Фактары, якія ўплываюць на рух планет
Рух планет у нашай Сонечнай сістэме выглядае рэгулярным: яны круцяцца вакол Сонца, вакол некаторых круцяцца спадарожнікі, і ўсе яны рухаюцца па прадказальных схемах. Але за гэтай рэгулярнасцю стаіць мноства фізічных фактараў, ад дамінуючай сілы гравітацыі да ледзь прыкметнага ўплыву іншых планет, недасканалых формаў іх арбіт і нават эфектаў тэорыі адноснасці. Разуменне фактараў, якія ўплываюць на рух планет, не толькі дапамагае нам растлумачыць, чаму планеты рухаюцца менавіта так, але і дапамагае астраномам прадказваць становішча планет, тлумачыць анамаліі арбіт і разумець фарміраванне і эвалюцыю Сонечнай сістэмы.
1. Гравітацыя як асноўная рухаючая сіла
Найважнейшым фактарам руху планет з'яўляецца гравітацыя. Згодна з законам гравітацыі Ньютана, любыя два аб'екты з масай прыцягваюцца адзін да аднаго. Сонца, з яго велізарнай масай (каля 99,8% ад агульнай масы Сонечнай сістэмы), аказвае моцнае гравітацыйнае прыцягненне на планеты. Гэта прыцягненне «звязвае» планеты, каб яны не выляталі прама за межы Сонечнай сістэмы.
Гравітацыя дзейнічае як цэнтраімклівая сіла, прымушаючы планеты рухацца па арбітах. Без гравітацыі планеты рухаліся б па прамой лініі ў адпаведнасці з законамі інерцыі. Пры гравітацыі арбіты планет пастаянна «адхіляюцца», што прыводзіць да іх арбітальнага руху вакол Сонца.
2. Пачатковая хуткасць і імпульс планеты
Адной толькі гравітацыі недастаткова для тлумачэння арбіт; пачатковая хуткасць планеты таксама мае вырашальнае значэнне. Планеты ўтвараюцца з круцільнага дыска газу і пылу (протапланетнага дыска). Матэрыял, які ў рэшце рэшт становіцца планетай, ужо валодае вуглавым момантам з самага пачатку, таму да моманту фарміравання планеты яна ўжо «ўспадкавала» рух вакол цэнтра мас сістэмы.
Калі хуткасць планеты занадта нізкая, яна будзе падаць да Сонца. Калі занадта высокая, яна можа пазбегнуць прыцягнення Сонца. Баланс паміж гравітацыйным прыцягненнем да Сонца і тангенцыяльнай хуткасцю планеты стварае стабільную арбіту. Гэта тлумачыць, чаму планеты не падаюць на Сонца, нягледзячы на моцнае прыцягненне: яны маюць менавіта тую хуткасць, якая патрэбная, каб працягваць «падаць» вакол Сонца.
3. Адлегласць ад Сонца і законы Кеплера
Адлегласць планеты ад Сонца ўплывае на перыяд яе абарачэння і арбітальную хуткасць. Законы Кеплера сцвярджаюць, што планеты, якія знаходзяцца бліжэй да Сонца, рухаюцца хутчэй, а планеты, якія знаходзяцца далей, — павольней. Гэта адбываецца таму, што сіла гравітацыі слабее з адлегласцю.
Напрыклад, Меркурый робіць адзін абарот усяго за 88 зямных дзён, у той час як Нептун робіць гэта каля 165 гадоў. Больш за тое, Кеплер паказаў, што планетныя арбіты — гэта эліпсы, а не ідэальныя кругі. У выніку хуткасць планеты змяняецца на працягу ўсёй яе арбіты: хутчэйшая ў бліжэйшай кропцы (перыгеліі) і павольнейшая ў самай далёкай кропцы (афеліі).
4. Форма арбіты: эксцэнтрысітэт і нахіл
Кожная планета мае крыху розныя арбітальныя характарыстыкі. Два важныя параметры:
– Эксцэнтрысітэт: мера «эліптычнасці» арбіты. Невялікі эксцэнтрысітэт азначае, што арбіта амаль круглая (як у Венеры), а большы эксцэнтрысітэт робіць розніцу ў адлегласці да Сонца больш значнай (як у Меркурыя).
– Нахіл арбіты: нахіл арбіты адносна плоскасці адліку (плоскасці экліптыкі). Нахіл уплывае на тое, як рухаецца планета з пункту гледжання назіральніка на Зямлі, і ўплывае на… гравітацыйныя ўзаемадзеянні паміж планетамі.
Нягледзячы на тое, што Сонечная сістэма мае тэндэнцыю быць «плоскай», бо яна ўтворана з круцільнага дыска, няма дзвюх цалкам аднолькавых арбіт; гэтыя невялікія адрозненні адыгрываюць пэўную ролю ў доўгатэрміновай дынаміцы.
5. Гравітацыйныя абурэнні ад іншых планет (абурэнні)
Планеты знаходзяцца пад уплывам не толькі Сонца. Яны таксама прыцягваюць адна адну, выклікаючы арбітальныя абурэнні. Гэтыя ўплывы звычайна невялікія, але з цягам часу могуць назапашвацца і прыводзіць да зменаў формы, арыентацыі і перыяду арбіты.
Ключавым прыкладам з'яўляецца ўплыў Юпітэра. Паколькі Юпітэр настолькі масіўны, ён значна ўзрушвае меншыя целы, такія як астэроіды, і нават у пэўнай ступені ўплывае на арбіты Марса і Зямлі. Узрушэнні таксама могуць выклікаць такія з'явы, як арбітальны рэзананс, калі арбітальныя перыяды двух цел маюць простае цэлалікавае суадносіны (напрыклад, 2:1 або 3:2). Рэзананс можа стабілізаваць арбіты або парушаць іх у залежнасці ад канфігурацыі сістэмы.
6. Уплыў спадарожнікаў і цэнтра мас (барыцэнтра)
Планеты з вялікімі спадарожнікамі рухаюцца вакол агульнага цэнтра мас (барыцэнтра) паміж планетай і яе спадарожнікам. Найбольш вядомым прыкладам з'яўляецца сістэма Зямля-Месяц. Нягледзячы на тое, што Месяц значна меншы за Зямлю, яго маса дастаткова вялікая, каб Зямля не магла цалкам «стацыянарна» круціцца вакол Месяца. Зямля здзяйсняе невялікія рухі вакол барыцэнтра, які знаходзіцца ўнутры Зямлі, але не ў яе дакладным цэнтры.
Гэтая з'ява таксама важная для разумення выяўлення планет па-за межамі нашай Сонечнай сістэмы (экзапланет). Астраномы часта вымяраюць «ваганні» зоркі, выкліканыя кручэннем планеты, каб зрабіць выснову аб яе прысутнасці.
7. Прасторавыя бар'еры і сярэднія: невялікія, але існуюць
Космас настолькі пусты, што супраціўленне, такое як трэнне, практычна адсутнічае. Аднак часціцы пылу, сонечны вецер і магнітныя палі ўсё яшчэ могуць аказваць невялікі ўплыў, асабліва на малыя аб'екты, такія як каметы або касмічны пыл. Для планет гэтыя эфекты вельмі малыя, але яны застаюцца актуальнымі для доўгатэрміновых даследаванняў і для штучных спадарожнікаў на нізкай калязямной арбіце, дзе разрэджаная атмасфера ўсё яшчэ аказвае некаторы супраціў.
8. Прыліўныя эфекты і рассейванне энергіі
Гравітацыйныя ўзаемадзеянні таксама спараджаюць прыліўныя сілы. Прылівы адбываюцца не толькі ў акіянах Зямлі , але і ў кары планеты, атмасферы і нават у нетрах планет і спадарожнікаў. У некаторых выпадках прыліўныя сілы прыводзяць да нагрэву (як на вельмі вулканічна актыўным спадарожніку Іа з-за прыцягнення Юпітэра).
У доўгатэрміновай перспектыве прыліўныя эфекты могуць змяніць кручэнне і арбіту, напрыклад, павольна запавольваючы кручэнне Зямлі і прымушаючы Месяц аддаляцца на некалькі сантыметраў у год.
9. Агульная тэорыя адноснасці і папраўкі да арбіт
Пры пэўных умовах законы Ньютана патрабуюць карэкцыі з выкарыстаннем агульнай тэорыі адноснасці Эйнштэйна. Найбольш вядомым рэлятывісцкім эфектам з'яўляецца зрушэнне перыгелія Меркурыя, якое нельга цалкам растлумачыць ньютанаўскай механікай і абурэннямі іншых планет. Агульная тэорыя адноснасці дае адпаведныя карэкцыі, каб прагнозы супадалі з назіраннямі.
На большасці іншых планет рэлятывісцкія эфекты меншыя, але ўсё яшчэ важныя ў высокадакладных разліках, напрыклад, для навігацыі касмічных апаратаў і мадэлявання доўгатэрміновай арбіты.
10. Эвалюцыя Сонечнай сістэмы і доўгатэрміновыя змены
На рух планет таксама ўплывае доўгая гісторыя Сонечнай сістэмы . У раннія часы планеты зведалі арбітальную міграцыю з-за ўзаемадзеяння з газавым дыскам і планетэзімалямі. Сляды гэтай міграцыі бачныя ў размеркаванні астэроідаў, структуры пояса Койпера і рэзанансных канфігурацыях. Акрамя таго, на працягу часу ад мільёнаў да мільярдаў гадоў арбітальныя сістэмы могуць дэманстраваць хаатычныя (хаатычна-дэтэрмінаваныя) паводзіны, гэта значыць, яны вельмі адчувальныя да пачатковых умоў, пры гэтым усё яшчэ падпарадкоўваючыся выразным фізічным законам.
Выснова
На рух планет уплывае спалучэнне ўзаемазвязаных фізічных фактараў. Асноўным фактарам з'яўляецца гравітацыя Сонца, але на траекторыю таксама ўплываюць пачатковая хуткасць, адлегласць, форма арбіты і гравітацыйныя абурэнні ад іншых планет. Акрамя таго, існуе ўплыў спадарожнікаў праз барыцэнтр, прыліўныя сілы, якія могуць змяняць кручэнне і арбіту, невялікае, але прысутнае касмічнае супраціўленне і папраўкі агульнай тэорыі адноснасці для высокай дакладнасці. Разумеючы гэтыя фактары, мы можам убачыць, што планетныя арбіты — гэта не проста «колы вакол Сонца», а хутчэй вынік дынамічнай раўнавагі, усталяванай з моманту нараджэння Сонечнай сістэмы і якая працягвае развівацца да гэтага часу.
