Почему вертится Земля и другие космические объекты?
Каждый день Земля делает один оборот вокруг своей оси, вот почему на нашей планете существуют восходы и закаты. Наш каменистый космический дом вертится с тех самых пор, как сформировался 4,6 миллиардов лет назад и будет продолжать вращаться до конца времен, которые, вероятно, наступят после того как Солнце превратится в красного гиганта и поглотит ближайшие планеты. Но когда наша Солнечная система только родилась, все обломки ранней звездной системы вращались вокруг Солнца примерно в одном и том же направлении. Сталкиваясь, обломки также вращали Землю и почти все остальные объекты в Солнечной системе – в этом направлении. Но почему все космические объекты вообще вращаются?
Все объекты во Вселенной вращаются
Как сформировалась Земля и Солнечная система?
Наша планета образовалась из диска газа и пыли, который вращался вокруг новорожденного Солнца. Кусочки пыли и камней в процессе вращения слиплись вместе, формируя планету. По мере ее роста камни продолжали сталкиваться с зарождающейся Землей, тем самым создавая силы, заставляющие ее вращаться. Еще больше интересных статей о Солнечной системе и ее планетах читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Солнце и Солнечная система образовались, когда облако пыли и газа обрушилось из-за собственного веса. Большая часть газа конденсировалась, чтобы стать Солнцем, в то время как оставшийся материал уходил в окружающий планетообразующий диск. Перед тем как коллапсировать, молекулы газа и частицы пыли двигались повсюду, но в какой-то момент некоторые из них немного сдвинулись в одном определенном направлении, приводя в движение его спин. Когда газовое облако коллапсировало, его вращение ускорилось – точно так же фигуристы начинают вращаться быстрее, поджимая руки и ноги.
Формирование Солнечной системы масштабное и красочное событие
Поскольку в космосе не так уж много места, чтобы замедлить ход событий, как только что-то начинает вращаться, оно обычно продолжает движение. У вращающейся ранней Солнечной системы в этом случае было много того, что называется угловым моментом – величиной, которая описывает тенденцию объекта продолжать вращение. В результате, после рождения Солнечной системы, все планеты, вероятно, вращались в одном и том же направлении. А о том, что ждет Солнце в будущем, я писала в предыдущей статье.
Как вращаются планеты Солнечной системы?
Но сегодня у некоторых планет свой собственный спин в движении. Так, Венера вращается в противоположном направлении, как и Земля, а ось вращения Урана и вовсе наклонена на 90 градусов. Ученые не совсем понимают, почему эти планеты такие, но кое-какие идеи у них есть.
Столкновение Венеры с обломками, возможно, привело к тому, что она стала вращаться в другую сторону. Но есть и другая теория – согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature в 2001 году, гравитационное взаимодействие с Солнцем наряду с другими факторами могло привести к замедлению и обратному вращению Венеры. В случае с Ураном исследователи предположили, что столкновения, а точнее одно крупное происшествие с участием нескольких объектов могло привести к вращению планеты в другую сторону.
На изображении симуляция вращения объектов во время формирования Солнечной системы
Вращение – это фундаментальное поведение объектов во Вселенной. Все в пространстве вращается в том или ином направлении.
Астероиды вращаются. Звезды вращаются. Галактики вращаются – по данным NASA, Солнечной системе нужно 230 миллионов лет, чтобы завершить один оборот вокруг Млечного Пути. Но одними из самых быстрых объектов во Вселенной являются пульсары – плотные вращающиеся объекты, которые по сути являются мертвыми массивными звездами. Существуют пульсары, которые могут вращаться сотни раз в секунду. Самый быстрый из известных науке был обнаружен в 2006 году и получил название Terzan 5ad. Он вращается 716 раз в секунду.
Наша Солнечная система – ничем не примечательна по меркам Вселенной
Как пишет Live Science, черные дыры могут быть еще быстрее. Одна из них, согласно результатам исследования 2006 года, под названием GRS 1915+105 вращается где-то от 920 до 1150 раз в секунду! Можете себе представить?
Но все космические объекты – отнюдь не вечный двигатель – они замедляются. Когда Солнце сформировалось, оно вращалось вокруг своей оси каждые четыре дня, в то время как сегодня на один оборот уходит около 25 дней. Исследователи полагают, что его магнитное поле взаимодействует с солнечным ветром, что и замедляет его вращение. Более того, вращение Земли тоже замедляется. Гравитация Луны притягивает Землю таким образом, что слегка замедляет ее движение. А проведенное в 2016 году исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the Royal Society A, показало, что за столетие вращение Земли замедлилось на 1,78 миллисекунды. Как ни крути, Вселенная очень странная.
Источник
Крутится, вертится — почему каждый объект во Вселенной находится в движении (3 фото)
Любая система звезд во Вселенной рождается из облаков газа и пыли. Они могут быть в сотни или даже в миллионы раз больше, чем Солнце. А вот первично очень рассредоточены и распределены на многие сотни и тысячи световых лет. Если они хоть как-то вращаются, то заметить это сложно, ведь для завершения одного цикла им требуются миллиарды лет. Вокруг них движется вся остальная материя и энергия, которая подвержена притяжению.
Газопылевое облако
Когда два объекта движутся относительно друг друга, гравитация, которую они создают, образует крутящий момент.
Приливное ускорение
Именно так этот феномен назвали астрофизики. Каждое тело, существующее во Вселенной, образовалось с угловым моментом. Из участков газопылевых облаков появляются отдельные звезды и системы. Так родилась и наша Солнечная Система.
Почему некоторые планеты вращаются вспять
Интересно, что осевое вращение небесного тела может существенно меняться. Это может случиться из-за влияния родительской звезды или же иного тела. Например, Венера и Уран. Эти объекты совершают движение в восточно-западном направлении, то есть в противоположную сторону относительно других планет нашей системы. Предположительно, угловой момент этих тел сместился из-за воздействия какого-то очень массивного тела, с которым они столкнулись в определенный момент своего существования.
Материя движется всегда и везде
Да, это кажется очень странным, ведь и мы, и наши дома сегодня, ровно как и неделю назад, находимся на одном месте. Однако и неделю, и сегодня, и через сто лет все на нашей планете будет продолжать лететь вместе с нею со скоростью вращения Земли вокруг Солнца. Она равна 108 000 км/ч. Наша планета проделывает долгий путь в 940 млн км за один цикл. И все живое на планете участвует в этом движении, совершенно не замечая этого.
А что насчет движения галактик
Они безостановочно перемещаются в космическом пространстве. Все дело в гравитации. Именно ее силы связывают их и не дают им рассредоточиться по всей безграничной Вселенной. Это значит, что через несколько миллиардов лет нашу галактику ждет встреча с галактикой Андромеды. Как это произойдет и чем именно закончится, пока неизвестно. Очевидно, более массивная просто-напросто проглотит свою соседку, образовав совершенно новую галактику.
Снимок процесса слияния галактик, полученный с помощью спектрографа Gemini
Возможно, жители Солнечной Системы и вовсе не заметят этого события. Вообще, разумную жизнь на планете Земля в тот момент будет волновать Солнце, которое вот-вот должно будет перейти на следующий этап своей эволюции — стать красным гигантом.
Вращается ли Вселенная
Вероятнее всего, нет. Чтобы понять это, ученые изучали карты космического микроволнового излучения — самого древнего света Вселенной. Карты появились на основе измерений, сделанных в течение пяти лет спутником. Долгие исследования показали, что Вселенная, вероятнее всего, направленности не имеет.
Источник
Теория относительности просто: разбираемся вместе с Хокингом
Всем приветик, сегодня вместе с Хокингом и его книгой «Мир в ореховой скорлупке» начнём разбирать теорию относительности. Чтобы не отвлекать вас, картинок сегодня будет мало. Пользуйтесь своим воображением, ничто не поможет вам лучше, чем оно.
Однажды Эйнштейну было 16 лет, и он задумался, каково это — путешествовать на луче света ? «Должно быть» — подумал он — » световой сёрфинг — это очень круто! » Однако он задумался: как бы выглядел другой луч света, путешествующий рядом с ним? Эту загадку Эйнштейн решал 10 лет, и в свои 25 лет таки нашёл ответ, который, между прочим, перевернул человеческое представление о мире. Что же это был за ответ, и что в нём такого необычного? Давайте разбираться.
Итак, Эйнштейну 25, он только что закончил Политехникум, теперь у него был диплом преподавателя физики и математики . Характер у него был так-себе, так что работу нашёл не сразу, да и ту — в патентном бюро.
В это время учёный мир пришёл к выводу, что Вселенную окутывает «магический» эфир , и свет, как и другие электромагнитные явления — это результат колебания эфира, и всё, что остаётся сделать, чтобы раскрыть тайны мироздания — это измерить и описать эфир. Об этом забавном заблуждении, господствующем тысячелетия, можете почитать здесь .
Свет движется не так, как всё остальное.
Как мы привыкли видеть мир, особенно движение в нём? Допустим, мы движемся со скоростью 60 км/ч. Навстречу нам тоже движется объект со скоростью 50 км/ч. Нам будет казаться, что объект движется на нас с очень большой скоростью. Вспомните путешествия на поезде: всегда кажется, что встречный поезд несётся куда-то слишком быстро, хотя его реальная скорость может быть ниже нашей.
Наоборот, если мы движемся вперёд со скоростью 60 км в час, и рядом с нами движется объект со скоростью 50 км/ч, нам будет казаться, что этот второй едет очень медленно. Даже если скорость второго объекта будет превышать нашу, нам всё равно будет казаться, что объект, движущийся в одном направлении с нами, движется медленно.
Такой же эффект планировали наблюдать и для света. Более-менее точный эксперимент по измерению скорости света был поставлен в 1887 году в Огайо. И, о УЖАС! Оказалось, что свет движется с одинаковой скоростью независимо от того, движется он на наблюдателя или от него! И даже независимо от того, движется ли сам наблюдатель ! СКОРОСТЬ СВЕТА ПОСТОЯННА. И равна она примерно 300.000 км в секунду.
Ещё одна особенность света
А вот другой пример из привычного нам мира: если мы сидим в поезде, мы воспринимаем себя как неподвижный объект , мы ведь просто сидим. Но для наблюдателя на платформе, который смотрит на нас в движущемся поезде, мы будем двигаться со скоростью поезда . Если мы вдруг встанем и куда-то пойдём в движущемся поезде, то для нас самих наша скорость будет равна примерно 5 км в час. Но для наблюдателя, который стоит на платформе, мы будем двигаться со скоростью, равной сумме нашей скорости и скорости поезда если будем идти в сторону движения поезда, и разности скорости поезда и нашей скорости, если мы будем идти в направлении, противоположном движению поезда.
Например, мы идём по вагону в сторону движения поезда со скоростью 5 км в час, поезд движется со скоростью 40 км в час, тогда наша скорость для наблюдателя на платформе будет равна 45 км в час (40 + 5). А если мы пойдём в противоположную движению поезда сторону со скоростью 5 км в час в поезде, который движется со скоростью 40 км в час, то наша скорость для наблюдателя на платформе будет 35 км в час (40-5).
Таким образом — скорость движения относительна , но это понял и рассказал всем ещё Галилей.
Но что же происходит со светом? Если поместить фонарь на поезд, и включить фонарь во время движения поезда, будет ли скорость света фонаря быстрее, чем скорость света фонаря, находящегося на неподвижной платформе? НЕТ! Мало того, что скорость света постоянна, и всегда будет одинакова вне зависимости от того, в какую сторону движется свет, но ещё и ничто не может двигаться быстрее скорости света — это предел в нашей Вселенной. И тут Галилей оплошал. Старая физика перестала во всём устраивать учёных и сочувствующих, ведь они не смогли с её помощью понять, почему свет всегда движется с одной и той же скоростью. На помощь в 1905 году пришёл Эйнштейн.
Специальная теория относительности
Вот тут начинаются чудеса. Казалось бы, ну постоянна скорость света вне зависимости от движения и направления этого движения, ну и что! А то, что из этого следует, что время для каждого течёт по-своему.
Загадочно, не правда ли? Эйнштейн начал с постулата о том, что законы физики для всех движущихся наблюдателей одинаковы. В том числе скорость света для всех этих наблюдателей должна быть одинаковой не зависимо от скорости и направления их движения. Из этого следует, что время для каждого наблюдателя идёт по-разному, время — это индивидуальный опыт. Время для двух человек течёт одинаково, только если они неподвижны относительно друг друга.
Чем быстрее мы движемся, тем медленнее идёт время. Иначе говоря, время расширяется.
Хочешь жить дольше — лети с запада на восток
Теория о непостоянном времени была подтверждена экспериментально. Хотя для нас она звучит дико, мягко говоря. Мы привыкли считать, что сидим мы или бежим, время для нас течёт одинаково. Но жизненный опыт не имеет ничего общего с реальностью 🙂
В одном эксперименте взяли два очень точных хронометра (это очень, очень точные часы). Один хронометр поместили в самолёт, который летел на запад, другой в тот, который полетел на восток. Когда оба самолёта вернулись, время на хронометрах было немного разным. Почему?
Давайте вспомним, что Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Самолёт, который летел на запад, летел в направлении, противоположном вращению Земли: в таком случае мы вычитаем из скорости вращения Земли скорость самолёта. Самолёт, который летел на восток, летел в том же направлении, в котором вращается Земля: в таком случае мы прибавляем к скорости самолёта скорость вращения Земли. Итак, самолёт, который летел на восток, летел быстрее, чем тот, который летел на запад. Вспоминаем, что чем быстрее движется объект, тем медленнее для него идёт время. Так и получилось: на хронометре, который летел на восток прошло меньше времени, чем на хронометре, который летел на запад. Правда эта разница была почти ничтожной.
Хокинг пошутил, что, если вы хотите прожить дольше, летите постоянно на восток. Правда выигрыш времени от такого полёта будет невелик, всего лишь доли секунды, и он будет полностью нивелирован качеством пищи, которой кормят на борту 🙂
Парадокс близнецов
То, что время не абсолютно, а зависит от наблюдателя, приводит к очень интересным парадоксам. Например, к парадоксу близнецов.
Возьмём двух близнецов. Допустим, им по 20 лет. Одного из близнецов оставим на Земле, а другого отправим к звезде Проксима Центавра на космическом корабле, движущимся со скоростью света . Это мысленный эксперимент, поэтому такая скорость возможна. В реальной жизни только свет может двигаться со скоростью света. Почему — узнаем немного позже.
Расстояние до Проксима Центавры равно 4,2 световым годам: т.е. свет от этой звезды доходит до нас за 4,2 года. Итак, полёт от Земли до звезды займёт 4,2 световых года, полёт от звезды до Земли тоже займёт 4,2 года — всего около 8 лет. Но это для нас, для тех, кто остался на Земле. Для того, кто летит со скоростью света туда-обратно пройдёт всего лишь несколько недель : не забываем, чем быстрее мы движемся, тем медленнее для нас идёт время. Таким образом, когда близнец-космонавт вернётся на Землю, ему так и будет 20 лет, ведь для него прошло всего несколько недель. А тому близнецу, который ждал брата-космонавта на Земле, будет уже 28 лет, для него полёт его брата занял 8 лет.
Парадокс близнецов подтвердился, когда НАСА отправило одного из братьев-близнецов на МКС на 340 дней (почти на год)! После возвращения на Землю у близнеца, который находился целый год на МКС, а значит двигался быстрее того, который остался на Земле, удлинились теломеры. Теломеры — это концевые участки ДНК. Чем длиннее теломеры, тем моложе организм. В общем тот брат, который пробыл почти год на орбите, был моложе чем тот, кто остался на Земле. Правда через некоторое время их показатели сравнялись.
Источник