Մոլորակների միջև գրավիտացիոն ձգողություն. տիեզերական պար
Տիեզերքի լուռ ծայրերից մինչև գալակտիկաների խիտ միջուկները գերիշխում է մեկ ուժ՝ ձգողականության ուժը: Զանգված ունեցող մարմինների միջև փոխադարձ ձգողության մեջ դրսևորվելով՝ ձգողականությունը երկնային պարերի ճարտարապետն է, որը թելադրում է մոլորակների ուղեծրերը և ձևավորում տիեզերքի կառուցվածքը: Այս անտեսանելի, բայց ամենուրեք առկա ուժը հատկապես հետաքրքիր դեր է խաղում մոլորակների միջև փոխազդեցությունների կառավարման գործում: Մոլորակների միջև ձգողականության ձգողության հասկացումը խորը պատկերացում է տալիս մեր տիեզերքի հիմնարար գործունեության մասին:
Ձգողականության հիմնարար օրենքը
Ձգողականության ձգողության հիմքում ընկած է Իսահակ Նյուտոնի 17-րդ դարում ձևակերպված ձգողականության համընդհանուր օրենքը: Նյուտոնի համաձայն՝ երկու զանգվածների միջև ձգողական ուժը ուղիղ համեմատական է նրանց զանգվածների արտադրյալին և հակադարձ համեմատական է դրանք բաժանող հեռավորության քառակուսուն: Մաթեմատիկորեն ասած՝
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
Այստեղ՝ F-ը գրավիտացիոն ուժն է, G-ն՝ գրավիտացիոն հաստատունը ((6.67430 x 10^{-11}, մ^3 կգ^{-1} վ^{-2})), m-1-ը և m-2-ը զանգվածներն են, իսկ r-ը՝ նրանց զանգվածի կենտրոնների միջև հեռավորությունը։
Այս նրբագեղորեն պարզ բանաձևը ամփոփում է գրավիտացիոն ձգողության էությունը, որը ճիշտ է թե՛ երկրային, թե՛ տիեզերական մասշտաբների փոխազդեցությունների համար։
Գրավիտացիոն փոխազդեցությունները Արեգակնային համակարգում
Մոլորակների միջև ձգողականության ձգողականությունը իսկապես հասկանալու համար անհրաժեշտ է նայել մեր սեփական Արեգակնային համակարգից այն կողմ՝ մի երկնային լաբորատորիա, որը փոխազդում է փոխազդեցությունների միջոցով: Յուրաքանչյուր մոլորակ ձգողականության ձգողականություն է գործադրում մյուս բոլոր մոլորակների վրա, որի արդյունքում ստացվում է բարդ, բայց կարգավորված ուղեծրերի և շարժումների համակարգ:
Օրինակ՝ դիտարկենք Երկիրը և Յուպիտերը։ Յուպիտերի գրավիտացիոն ուժը, չնայած Երկրից մոտավորապես 778 միլիոն կիլոմետր հեռավորության վրա աննշան է, էական դեր է խաղում Երկրի ուղեծրի կայունության և նույնիսկ մեր մոլորակի առանցքի թեքության մեջ։ Չնայած մոլորակների միջև այս գրավիտացիոն պայքարին, նրանց Արեգակի նկատմամբ ճնշող ուժեղ գրավիտացիոն ձգողականությունը ապահովում է, որ դրանք մնան կանխատեսելի, էլիպսաձև ուղեծրերում։
Խանգարումներ և մոլորակային շարժում
Արեգակնային համակարգում մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունները առաջացնում են պերտուրբացիաներ՝ աննշան շեղումներ նրանց իդեալական էլիպտիկ ուղեծրերից: Այս պերտուրբացիաները կարևոր են երկնային մեխանիկայի ճշգրտության համար և պատճառն են, որ մոլորակները չեն հետևում կատարյալ Կեպլերյան ուղեծրերին: Այլ մոլորակների գրավիտացիոն ազդեցությունը հանգեցնում է հանգույցների պրեցեսիայի, իսկ ուղեծրերի չափերի և ձևերի տատանումների:
Այս երևույթի ամենահայտնի օրինակներից մեկը Նեպտունի պերտուրբացիան է Ուրանի ուղեծրի վրա: Նույնիսկ մինչև Նեպտունի հայտնաբերումը 1846 թվականին, աստղագետները նկատել էին, որ Ուրանը շեղվել էր իր կանխատեսված ուղղությունից, ինչը նրանց դրդել էր ենթադրել անհայտ զանգվածեղ մարմնի առկայությունը: Այս հաջող կանխատեսումը ընդգծեց գրավիտացիոն պերտուրբացիաների խորը ազդեցությունը երկնային մեխանիկայի վրա:
Ռեզոնանսային և մակընթացային ուժեր
Գրավիտացիոն ձգողությունը դրսևորվում է նաև ուղեծրային ռեզոնանսներում և մակընթացային ուժերում՝ մոլորակների միջև բարդ դինամիկային ավելացնելով նոր շերտեր։ Օրբիտալ ռեզոնանսը տեղի է ունենում, երբ երկու ուղեծրային մարմիններ միմյանց վրա կանոնավոր, պարբերական գրավիտացիոն ազդեցություն են գործադրում։ Ակնհայտ օրինակ է Նեպտունի և Պլուտոնի 2:3 ռեզոնանսը, որտեղ Նեպտունի յուրաքանչյուր երկու ուղեծրի համար Պլուտոնը կատարում է երեք ուղեծիր։ Նման ռեզոնանսները կայունացնում են ուղեծրերը երկար ժամանակահատվածներում՝ կանխելով մոտիկ հանդիպումները և հնարավոր բախումները։
Մակընթացային ուժերը առաջանում են գրավիտացիոն գրադիենտից՝ մարմնի չափերի նկատմամբ գրավիտացիոն ուժի տարբերությունից։ Այս ուժերը պատասխանատու են մակընթացային ֆիքսացիայի համար, երբ մեկ մարմնի ուղեծրային պարբերությունը համընկնում է նրա պտույտի պարբերության հետ, ինչի պատճառով այն նույն դեմքը ցույց է տալիս մեկ այլ մարմնի։ Շատ արբանյակների, այդ թվում՝ մեր սեփական արբանյակի, համաժամանակյա պտույտը մակընթացային փոխազդեցությունների ուղղակի հետևանք է։
Ծայրահեղ դեպքերում մակընթացային ուժերը կարող են այնքան ուժեղ լինել, որ աղավաղեն մոլորակային մարմինները։ Օրինակ՝ Յուպիտերի հսկայական գրավիտացիոն դաշտը նրա Իո արբանյակը ենթարկում է մակընթացային ճկման, տաքացնելով նրա ներքին մասը և առաջացնելով ինտենսիվ հրաբխային ակտիվություն։
Միջմոլորակային գրավիտացիոն օգնականներ
Գործնականում, մոլորակների միջև ձգողականության ձգողականությունը օգտագործվել է միջմոլորակային տիեզերական ճանապարհորդությունների համար: Ձգողականության օգնականները կամ պարսատիկները օգտագործում են մոլորակների հարաբերական շարժումը և ձգողականությունը՝ տիեզերանավի հետագիծը և արագությունը փոխելու համար՝ առանց լրացուցիչ վառելիք ծախսելու: Տիեզերանավի մոտեցումը ուշադիր պլանավորելով՝ առաքելության պլանավորողները կարող են մեծացնել դրա արագությունը, ինչը թույլ կտա հետազոտական առաքելություններին ավելի արդյունավետ հասնել հեռավոր վայրեր: Վոյաջեր առաքելությունները այս տեխնիկայի վառ օրինակներ են, որոնք հաջողությամբ այցելել են Յուպիտեր, Սատուրն, Ուրան և Նեպտուն՝ օգտագործելով ձգողականության օգնականները:
Գրավիտացիոն անկայունություն և քաոս
Թեև գրավիտացիոն ուժերը կարող են հանգեցնել ներդաշնակ ռեզոնանսների, դրանք կարող են նաև հանգեցնել քաոսային վարքի: Երկար ժամանակահատվածում մոլորակների միջև գրավիտացիոն փոխազդեցությունը կարող է հանգեցնել անկայունության և անկանխատեսելի ուղեծրերի: Արեգակնային համակարգը, չնայած մեծ մասամբ կայուն է, ունի նուրբ քաոսային տարրեր: Փոքր խոտորումները կարող են կուտակվել միլիոնավոր տարիների ընթացքում, ինչը կհանգեցնի ուղեծրային կոնֆիգուրացիաների զգալի փոփոխությունների:
Այս գրավիտացիոն անկայունության ուսումնասիրությունը օգնում է աստղագետներին հասկանալ մոլորակների ուղեծրերի ապագա հնարավոր փոփոխությունները: Օրինակ, մոդելավորումները ենթադրում են, որ Մերկուրիի ուղեծիրը կարող է դառնալ խիստ էքսցենտրիկ մի քանի միլիարդ տարվա ընթացքում՝ գրավիտացիոն խանգարումների պատճառով, ինչը հնարավոր է հանգեցնի նրա Արեգակնային համակարգից դուրս մղմանը:
Արեգակնային համակարգից այն կողմ
Մոլորակների միջև գրավիտացիոն ձգողությունը սահմանափակված չէ միայն մեր Արեգակնային համակարգով։ Հեռավոր աստղերի շուրջ պտտվող էկզոմոլորակները ներգրավված են նմանատիպ գրավիտացիոն փոխազդեցությունների մեջ, որոնք բացահայտում են տեղեկություններ իրենց զանգվածների և ուղեծրային հատկությունների մասին։ Տրանզիտի ժամանակի տատանումների (TTV) և ճառագայթային արագության մեթոդները հայտնաբերում են էկզոմոլորակները՝ դիտարկելով դրանց կողմից միմյանց կամ իրենց մայր աստղերի վրա գործադրվող գրավիտացիոն ազդեցությունները։
Բազմամոլորակային համակարգերի հայտնաբերումը, որոնցից որոշները ունեն խիտ տեղակայված ուղեծրեր, մարտահրավեր է նետում մոլորակների ձևավորման և էվոլյուցիայի մեր ըմբռնմանը: Այս համակարգերում գրավիտացիոն փոխազդեցությունները ազդում են դրանց ուղեծրային կառուցվածքի վրա՝ ձևավորելով դրանց երկարաժամկետ կայունությունը և պոտենցիալ բնակելիությունը:
Եզրափակում
Մոլորակների միջև ձգողականության ձգողությունը, թեև թվացյալ պարզ հասկացություն է, կառավարում է երկնային մարմինների բարդ բալետը: Մոլորակների ուղեծրերի կայունության պահպանումից մինչև միջմոլորակային առաքելությունների իրականացում և հեռավոր աշխարհների գաղտնիքների բացահայտում, այս հիմնարար ուժը աստղաֆիզիկայի անկյունաքարն է: Մեծ տիեզերական գոբելենում ձգողականությունը հյուսում է թելերը՝ իրար կապելով մեր տիեզերքը կազմող բազմաթիվ օբյեկտները: Շարունակելով ուսումնասիրել և հասկանալ ձգողականության փոխազդեցությունները, մենք բացահայտում ենք ավելի խորը ճշմարտություններ տարածության, ժամանակի և իրականության բուն կառուցվածքի մասին:
