух небесних тіл в прямому напрямку і в площині орбіти небесного тіла. Тому пряме обертання небесних тіл посилюється, зворотне - сповільнюється, а площину екватора зближується з площиною орбіти, оскільки найбільшу швидкість щодо небесного тіла мають якраз ті космічні опади, які рухаються назустріч небесному тілу в площині його орбіти.

В результаті за час чергової галактичної зими відбувається не тільки прискорення прямого обертання або уповільнення зворотного, але і зміна нахилу площині екватора до площини орбіти небесного тіла. Але в цей же самий час, як ми бачили вище, відбувається і зміна способу площині орбіти. Внаслідок цього зміна нахилу площині екватора відбувається з запізненням. Площина екватора прагне наблизитися до площини орбіти, а площину орбіти віддаляється від неї, прагнучи наблизитися до площини екватора центрального тіла. В кінцевому рахунку і площину орбіти, і площина екватора кожного небесного тіла сполучаться з площиною екватора центрального тіла, але спочатку з площиною екватора центрального тіла суміститься площину орбіти небесного тіла, а потім вже - площину його екватора. Зміна способу площини орбіт і нахилу площині екватора небесного тіла відбувається одночасно і в одному напрямку - в напрямку площині екватора центрального тіла, але темпи зміни способу площині орбіти і нахилу площині екватора вельми і вельми різні. І в цьому вся справа. Припустимо, що нахил орбіти Урана змінювалося в 2, 5 рази швидше, ніж нахил його екватора.

Тоді вийде, що в той час, коли нахил екватора дорівнював нулю, нахил орбіти дорівнювало, приблизно, 1630. За багато галактичні зими і нахил екватора, і нахил орбіти Урана змінилися. При цьому нахил екватора змінився на 650 і став дорівнює сучасному, т. Е. 980, а нахил орбіти змінилося в 2, 5 рази більше, т. Е. На 162, 50 і майже збігається з площиною екватора Сонця.

Зміна і способу орбіт небесних тіл, і нахилів їх екватора під час галактичних зим постійно відбувається і буде відбуватися до тих пір, поки і нахил орбіти, і потім нахил екватора небесного тіла не будуть дорівнюють нулю. Їх же наявність говорить про те, що раніше способу орбіт були іншими, ніж зараз, дещо більшими, ніж їх сучасні нахили екватора.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://galspace.spb.ru/

Дата додавання: 07.05.2012