Главный персонаж Вселенной

Главный персонаж Вселенной. Практически все, что мы видем в космосе зто звезды, более или мение похожие на Солнце. Разумеется, существует вещество и вне звезд планеты, их спутники, кометы и астероиды, межзвездные газ и пыль. Но все это- незначительно по отношению к гигантским звездам, объединенным в агрегаты различного масштаба от галактик до их скоплений.Но появляется аргименты, что во вселенной присутствуют небарионные вещества, состоящие из протонов и нейтронов, а из частиц неясной пока природы его взаимодействие с обычным веществом происходит толко через силу гравитации.

Более 10 млрд. лет назад, когда происходило расширение вселенной, наш мир был заполнен очень горячем однородным веществом и излучением, причем по плотности энергии излучение превосходило вещество.Но еще многие сотни миллионов лет после того, как вещество стало основным компонентом вселенной оно оставалось практически однородным лишь звуковые волны, бегущиев разных направлениях, слабо возмущали его плотность. Но до сих пор астрономы не знают точно, как произошло деление подчти однородного вещества на звезды.

Принципиальных трудностей в понимании этого процесса нет. Распространение звуковых волн создает в космическом веществе перепады плотности.В космических масштабах, в некоторых облостях повышенной плотности газа его давление не способно противостоять его же собственному тяготению, то случаино возникшее уплотнение продолжет сжиматься. По-видемому, именнно такой процесс гравитационной неустойчивости пордил звезды и звездные системы, власть в которых захватила гравитация.

Итак, в мире звезд царствует гравитация. Остальные физические взаимодействия магнитные, ядерные практически никакой роли в жизни звезд и в эволюции звездных систем не играют. Сила гравитации чрезмерно простым законом, изложенным И. Ньютоном в 1687г. и описывающим взаимодействие двух материальных точек. Он применил их к большим телам, т. к. каждоеиз них можно представить, как совокупность точек.Закон всемирного тяготения ньютона гласит две точки притягиваюттся друг к другу силой прямопропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату растояний между ними. Закон гравитации прост для математики, но физик и астроном помнят, что реальные тела не точки, а протяженные объекты.

Значит, производя расчеты, придется иметь дело с интегрированием, т. е. вычислением суммы сил, действующих на пробное тело со стороны всех частей какой-либо звезды или планеты.В наше время такую задачу нельзя назвать сложной компьютер решит ее за секунды.

Но во время Ньютона многократное суммирование было чрезвичаино трудоемкой операцией, которую приходилось выполнять пером на бумаге.ньютон продвинулся далеко в своих исследованиях благодоря двум теоремам, которые он создал Теорема 1. Сферическое тело постоянной плотности притягивает находящуюся снаружи материальную точку так, как будто вся масса тела сосредоточена в его центре.Эта теорема дала возможность небесным механикам, вычисляющим движение звезд, планет и космических аппаратов, свести большенство задач о взаимодействии космических тел к задаче о притяжении двух точек.

Счастье в том, что большенство небесных тел можно уподобить последовательности вложенных друг в друга сфер постоянной плотности.Например, у подчти шарообразной земли плотность растет к центру разбив ее на бесконечное количество сферических слоев, мы убеждаемся, что каждыйиз них притягивает внешнюю точки так, будто вся его масса сосредоточена в центре, поэтому суммирования сил не требуется с высокой степенью точности Земля притягивает внешние тела как точка.

Теорема 2. Если материальную точку поместить внутри однородной среды причем в любом месте, а не только в центре, то она не ощутит притяжения этой сферы, поскольку силы, действующие на нее со стороны всех элементарных частей сферы, в точности уравновесятся.Эта теорема помогла тем специолистам, которые изучают недра небесных тел стало возможным решать задачи, мысленно поместив наблюдателя внутрь планеты и не заботясь о тех слоях вещества, которые находятся снаружи от него, поскольку их суммарное притяжение равно нулю. Ньютон решил и задачу о том, как движутся две материальные точки, например планета и ее спутник, взаимно притягивающие друг друга по закону гравитацииони обращаются по эллиптической орбите вокруг общего центра масс, лежащего в фокусах элипсов.

Если сила взаимодеиствия изменяется обратно квадрату растояния, то спутник действительно должен двигаться по элипсу.

Но теория Ньютона не только объяснила уже извесные закономерности- она открыла и перспективуэлипс окозался лишь частным случаемтраектории взависимости от начальной скорости спутника ею могло быть любое коническое сечение- окружность, парабола, гипербола или, в предельном случае, прямая. Любопытно, что закон тяготения в формулировки Ньютона справедлив только в нашем, трехмерном пространстве.Если бы мы жили в геометрическом пространстве большего или меньшего числа измерений, закон притяжения имел бы иную форму.

Например в четырехмерном пространствесила была бы обратно пропорциональна кубу растояния. Но зачем издеваться над простым и изящьным законом Ньютона, дающим зависимость 1R2 Дело в том, что, обращаясь к реальным небесным объектам, мы замечаем их отличие от идеальных сфер. Форма Земли и Солнца лишь в первом приближении похожа на сферу.Известно, что Земля по причине вращения сплюснута вдоль полярной оси расстояние между ее северным и южным полюсами на 43 км меньше, чем между противолежащими точками экватора.

Из-за этого, к сожалению, теория Ньютона в точности не выполняется, и Земля притягивает к себе не как помещенная в ее центре массивная точка- а по более сложному закону. Нарушается простота ньютоновского закона, а значит, нарушается и простота взаимного движения тел. При этом их орбиты получаются не замкнутыми и гораздо более сложными, чем эллиптические.Действительно, наблюдая за планетами, астрономы обнаружили, что все они движутся не точно по эллипсам, а скорее по розеткам.

Разумеется, это никого не удивило, поскольку, начиная с Ньютона, все ясно понимали, что простой эллипс, как и сама задача о двух точках, лишь первое приближение к реальности. Учитывая взаимное притяжение планет, обращающихся вокруг Солнца, удалось подчти полностью объяснить форму их орбит.Траектории спутников, близких к своим планетам, в основном искажаются из-за несферичности планет, а на движение далеких спутников в их числе- Луна решеющее влияние оказывает Солнце.

Но тщательное наблюдения не стыковались с теорией Ньютона. Не все получало физического объяснения. Например, ближайшая к Солнцу планета Меркурий движется по давольно вытянутой эллиптической орбите, поворот оси которой легко заметить. Обычно этот поворот выражает как скорость углового перемещения перигелия- ближайшей к Солнцу точки орбиты.Наблюдения показывают, что перигелий Меркурия поворачивается на 574 за столетие в сторону движения самой планеты.

Было доказано, что поворот на 531 за 100 лет вызван влияния других планет- в основном Венеры, Юпитера и Земли. Это 93 от наблюдаемого эффектаказалось бы, можно радоваться. Но оставшиеся 43 в столетие не давали астрономам покоя сказывалась профессиональная гордость за пресловутую астрономическую точность. Обнаружев неувязку в движении Меркурия, Леверье решил, что ему вторично улыбнулась удача, как в случае с Нептуном.Он вычислил параметры неизвестной планеты, которая могла бы находиться внутри орбиты Меркурия и дополнительно возмущать его движение.

Ее долго искали, но не нашли. Поэтому возник парадокс ньютоновская физика объясняет движение всех тел Солнечной системы, кроме Меркурия. К счастью пришел на помощь Энштейн и обьяснил, что теория Ньютона- это лишь первое приближение к описанию природы.Вместо мелких поправок к ньютоновской теории тяготения Энштейн внес в физику нечто совершенно новое- общую теорию относительности ОТО. Правда ее математическая форма не так проста, как у ньютоновской теории, зато она правельно описывает притяжение и движение тел. Когда на основе ОТО было рассчитано движение Меркурия, теория сошлась с наблюдениями в пределах такой точности, какую только могут дать современные астрономы.

Даже значительно меньший эффект- поворот эллиптической орбиты Земли всего на 4 в столетие- весьма точно объясняется в рамках ОТО. Но спустя время в замечательном согласии энштейновской физики с астрономическими наблюдениями был также усмотрен парадокс.

Суть его в том, что все расчеты, как по Ньютону так и по Энштейну, проводились для сферического солнца, будто вся его масса сосредоточена в центре. Но Солнце вращается, значит сферическим оно быть не может. В телескоп мы наблюдаем вращение его поверхности с периодом 25.4 сут. Если с таким же периодом вращаются и недра Солнца, то фигура его должна быть сплюснутой.Если же внутренность Солнца вращается иначе, то и сплюснутость будет иная. Требовалось точно знать, какова форма Солнца и как именно оно вращается.

Теория Энштейна утверждает, что в силе притяжения объекта сказывается не только отличие его формы от идеального шара, но характер вращения даже тяготение идеального шара будет разным в зависимости от того, неподвижен он или вращается.Гравитационнное вращающегося тела в рамках ОТО имеет вихривой компонент тело не только притягивает обьекты, но и раскручивает их вокруг себя. Правда, измерения других исследователей не подтвердили сильную сплюснутость Солнца.

До конца эта проблема не решена и по сей день. Уже многие годы над ней работают астрономы и физики одни изучают Солнце, измеряют скорость его вращения и степень сплюснутости, другие рассчитывают движение планет вокруг вращающейся и сжатой звезды в рамках различных теорий тяготений. От формы звезды зависит взаимодействие с соседями, а те в свою очередь влияют на ее форму. Рассмотрим близкий пролет двух случайных звезд.Если в процессе сближения они остаются шарообразными, то притягиваются по закону Ньютона, а значит, движутся по гиперболическим траекториям и после движения вновь рассходятся на бесконечность.

На самом же деле взаимное приливное влияние искажает форму звезд- они становятся вытянутыми элипсоидами, и это влияет на их движение. Приближаясь друг к другу, звезды вытягиваются вдоль соединяющей их прямой.Этот эффект называют приливным по аналогии с морскими приливами, возникающими на Земле под влиянием Луны. Как и в земных океанах, на поверхности звезды возникают приливные выступы- горбы, а поскольку звезды движутся, приливной горб пытается отследить направление между ними. Но в силу инерции вязкости он не может точно следовать движению звезд сначала запаздывает, а затем опережает его. В результате взаимодействие происходит по ньютоновскому закону более близкий горб притягивается сильнее, чем более далекий, а следовательно, возникает составляющая силы притяжения, тормозящая движение звезд по орбите и уводящая ее с простои гиперболической траектории.

Звезда переходит на эллиптическую орбиту и оказывается навсегда привязанной к этому светилу, с которым она случайно приблизилась.

Так и из двух одиночных звезд образуется двойная система. Формирование двоиных систем влияет на эволюцию звездного скопления, в котором они живут. Объединившись, звезды весьма своеобразно взаимодействуют друг с другом и с одиночными членами скопления, заставляя последних двигаться более интенсивно.От встреч с другими звездами быстро эволюционируют и сами двойные светила.

Некоторые из них зближаются и обмениваются веществом, что приводит к их омоложению и порождает весьма экзотические объекты, обнаруженные в последние время в звездных скоплениях- рентгеновские и ультрафиолетовые источники, вспыхивающие звезды и быстрые пульсары, молодые беллые карлики и омолодившиеся нейтронные звезды.А в основе этого астрофизического разнообразия лежит гравитационнае взаимодействие звезд, вкотором еще не мало загадок.