WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

5. Эволюция движения планет, их спутников и комет

Из предыдущего следует, что тела относительной массы N < 0,041 подвержены гравитационному захвату. Для всех планет, их спутников и комет это условие выполняется.

Расстояние ro между телами, при котором начинается гравитационный захват, не прямопропорционально относительной массе тел, а сложным образом зависит от относительной массы и будущих параметров орбиты планеты. Порядок этого расстояния для планет составляет 1015 - 1018 см, что намного меньше расстояния от Солнца до галактического центра, но соизмеримо с расстоянием от Солнца до ближайших звезд.

Отметим, что время от начала захвата планет до их перехода на орбиту ττmin намного меньше времени их орбитального движения. Время жизни планет на орбитах и суммарное время с начала их гравитационного захвата для любой планеты не превышает космогонического возраста Земли (4,5⋅⋅109 лет). Полное время жизни планет на орбитах составляет от 5,3⋅⋅1010 до 9,1⋅⋅1011 современных земных лет.

Большие времена жизни планет на орбитах вовсе не означают, что планеты (или иные космические тела), смогут существовать в течение этого времени. Рассчитанное время жизни планет (или иных космических тел) лишь показывает возможность, ресурс их орбитального движения. Реальное время существования космического тела на орбите определяется многими космическими обстоятельствами и, в первую очередь, временем жизни центрального тела орбитальной системы.

При анализе орбитального движения планет нас интересует прогноз, в течение какого времени на планетах сохраняются примерно одинаковые космологические условия (расстояние от Солнца, период обращения) Как видно из рис.1, достаточно близкие космологические условия сохраняются на планетах в течение времени эволюции их орбит при изменении эксцентриситета от ен до е = 0 и далее от е = 0 до е = ⎢⎢ен⎢⎢. Действительно, на этом интервале движения как большие полуоси орбит планет, так и их периоды обращения несущественно отличаются. При последующем увеличении эксцентриситета
(⎢⎢ен⎢⎢ < е < екр) космологические условия на планетах будут все более заметно отличаться от начальных.

Поскольку современные эксцентриситеты орбит всех планет не превышают ⎢⎢ен⎢⎢ ≈≈ 0,33, то можно с уверенностью полагать, что космологические условия на планетах от начала их орбитального движения до наших дней были близкими начальным. По мере увеличения эксцентриситета орбит планет они все больше будут удаляться от Солнца и, следовательно, климат на планетах будет становиться все более жестким (температура поверхности планет будет уменьшаться, влажность атмосферы уменьшится и т.п.).

Результаты расчета энергетических характеристик планет показали, что основную долю энергии составляет энергия орбитального движения Ep, на вращение планет и их гравитационное излучение затрачивается значительно меньше энергии (за исключением планет-гигантов, для которых энергия, затрачиваемая на их вращение Es, соизмерима с энергией их орбитального движения Ep). Начальная энергия орбитального движения меньше современной (также, как и критическая энергия орбитального движения). Следовательно, энергия орбитального движения планет имеет максимум (при е = 0). Энергия, затрачиваемая на вращение планет, наибольшая в начальный момент (то есть в момент перехода планеты на орбиту), по мере увеличения эксцентриситета орбиты энергия, затрачиваемая на вращение, уменьшается. Для планет - гигантов за период от момента перехода на орбиту до настоящего времени их энергия, затрачиваемая на вращение, мало изменилась.

Начальная энергия излучения гравитационного диполя планет меньше, чем современная (также как и критическая энергия излучения). Энергия излучения гравитационного диполя планет имеет максимум (при е = 0).

С дипольным излучением периферийных тел непосредственно связана периодическая (со временем, равным периоду обращения) деформация объема центральных тел. Так, дипольное излучение планет влияет на деформацию объема Солнца. Наибольшее влияние на периодическую деформацию объема Солнца оказывает дипольное излучение Венеры, Меркурия, Земли и Юпитера с цикличностью, соответствующей периодам обращения этих планет. Влияние остальных планет на деформацию объема Солнца мало, хотя и им, конечно, соответствуют определенные циклы деформации объема. Поскольку дипольное излучение поляризовано по эллипсу, то наибольшая деформация объема Солнца происходит в момент прохождения планетой ее перигелия.

Та же самая картина соответствует движению спутников вокруг своих планет. Так, дипольное излучение Луны приводит к периодической деформации объема Земли, что проявляется как в деформации Земной коры, так и в приливах и отливах океанов.

Поскольку движение спутников планет подчиняется тем же закономерностям гравитационного захвата, что и движение планет относительно Солнца, то все полученные зависимости применимы и к анализу движения спутников планет. Как и для планет, для каждого спутника характерны те же этапы его эволюции: сближение на интервале [1, ρρmin], переход к орбитальному движению, орбитальное движение, уход с орбиты и движение по параболической траектории. Результаты расчета начальных, современных и критических параметров, определяющих движение спутников планет, показали, что величина ro для спутников планет составляет от 1010 до 1014 см, что соизмеримо с параметрами орбит планет. Современное время жизни на орбите спутников планет намного меньше времени жизни самих планет. То же самое относится к сравнению критического (полного) времени жизни на орбите спутников планет и критического времени жизни самих планет. Поскольку критическое время жизни спутников планет намного меньше критического времени жизни самих планет, то за время жизни на орбитах возможен переход спутника от одной планеты к другой планете (или спутник, будучи захвачен Солнцем, может стать планетой).

Как и на планетах, на спутниках сохраняются достаточно постоянные космологические условия (большая полуось эллипса, период обращения) в течение периода эволюции их орбит от ео до ⎢⎢ен⎢⎢. При дальнейшем увеличении эксцентриситета орбиты спутника космологические условия для него будут все больше отличаться от начальных.

Расчеты энергетических характеристик спутников планет показали, что наибольшая доля энергии затрачивается на их орбитальное движение. Отношение энергии гравитационного дипольного излучения к энергии, затрачиваемой на орбитальное движение, для спутников того же порядка, что и для планет.

С дипольным гравитационным излучением спутников связана периодическая (со временем, равным периоду обращения) деформация объема планет. Так, на деформацию объема Сатурна наибольшее влияние оказывают его спутники Тефия, Титан, Диона, Рея и Мимас, а на деформацию объема Юпитера - его спутники Европа и Ганимед. Впрочем, и остальным спутникам соответствуют определенные циклы деформации объема планет, причем наибольшая деформация объема планеты происходит в момент прохождения спутником его перигелия. Конечно, вследствие гравитационного взаимодействия спутника с планетой происходит и деформация объема самого спутника.

Кометы - это планеты, прошедшие первые два этапа эволюции и находящиеся в настоящее время на ее третьем этапе (е →→ екр), то есть наиболее долгоживущие орбитальные тела планетной системы. Поэтому анализ движения комет может привести к оценке времени жизни нашей планетной системы.

Масса кометы намного меньше массы Солнца, поэтому N << 1 и для оценки характеристик движения комет можно принять, что начальный эксцентриситет орбиты любой кометы ен ≈ 0,333. Современные большие полуоси орбит комет aк и эксцентриситеты орбит ек известны. Следовательно, можно рассчитать и остальные характеристики орбитального движения комет.

Результаты расчетов показали, что полное число оборотов, совершенных кометой с наибольшим эксцентриситетом орбиты (комета Галлея, ек = 0,967) составляет n = 1,87⋅⋅109, а средний за все время орбитального движения период обращения = 12,8⋅⋅108 сек. Отсюда следует оценка времени жизни кометы Галлея на орбите Te ≈≈ 71,8⋅⋅109 лет. Она же является оценкой возраста нашей планетной системы.

6. Эволюция системы Земля - Луна

Луна - единственный спутник Земли и ближайшее к нам небесное тело. Луна движется вокруг Земли по приблизительно эллиптической орбите в направлении против часовой стрелки, если смотреть на орбиту Луны со стороны Северного полюса мира. Движение Луны вокруг Земли является очень сложным, эллиптическое движение по орбите представляет собой лишь первое приближение. На него накладываются возмущения, обусловленные, главным образом, притяжением Солнца и планет. Период обращения Луны вокруг Земли (сидерический месяц) подвержен небольшим колебаниям.

Так как Луна обращается достаточно близко от Земли, то в настоящее время представляется возможным измерять характеристики ее орбиты с большой точностью (например, измерение расстояний можно проводить с точностью до долей метра, периода обращения - с точностью до микросекунд).

Расчеты показали, что многие из характеристик движения Луны аналогичны таким же характеристикам других спутников планет Солнечной системы. Однако некоторые расчетные характеристики гравитационного захвата Луны не соответствуют общим закономерностям гравитационного захвата. Так, расчет характеристики для Луны приводит к абсурдному результату: отношение, чего не может быть, так как отношение средней скорости к максимальной на интервале движения [1, ρρmin] должно быть меньше единицы (что и подтверждается расчетами этой же характеристики для остальных спутников планет и самих планет).

Из остальных особенностей гравитационного захвата в системе Земля-Луна отметим следующие. Гравитационный захват Луны начался на расстоянии от Земли rо ≈≈ 15,2⋅⋅1010 см (1,06 а.е.) и проходил в течение очень короткого времени (ττmin ≈≈ 26,8 суток). Так как Солнце притягивает Луну в несколько раз сильнее, чем Земля, то гравитационный захват Луны Землей, вероятно, стал возможным в такой ситуации, когда Земля находилась между Солнцем и Луной, то есть на начальном этапе гравитационного захвата притяжение Солнца способствовало сближению Луны с Землей. Это событие произошло примерно 644 тыс. лет назад. За время своего орбитального движения Луна совершила примерно 7,8 млн. оборотов вокруг Земли, так что с каждым оборотом эксцентриситет ее орбиты уменьшался в среднем на величину ΔΔeо ≈≈ 5⋅⋅10-8 1/об, большая полуось орбиты уменьшалась на 0,91 м/об, а период обращения уменьшался на 0,01 сек/об.

Отметим, что начальный (при переходе на орбиту) период вращения Луны составлял примерно 2,55⋅⋅107 сек (≈≈ 0,81 современного земного года) и постепенно уменьшался, приближаясь к периоду вращения, точно равному сидерическому месяцу (2,36051⋅⋅106 сек). Такое совпадение периодов осевого вращения и орбитального обращения Луны вызвано трением приливов, которые Земля производила в оболочке Луны.

Критический эксцентриситет орбиты Луны eкр = 0,47121; при этом критическое расстояние от Луны до Земли акр ≈≈ 4,9⋅⋅1010 см, то есть порядка современного расстояния от Луны до Земли, а критический период обращения Ткр ≈≈ 342,45⋅⋅104 сек порядка современного периода обращения Луны. Полное время жизни Луны на орбите составит Те ≈≈ 45 млн. лет. Учитывая, что Луна уже провела на орбите ≈≈ 644 тыс. лет, ей осталось существовать на орбите ≈≈ 44,3 млн. лет. По прошествии этого времени Луна уйдет из сферы притяжения Земли и, с большой вероятностью, будет захвачена Солнцем, став одной из планет Солнечной системы.

Существует мнение, что под влиянием космических факторов Луна может изменить свою орбиту, перейти на другую орбиту и столкнуться с Землей. Конечно нельзя полностью отвергать возможность перехода Луны на другую орбиту, хотя вероятность такого события трудно оценить. Но, как это следует из теории гравитационного захвата, даже после перехода на другую орбиту Луна не может быть притянута Землей, так как этому будет препятствовать электрическое (или магнитное) отталкивание одноименно заряженных тел.

Исследования последних десятилетий показали, что возраст лунных пород, определенный по распаду радиоактивных элементов, составляет от 3 до 4,5 млрд. лет. Это соответствует возрасту древнейших пород Земли, то есть возраст Луны порядка возраста Земли. Так как время жизни Луны на околоземной орбите составляет ≈≈ 644 тыс. лет, то следует признать, что большую часть своей жизни Луна провела, либо свободно перемещаясь в космическом пространстве, либо на орбитах вокруг массивных космических тел. Возможно также, что Луна уже была малой планетой Солнечной системы, которая впоследствии была захвачена Землей.

В настоящее время установлено, что большая полуось орбитального эллипса Луны увеличивается от оборота к обороту, то есть Луна в своем движении на орбите прошла через то состояние, когда эксцентриситет орбиты равен нулю и находится в том периоде эволюции движения, когда эксцентриситет ее орбиты больше нуля, но меньше ⎢⎢ен⎢⎢. В то же время измерения показывают, что в современную эпоху эксцентриситет орбиты Земли составляет 0,0167 и уменьшается на 4⋅⋅10-7 1/об. Этот факт свидетельствует о том, что Земля в своей эволюции весьма близка, но еще не прошла через то состояние, когда эксцентриситет ее орбиты будет равен нулю.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.