Почему планеты не сталкиваются с Солнцем?
С незапамятных времен планеты нашей звездной системы вращаются вокруг своей единственной звезды. И мы называем это Солнечной системой. Солнце, в свою очередь, вращается вокруг центра галактики Млечный Путь. А еще спутники миллионы лет стабильно вращаются вокруг своих планет. Вроде бы полный порядок, гармония и полная музыка небесных сфер…
Но… Почему все эти спутники не разбиваются о своих хозяев?
Солнце всегда притягивает Землю
Движение Земли вокруг Солнца можно довольно легко проиллюстрировать. Просто привяжите тяжелый предмет к одному концу веревки. И раскрутите его вокруг себя. Перемещайте его по кругу, удерживая веревку с грузом на другом конце. Если Вы будете вращаться слишком быстро, то заметите, что объект на конце веревки попытается покинуть Вас. Потому что на него будет действовать центробежная сила. Однако, если Вы будете вращаться слишком медленно, объект не сможет долго оставаться в воздухе. А непременно захочет закопаться в придорожную пыль. Но если Вы наберете правильную скорость, то заметите, что объект вращается на натянутой веревке без ощущения очень сильной центробежной силы.
Точно так же и наша планета (как и все объекты, которые вращаются вокруг нашей звезды) постоянно притягиваются к Солнцу. Если бы наша планета была неподвижна по отношению к своей звезде, она бы просто столкнулась с ней под действием силы тяжести. Но, на самом деле, она движется по почти круговой орбите со скоростью около 30 км/с по отношению к его центру. Наша планета движется недостаточно быстро, чтобы преодолеть гравитацию нашей звезды. Но при этом она движется достаточно быстро, чтобы Солнце могло просто притянуть ее.
Однако все планеты падают
Однако, на самом деле, с точки зрения обыкновенной физики, все планеты постоянно «падают» на Солнце. На самом деле и Международная космическая станция постоянно падает на Землю. Спутники, которые вращаются вокруг нашей планеты, тоже непрерывно на нее падают. Даже Луна падает на нашу планету. Точно так же Солнце падает в центр Галактики. И так далее. До бесконечности. Просто траектория этого падения замкнута.
На самом деле не только Солнце притягивает Землю. Но и Земля — Солнце. Но поскольку масса Земли ничтожна по сравнению с массой нашего светила, центр масс этой системы находится где-то рядом с центром Солнца. Ту же картину можно наблюдать и при анализе системы Земля — Луна.
Если бы гравитация Солнца внезапно стала больше, это привело бы к тому, что Земля (как и остальные планеты) резко приблизилась бы к Солнцу. Однако тут вмешалось бы правило сохранения углового момента. Оно увеличило бы скорость движения Земли. И она продолжила бы вращаться вокруг Солнца. Но гораздо быстрее.
Как появилось первоначальное движение?
Как же так получилось, что Земля движется по очень стабильной орбите? И никогда не приближается к Солнцу, и не удаляется от него?
На само деле это не совсем так. В течение года мы приближаемся немного ближе к нашей звезде, или оказываемся чуть дальше от него. Но в сумме это расстояние всегда примерно одинаково. И так происходит на протяжении миллиардов лет. Да, орбита Земли, — это не идеальный круг. Этот же принцип применим и к движению Солнца вокруг центра нашей Галактики. Если бы мы могли остановить Землю (относительно Солнца), а затем позволить ей свободно двигаться, наша планета непременно столкнулась бы со своей звездой.
Земля (как и планеты, астероиды и т.д.) родилась из материала, который изначально вращался вокруг Солнца. Мы называем этот материал, который имел форму гигантского кольца, окружающего звезду, аккреционным или протопланетным диском. И это обычное явление у молодых звезд. Этот аккреционный диск имел стабильное спокойное вращение. Таким образом, первоначальное движение является не чем иным, как следствием поддержания начальной орбитальной энергии планетезималей, которые объединялись и сталкивались, пока не сформировали Землю. Также образовались и все остальные планеты Солнечной системы.
Источник
Почему планеты не падают и вращаются вокруг Солнца?
Потому что планеты движутся вокруг Солнца с достаточной горизонтальной скоростью, чтобы как бы падать на неё, но при этом промахиваться и улетать в сторону. Причем промахиваться настолько, что планета пролетает мимо звезды почти на том же расстоянии, на каком она находилась изначально. А Солнце в свою очередь не отпускает планету и держит её в своих цепких гравитационных «лапах». Этот «танец» приводит к тому, что планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Если бы планеты двигались достаточно медленно, то их траектория стала бы баллистической и планеты бы упали на Солнце.
Так, конечно, объяснять не совсем принято, но я считаю, что всё познаётся в упрощении. Одно из таких знаменитых упрощений — «пушечное ядро Ньютона» — мысленный эксперимент, описанный Сэром Исааком Ньютоном в «Трактате о системе мироздания». В нём великий учёный просит представить пушку, стоящую на высокой горе. Для простоты скажем, что на планете отсутствует атмосфера, ведь она будет только мешать. Также представим, что эта пушка может регулировать силу выстрела. И вот мы выстреливаем первый раз — пушечное ядро пролетает некоторое расстояние и падает на землю. Выстреливаем второй раз, уже с большой силой, — ядро так же падает на землю, но уже на большем расстоянии, чем первое. Логика, я думаю, понятна. Мы можем выстрелить с такой силой, что ядро упадёт на обратной стороне планеты. А можем выстрелить так, что снаряд вылетит с такой скоростью (первой космической¹), что он просто не сможет упасть на поверхность Земли и пролетит мимо неё, вернувшись обратно к пушке. Всё, что нам нужно — вовремя убрать артиллерийское орудие. И ядро так и будет бесконечно вращаться вокруг Земли, то есть двигаться по орбите. Выстрелим ещё сильнее — ядро так же будет вращаться по орбите, но эта орбита уже будет вытянутой (с большим эксцентриситетом²). А если выстрелить слишком сильно, то ядро вылетит уже со второй космической скоростью³, преодолеет гравитационное притяжение Земли и улетит в далёкий космос (будет, как планеты, вращаться вокруг Солнца).
В этом мысленном эксперименте пушка лишь придаёт импульс, выстреливая снаряд с необходимой скоростью. В реальности эту скорость нужному грузу сообщает ракета-носитель, которая по-началу летит вверх, преодолевая плотные слои атмосферы, а потом начинает наклоняться, увеличивая горизонтальную составляющую своей скорости, чтобы выйти на необходимую орбиту.
Кто «выстреливал» планеты? Никто. Планеты образованы из протопланетного диска — остаточного материала формирования нашего Солнца. Этот остаточный материал был частью облака молекулярного газа и в силу определённых причин начал распределяться в экваториальной плоскости молодой звезды, образовав диск. И из этого диска вещества, который изначально вращался вокруг звезды, начали появляться планеты.
Первая космическая скорость¹ — минимальная горизонтальная скорость, которую необходимо придать объекту, чтобы он совершал движение по круговой орбите вокруг планеты.
Эксцентриситет² — числовая характеристика конического сечения, показывающая степень его отклонения от окружности.
Вторая космическая скорость³ — наименьшая скорость, которую необходимо придать объекту, масса которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела (например, планеты), для преодоления гравитационного притяжения этого небесного тела и покидания замкнутой орбиты вокруг него.
Источник
Почему Земля не падает на Солнце?
Продолжаем менять наше восприятие реальности при помощи такого легального инструмента, как общая теория относительности. Ну и книги Хокинга «Мир в ореховой скорлупе».
В прошлых статьях мы говорили о зарождении теории относительности; о том, что предлагает физика для продления жизни; что будет, если путешествовать на волне света; и как общая теория относительности породила ядерное оружие.
- откуда берутся чёрные дыры;
- как меняется пространство-время под объектам;
- что было в начале жизни Вселенной и что происходит сейчас.
Проблемка: теория относительности не сходится с законом тяготения Ньютона!
Закон тяготения Ньютона говорит о том, что если перераспределить материю в одной части Вселенной, то гравитационное поле мгновенно изменится во всей Вселенной. Слово «мгновенно» неприменимо для теории относительности, потому что оно означает во-первых, распространение изменений со сверхсветовой скоростью, что невозможно; во-вторых, для слова «мгновенно» необходимо, чтобы время было абсолютно, едино для всех и вся во Вселенной, что также невозможно: время индивидуально, т. е. для каждого течёт по-своему, об этом мы говорили здесь .
Гравитация и ускорение эквивалентны
Примерно в 1911 году Эйнштейн понял, что есть тесная взаимосвязь между гравитацией и ускорением. Например, если тебя, дорогой читатель, поместить в небольшое замкнутое помещение без окон (что-то вроде кабины лифта), то ты не сможешь определить, стоит это помещение неподвижно на Земле или летит с ускорением в открытом космосе.
Эйнштейн подумал годик и понял, что гравитация и ускорение должны быть эквивалентны если пространство-время искривлено.
У Альберта был друг Марсель Гроссман. Он помог Эйнштейну изучить теорию искривлённых пространств, и в 1913 году они написали статью, где предположили, что гравитация — это искривление пространства-времени. Новая теория об искривлении пространства-времени стала называться Общей теорией относительности , а старая теория, не включающая пространство-время, стала называться Специальной теорией относительности.
Подтверждение Общей теории относительности
В 1919 году Артур Эдингтон поехал в Западную Африку для того, чтобы подтвердить Общую теорию относительности. 29 мая 1919 года застала солнечное затмение. Это позволило наблюдать смещение видимого положения звезды, свет от которой проходил вблизи Солнца. Искривление пространства-времени Солнцем вызвало отклонение света, исходящего от звезды, находящейся за Солнцем.
Таким образом, человечество узнало, что пространство-время не пассивный фон, на котором происходят события Вселенной, а непосредственный участник этих событий.
Почему Земля не улетает от Солнца?
Действительно, что держит её? Космос такой большой, а она застыла у одной звезды.
Представьте, что пространство-время — это ткань. Если натянуть ткань и положить на неё, допустим, монету, ткань под монетой прогнётся, образовав воронку. Точно так же Солнце и другие объекты, даже Земля, прогибают под собой «ткань» пространства-времени. Всё, что находится рядом с объектом, попадает в воронку. Так Земля находится рядом с Солнцем, потому что она находится в воронке, которую образовало Солнце в пространстве-времни.
Источник
Почему Земля не падает или куда мы летим.
Никогда не задавались вопросом: статична ли земля в своем положении, а если нет, то куда она летит, да и вообще почему она не падает, ведь она весит в «воздухе» (в вакууме).
Вопрос конечно резонный, но для того чтобы куда-то упасть, вас должно что-то притянуть.
Нас притягивает Земля, именно поэтому все предметы и стремятся к ее центру. А что притягивает Землю?
Я уже писал статью про гравитацию так что здесь пробежимся лишь поверхностно.
Все объекты притягиваются друг другу и чем больше масса и меньше расстояние, тем сильнее притяжение.
Земля.
И так, наш голубой шарик вращается вокруг Солнца, за счет искривления массой Звезды пространства-времени. Но мы не просто вращаемся по орбите, завершая свой оборот вокруг солнца за 365 дней (а точнее 365,2425 дней — это кстати и есть год) и оборот вокруг своей оси за 24 часа (сутки), наша ось вращения не перпендикулярна линии эклиптики (плоскость орбиты планеты вокруг солнца), она наклонена на 23.44 градуса. Т.е. если провести вертикальную линию через северный и южный полюс нашей планеты нужно будет наклонить Землю от вертикальной оси на 23.44 градуса. Никогда не обращали внимание на глобусы на подставке, они имеют такой же наклон в 23,44 градуса.
Тоже самое и с компасом, он указывает не на северный полюс — т.е. истинный полюс, который отклонен, стрелка компаса показывает нам магнитный полюс. Магнитный полюс не так то прост как кажется, он не только не совпадает с истинным, но еще и постоянно находится в движении — он смещается в северном — северо-западном направлении, кроме того, в течение суток он описывает на поверхности Земли овал с размером большой оси до 85 км. Таким образом любые его координаты являются временными и неточными. А со второй половины 20 века полюс начал довольно быстрое движение в сторону Таймыра. В 2009 году была зафиксирована скорость движения в 64 км в год. Противоположностью Северного магнитного полюса является Южный магнитный полюс. Так вот если Северный и Южный истинный полюс являются антиподальными точками (точка на земной поверхности диаметрально противоположная данной) т.е. если воткнуть иглу в центре северного истинного полюса, она выйдет в центре истинного южного, то с магнитными полюсами так не выйдет — игла промахнется на выходе.
Что-то я опять ушел от темы. Вернемся к наклону оси. Что же он нам дает? А дает нам он смену времен года. Именно наклону мы обязаны четырем сезонам: Зиме, Весне, Лету и Осени. Не будь этого наклона, в каждой части земли был бы только один сезон. Вечное лето вблизи экватора и вечная зима ближе к окраинам. Но в текущем положении все иначе. Мы имеем стабильную смену времен года. При чем если в северном полушарии солнечное Лето, то в южном буйствует Зима.
Почему? Все из-за количество солнечного света попадающего на поверхность, в летнее время «пучок света» более сконцентрирован (полушарие повернуто к солнцу), что дает больше тепла, а в зимнее время он, более размазан по поверхности, так как зимнее полушарие отклонено от солнца, что меньше согревает поверхность земли. Замечали солнце зимой, оно не поднимается высоко, чуть выглянет из-за горизонта, пробежится, и обратно. Летом же наоборот вылезает на самых верх.
Так куда же мы летим, и почему не падаем (про Землю).
А летим мы вокруг солнца, против часовой стрелки (если смотреть на северный полюс сверху) со орбитальной скоростью 29,783 км/c или 108 000км/ч, Солнце в свою очередь и естественно вместе с нами дрейфует вокруг соседних звезд на скорости 70000 км/ч, примерно в направлении звезды Вега в созвездии Лиры, а так как мы (солнечная система) это часть огромной галактики Млечный путь, то мы вращаемся вокруг ее центра на скорости 792000 км/ч уже по часовой стрелке. Вся галактика так же двигается в направлении созвездия Льва и Девы со скоростью 2,1 млн км/ч к вещи под названием Великий Аттрактор — гравитационная аномалия, расположенная в межгалактическом пространстве на расстоянии примерно 75 Мпк, или около 250 млн световых лет от Земли в созвездии Наугольник. Этот объект скорее всего является огромным сверхскоплением галактик. Средняя плотность вещества в районе Великого Аттрактора ненамного больше средней плотности Вселенной, но за счет гигантских размеров его масса оказывается настолько велика, что не только наша звездная система, но и другие галактики и их скопления поблизости (в том числе скопление Девы, ряд близких сверхскоплений) двигаются в направление Великого Аттракта, формируя огромный поток галактик.
По итогу мы падаем, просто падаем, только вот упасть нам по сути некуда, так как пола у вселенной нет. Да и само движение относительно. Представьте себя космонавтом в открытом космосе, где не видно ни звезд ни объектов по которым можно определить двигаетесь вы или нет. И тут в дали вы замечаете другого космонавта, двигающегося на встречу к вам. Он приближается, приближается и пролетает мимо вас в двух метрах улетая прочь. Кто же из вас двигался? А кто оставался на месте? С вашей точки зрения двигался несомненно он. Но с точки зрения второго космонавта, двигались- вы, а он находился на месте. Кто прав? Все зависит от точки наблюдения. Если для вас двигался он, то для него вы. А если добавим третьего наблюдателя со стороны, он может сказать, что вы со вторым космонавтом двигались друг на встречу другу, в то время как он сам бы неподвижен. Вот такая относительность.
Хорошего всем настроения.
Понравился материал? поставьте лайк- вам нетрудно, а мне приятно, так я буду понимать, что материал интересен и делать больше подобных выпусков.
Слева кнопки- можно поделится в соцсетях.
Больше интересного в других статьях.
Подписка — плюсик в вашу карму.
Источник