Մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունները

Միջմոլորակային գրավիտացիոն փոխազդեցություններ

Ձգողականությունը թվացյալ «անտեսանելի» ուժ է, սակայն այն տիեզերքում կարգուկանոնի հիմնական կարգավորիչն է: Արեգակնային համակարգում մոլորակների միջև ձգողականության փոխազդեցությունները գործում են ձգողության և վանողականության անընդհատ ցանցի պես: Առանց ձգողականության մոլորակները չէին պտտվի Արեգակի շուրջ, լուսինները չէին պտտվի իրենց մոլորակների շուրջը հավատարմորեն, իսկ օղակաձև կառուցվածքները, աստերոիդները և գիսաստղերը կշարժվեին առանց կայուն օրինաչափության: Այս հոդվածը քննարկում է, թե ինչպես են տեղի ունենում մոլորակների միջև ձգողականության փոխազդեցությունները, դրանց ազդեցությունը Արեգակնային համակարգի ուղեծրերի և դինամիկայի վրա , ինչպես նաև կարևոր երևույթների օրինակներ, որոնք մենք կարող ենք դիտարկել և ուսումնասիրել:

Ձգողականության և մոլորակային ուղեծրերի հիմունքները

Նյուտոնի ձգողականության օրենքը նշում է, որ երկու զանգված ունեցող մարմիններ կձգեն միմյանց այնպիսի ուժով, որը համեմատական ​​է նրանց զանգվածների արտադրյալին և հակադարձ համեմատական ​​է նրանց միջև ընկած հեռավորության քառակուսուն։ Արեգակնային համակարգի համատեքստում Արեգակը ձգողականության հիմնական աղբյուրն է, քանի որ նրա զանգվածը գերիշխող է՝ կազմելով համակարգի ընդհանուր զանգվածի ավելի քան 99%-ը։ Սա է պատճառը, որ բոլոր մոլորակները պտտվում են Արեգակի շուրջը։

Սակայն, մոլորակները «պասիվ ուղևորներ» չեն։ Յուրաքանչյուր մոլորակ նույնպես ունի զանգված, ուստի նրանք ազդում են միմյանց ուղեծրերի վրա։ Չնայած միջմոլորակային ազդեցությունները սովորաբար շատ ավելի փոքր են, քան Արեգակի ազդեցությունները, այդ փոքր ազդեցությունները կարող են կուտակվել ժամանակի ընթացքում և առաջացնել զգալի փոփոխություններ ուղեծրի ձևի, ուղեծրային հարթության թեքության և նույնիսկ համակարգի երկարաժամկետ կայունության մեջ։

Ինչո՞ւ են միջմոլորակային փոխազդեցությունները կարևոր։

Առաջին հայացքից մոլորակների ուղեծրերը թվում են կանոնավոր և գրեթե անփոփոխ։ Սակայն, եթե մենք շատ ուշադիր չափենք մոլորակների դիրքերը, մենք կգտնենք աննշան շեղումներ նրանց իդեալական էլիպտիկ ուղիներից։ Այս շեղումները կոչվում են գրավիտացիոն պերտուրբացիաներ, որոնք ուղեծրերի փոքր խանգարումներ են, որոնք առաջանում են այլ մարմինների՝ մասնավորապես Յուպիտերի և Սատուրնի նման խոշոր մոլորակների, գրավիտացիոն ձգողության պատճառով։

Այս խանգարումը կարևոր է, քանի որ.

1. Մոլորակի դիրքի կանխատեսումների ճշգրտության որոշում: Տիեզերական նավիգացիան և տիեզերանավի հետագծի հաշվարկները պետք է ներառեն միջմոլորակային ձգողականության ազդեցությունը՝ ճշգրտությունն ապահովելու համար:
2. Արեգակնային համակարգի ճարտարապետության ձևավորումը։ Օրբիտալ ռեզոնանսները և գրավիտացիոն պերտուրբացիաները ազդում են մոլորակների միջև հեռավորության, աստերոիդների գոտու և Կոյպերի գոտու մարմինների բաշխման վրա։
3. Ազդում է երկարաժամկետ կայունության վրա։ Միլիոնավորից մինչև միլիարդավոր տարիների ընթացքում գրավիտացիոն փոխազդեցությունները կարող են ուղեծրերը դարձնել ավելի էլիպտիկ, տեղաշարժվել կամ նույնիսկ ծայրահեղ դեպքերում բախումներ առաջացնել։

Գրավիտացիոն խանգարում՝ փոքր ձգողություն, մեծ ազդեցություն

Երբ երկու մոլորակներ համեմատաբար մոտ են (օրինակ՝ միացման ժամանակ), նրանց միջև ձգողականության ուժը մեծանում է։ Ավելի զանգվածեղ մոլորակը ավելի մեծ խաթարումներ է առաջացնում։ Յուպիտերը, որպես ամենամեծ մոլորակ, Արեգակնային համակարգի խաթարման հիմնական գործոն է։ Յուպիտերի ձգողականությունը կարող է փոխել աստերոիդների ուղեծրերը, ազդել գիսաստղերի վրա և փոքր-ինչ տեղաշարժել այլ մոլորակների ուղեծրերը։

Խանգարումների ազդեցության հայտնի օրինակ է Մերկուրիի պերիհելիոնի տեղաշարժը (կետ, որտեղ Մերկուրին ամենամոտն է Արեգակին): Տեղաշարժի մեծ մասը կարելի է բացատրել այլ մոլորակների գրավիտացիոն ազդեցությամբ, չնայած մի փոքր մնացորդային էֆեկտ հետագայում բացատրվում է Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությամբ : Սա ցույց է տալիս, որ մոլորակների շարժումը ճշգրիտ հասկանալու համար մենք պետք է հաշվի առնենք միջմոլորակային փոխազդեցությունները, ինչպես նաև գրավիտացիայի ավելի խորը ֆիզիկան:

Օրբիտալ ռեզոնանս. միջմոլորակային ձգողականության «ռիթմը»

Օրբիտալ ռեզոնանսը տեղի է ունենում, երբ երկու մարմինների ուղեծրային պարբերությունները կազմում են պարզ ամբողջ թվերի հարաբերակցություն, օրինակ՝ 2:1 կամ 3:2: Այս պայմաններում նույն փուլում կրկնվող գրավիտացիոն ձգողականությունը կարող է ուժեղացնել խախտման էֆեկտը, ինչպես կրկնվող փոքր հրումները ճիշտ ժամանակին:

Ռեզոնանսը կարող է առաջացնել երկու թվացյալ հակասական բան.

– Օրբիտերի կայունացում։ Որոշ ռեզոնանսներ պահպանում են կարգը՝ պահպանելով փոքր մարմինների շարժման ուղիները։
– Անկայունացնում է ուղեծրերը։ Որոշակի ռեզոնանսներ իրականում մեծացնում են ուղեծրերի էքսցենտրիկությունը՝ թույլ տալով, որ մարմինները «շպրտվեն» կամ բախվեն։

Աստերոիդների գոտում կան «Քիրքվուդյան ճեղքեր», որոնք աստերոիդների բաշխման մեջ առկա ճեղքեր են, որոնք առաջանում են Յուպիտերի հետ ռեզոնանսներից: Որոշակի ռեզոնանսային տիրույթում գտնվող աստերոիդները պարբերաբար խախտումներ են ապրում, որոնք փոխում են իրենց ուղեծրերը, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է տարածաշրջանից դրանց հեռացմանը: Սա հստակ օրինակ է այն բանի, թե ինչպես են մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունները «քանդակում» Արեգակնային համակարգի կառուցվածքը:

Էներգիայի և անկյունային մոմենտի փոխանակում

Բազմամարմին համակարգում (Արեգակը և մոլորակները) ընդհանուր էներգիան և անկյունային մոմենտը էապես պահպանվում են, սակայն համակարգի անդամների միջև կարող են փոխանակումներ տեղի ունենալ։ Մոլորակները կարող են «փոխանակել» անկյունային մոմենտը միմյանց հետ երկարատև գրավիտացիոն փոխազդեցությունների միջոցով, ինչը հանգեցնում է ուղեծրային տարրերի փոքր փոփոխությունների, ինչպիսիք են՝

- Էքսցենտրիկություն (ուղեծրային օվալություն)
– Թեքություն (ուղեծրի թեքություն)
– Ապսիսի գիծ (ուղեծրի երկար առանցքի ուղղություն)
– Հանգույցի գիծ (ուղեծրային հարթության կողմնորոշում)

Այս փոփոխությունները սովորաբար շատ դանդաղ են, բայց աստղագիտական ​​մասշտաբով դրանք կարող են նշանակալի լինել: Ահա թե ինչու Արեգակնային համակարգի դինամիկայի մոդելավորումները հաճախ կատարվում են՝ մոլորակների ուղեծրերի կայունությունը միլիարդավոր տարիների ընթացքում ուսումնասիրելու համար:

Հսկա մոլորակների՝ Յուպիտերի և Սատուրնի դերը որպես «ճարտարապետներ»

Յուպիտերն ու Սատուրնը մեծ զանգվածներ ունեն, ուստի դրանց գրավիտացիոն ազդեցությունը հասնում է հեռուն։ Դրանք կրկնակի դեր են խաղում. մի կողմից, կարող են պաշտպանել ներքին Արեգակնային համակարգը՝ խաթարելով գիսաստղերի հետագծերը՝ կանխելով դրանց մուտքը ներքին համակարգ։ Մյուս կողմից, դրանք կարող են նաև որոշ մարմիններ ուղղորդել դեպի ներս՝ աստիճանական ուղեծրային փոփոխությունների միջոցով, ինչը հնարավոր է բախման սպառնալիք ներկայացնի Երկրի նման ժայռոտ մոլորակների համար։

Արեգակնային համակարգի ձևավորման մոդելները նաև ենթադրում են, որ հսկա մոլորակների ուղեծրերի վաղ միգրացիան կարող էր պատահականորեն փոխել փոքր մարմինների դիրքերը, տեղաշարժել նյութը և օգնել բացատրել, թե ինչու է աստերոիդների գոտին շատ ավելի փոքր զանգված ունի, քան կարելի էր ակնկալել, եթե այն ձևավորվեր «հանգիստ»՝ առանց խաթարումների։

Ձգողականության և մակընթացությունների փոխազդեցությունը

Չնայած թեման «միջմոլորակային» է, մակընթացային էֆեկտները գրավիտացիոն փոխազդեցության կարևոր ձև են, որոնք հաճախ տեղի են ունենում մոլորակ-արբանյակ համակարգերում, ինչպես նաև նրանց աստղերի մոտ գտնվող մոլորակներում: Մակընթացությունները առաջանում են, քանի որ գրավիտացիոն ուժն ավելի ուժեղ է ձգողության աղբյուրին ավելի մոտ գտնվող մարմնի կողմում, ինչը հանգեցնում է ձգման:

Մոլորակային մասշտաբով մակընթացությունները կարող են.

– Պտույտի փոփոխություն (պտույտի դանդաղեցում կամ ֆիքսում, օրինակ՝ Լուսնի ֆիքսումը Երկրին):
– Ներքին տաքացում է առաջացնում (ծայրահեղ օրինակ՝ Յուպիտերի արբանյակ Իոն շատ հրաբխային ակտիվ է մակընթացային ուժերի պատճառով):
– Դանդաղ փոփոխվող ուղեծրային հեռավորությունը (օրինակ՝ Լուսինը տարեկան մի քանի սանտիմետրով հեռանում է Երկրից):

Միջմոլորակային ուղիղ մակընթացությունները սովորաբար փոքր են, քանի որ մոլորակների միջև հեռավորությունները շատ մեծ են, բայց նույն ֆիզիկական սկզբունքները ցույց են տալիս, թե ինչպես կարող է ձգողականությունը փոխել երկնային մարմինների ֆիզիկական վիճակը, այլ ոչ թե միայն դրանց հետագծերը։

Գրավիտացիոն խանգարումներ և մոլորակային հայտնագործություններ

Աստղագիտության պատմությունը ցույց է տալիս, որ մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունները կարող են լինել հզոր տիեզերական «հետախուզական» գործիք: Նեպտուն մոլորակը հայտնաբերվել է 19-րդ դարում, քանի որ Ուրանի ուղեծիրը ցուցաբերել է անկանոնություններ, որոնք հայտնի մոլորակները չէին կարող բացատրել: Այնուհետև գիտնականները կանխատեսել են նոր մոլորակի գոյությունը՝ հիմնվելով այս գրավիտացիոն խանգարումների վրա, և Նեպտունը իսկապես հայտնաբերվել է իր կանխատեսված դիրքի մոտ: Սա երկնային մեխանիկայի մեծ հաղթանակներից մեկն էր :

Ժամանակակից դարաշրջանում նմանատիպ մեթոդներ են օգտագործվում էկզոմոլորակների ուսումնասիրություններում: Իր աստղի առջևով անցնող մոլորակի տարանցման ժամանակի տատանումների (TTV) փոփոխությունները կարող են ցույց տալ մեկ այլ մոլորակի առկայությունը, որը առաջացնում է գրավիտացիոն խանգարումներ: Այսպիսով, գրավիտացիոն փոխազդեցությունները ոչ միայն կարգավորում են Արեգակնային համակարգը, այլև ապահովում են այլ աշխարհներ հայտնաբերելու մեթոդ:

Արեգակնային համակարգի կայունություն՝ կանոնավոր, բայց ոչ լիովին կոշտ

Հետաքրքիր հարց է առաջանում. որքանո՞վ է կայուն Արեգակնային համակարգը։ Ընդհանուր առմամբ, հիմքում ընկած կառուցվածքը բավականին կայուն է, բայց բազմաթիվ մարմինների դինամիկայում կա «դետերմինիստական ​​քաոսի» տարր։ Այստեղ քաոսը չի նշանակում անօրինական պատահականություն, այլ այն խիստ զգայուն է սկզբնական պայմանների նկատմամբ։ Սկզբնական դիրքի շատ փոքր փոփոխությունները կարող են դժվարացնել կանխատեսումները շատ հեռավոր ապագայում։

Միլիոնավոր տարիների ընթացքում մոլորակների դիրքերը դեռևս բավականին կանխատեսելի են։ Սակայն ժամանակի ընթացքում՝ հարյուր միլիոնավորից մինչև միլիարդավոր տարիների ընթացքում, անորոշությունը մեծանում է։ Այնուամենայնիվ, որքանով հայտնի է, մոտ ապագայում Արեգակնային համակարգի «լիակատար քաոսի» վերածվելու հավանականությունը չափազանց փոքր է։ Մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունները գործում են որպես բարդ մեխանիզմ՝ երբեմն կայունացնելով, երբեմն ստեղծելով նուրբ տատանումներ, բայց ընդհանուր առմամբ հանգեցնում են զարմանալիորեն դիմացկուն համակարգի։

Penutup

Մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունները Արեգակնային համակարգի դինամիկայի հիմքն են։ Դրանք բացատրում են, թե ինչու ուղեծրերը կատարյալ ֆիքսված չեն, թե ինչպես են ռեզոնանսները ձևավորում կառուցվածքներ, ինչպիսիք են աստերոիդների գոտու ճեղքերը, ինչպես են հսկա մոլորակները ազդում փոքր մարմինների վրա, և ինչպես կարող են մոլորակային հայտնագործությունները ուղղորդվել ուղեծրային պերտուրբացիաներով։ Գրավիտացիան պարզապես պարզ «ձգողական ուժ» չէ, այլ շարունակական գործընթաց, որը կարգավորում է տիեզերական ռիթմերը։ Այս փոխազդեցությունների հասկացողությունը մեզ օգնում է կարդալ Արեգակնային համակարգի պատմությունը, կանխատեսել երկնային մարմինների շարժումները և նույնիսկ հայտնաբերել մոլորակներ այլ աստղային համակարգերում։ Այս լուռ, բայց անընդհատ ձգողականության մեջ Արեգակնային համակարգը պահպանում է իր կարգուկանոնը՝ հետաքրքրաշարժ դինամիկ հավասարակշռություն։