Планетарлық қозғалысқа әсер ететін факторлар
Біздің күн жүйесіндегі планеталардың қозғалысы тұрақты болып көрінеді: олар Күнді айналады, кейбіреулерінің айналасында серіктері бар және барлығы болжамды заңдылықтармен қозғалады. Бірақ бұл заңдылықтың артында көптеген физикалық факторлар жұмыс істейді, олардың ішінде басым тартылыс күшінен бастап, басқа планеталардың нәзік әсеріне, олардың орбиталарының мінсіз емес пішіндеріне және тіпті салыстырмалылықтың әсеріне дейін. Планеталардың қозғалысына әсер ететін факторларды түсіну бізге планеталардың неліктен осылай қозғалатынын түсіндіруге ғана емес, сонымен қатар астрономдарға планеталардың орналасуын болжауға, орбиталық аномалияларды түсіндіруге және күн жүйесінің қалыптасуы мен эволюциясын түсінуге көмектеседі.
1. Негізгі қозғаушы күш ретіндегі тартылыс күші
Планеталар қозғалысындағы ең маңызды фактор - тартылыс күші. Ньютонның тартылыс заңына сәйкес, массасы бар кез келген екі дене бір-біріне тартылады. Күн, өзінің орасан зор массасымен (Күн жүйесінің жалпы массасының шамамен 99,8%), планеталарға күшті тартылыс күшін тигізеді. Бұл тартылыс планеталарды «байлап», олар Күн жүйесінен тікелей қозғалмайды.
Гравитация центрге тартқыш күш ретінде әрекет етеді, планеталарды орбита бойымен қозғалуға мәжбүр етеді. Гравитация болмаса, планеталар инерция заңдарына сәйкес түзу сызық бойымен қозғалар еді. Гравитация кезінде планеталардың орбиталары үздіксіз «ауытқиды», бұл олардың Күн айналасындағы орбиталық қозғалысына әкеледі.
2. Планетаның бастапқы жылдамдығы мен импульсі
Орбиталарды түсіндіру үшін тек гравитация жеткіліксіз; планетаның бастапқы жылдамдығы да өте маңызды. Планеталар газ бен шаңның айналмалы дискісінен (протопланетарлық диск) пайда болады. Ақырында планетаға айналатын материал басынан бастап бұрыштық импульске ие, сондықтан планета пайда болған кезде ол жүйенің масса центрінің айналасындағы қозғалысты «мұраға» алған болады.
Егер планетаның жылдамдығы тым төмен болса, ол Күнге қарай құлайды. Егер ол тым жоғары болса, ол Күннің тартылыс күшінен құлап кетуі мүмкін. Күнге қарай тартылыс күші мен планетаның тангенциалды жылдамдығы арасындағы тепе-теңдік тұрақты орбитаны жасайды. Бұл планеталардың күшті тартылғанына қарамастан, Күнге құламауын түсіндіреді: олардың Күнді «айналып жүру» үшін қажетті жылдамдығы бар.
3. Күннен қашықтық және Кеплер заңдары
Планетаның Күннен қашықтығы оның айналу кезеңіне және орбиталық жылдамдығына әсер етеді. Кеплер заңдары бойынша, Күнге жақын планеталар жылдамырақ қозғалады, ал алыстағы планеталар баяу қозғалады. Бұл тартылыс күші қашықтыққа байланысты әлсірейтіндіктен болады.
Мысалы, Меркурий бір орбитаны небәрі 88 Жер күнінде аяқтайды, ал Нептун шамамен 165 жылды алады. Сонымен қатар, Кеплер планета орбиталарының мінсіз шеңберлер емес, эллипс екенін көрсетті. Нәтижесінде, планетаның жылдамдығы оның орбитасы бойынша өзгереді: ең жақын нүктесінде (перигелий) жылдамырақ, ал ең алыс нүктесінде (афелий) баяуырақ.
4. Орбиталь пішіні: эксцентриситет және көлбеулік
Әрбір планетаның орбиталық сипаттамалары сәл өзгеше. Екі маңызды параметр:
– Эксцентриситет: орбитаның қаншалықты «эллиптикалық» екенін өлшейді. Кішкентай эксцентриситет орбитаның дөңгелек екенін білдіреді (Венера сияқты), ал үлкенірек эксцентриситет Күнге дейінгі қашықтықтағы айырмашылықты айтарлықтай етеді (Меркурий сияқты).
– Орбитальды көлбеулік: орбитаның тірек жазықтығына (эклиптикалық жазықтыққа) қатысты көлбеуі. Көлбеулік планетаның Жердегі бақылаушы тұрғысынан қалай қозғалатынына әсер етеді және ... әсер етеді. планеталар арасындағы гравитациялық өзара әрекеттесулер.
Күн жүйесі айналмалы дискіден пайда болғандықтан «жалпақ» болуға бейім болса да , екі орбита бірдей емес; бұл шағын ауытқулар ұзақ мерзімді динамикадағы рөл атқарады.
5. Басқа планеталардан келетін гравитациялық бұзылулар (пертурбациялар)
Планеталар тек Күннің әсерінен ғана емес. Олар бір-біріне тартылып, орбиталық бұзылуларды тудырады. Бұл әсерлер әдетте шағын, бірақ уақыт өте келе жиналып, пішінінің, бағытының және орбита периодының өзгеруіне әкелуі мүмкін.
Негізгі мысал - Юпитердің әсері. Юпитер соншалықты үлкен болғандықтан, ол астероидтар сияқты кішігірім денелерді айтарлықтай бұзады, тіпті Марс пен Жердің орбиталарына белгілі бір дәрежеде әсер етеді. Ұйытқулар сонымен қатар орбиталық резонанс сияқты құбылыстарды тудыруы мүмкін, мұнда екі дененің орбиталық периодтары қарапайым бүтін сан қатынасына ие (мысалы, 2:1 немесе 3:2). Резонанс жүйенің конфигурациясына байланысты орбиталарды тұрақтандыруы немесе оларды бұзуы мүмкін.
6. Серіктердің және масса центрінің (барицентр) әсері
Үлкен серіктері бар планеталар планета мен оның серігі арасындағы ортақ масса центрінің (барицентр) айналасында қозғалады. Ең танымал мысал - Жер-Ай жүйесі. Ай Жерден әлдеқайда кіші болғанымен, оның массасы Жердің Айды айналып жүргенде толығымен «қозғалмайтын» болуына жол бермеу үшін жеткілікті үлкен. Жер Жердің ішінде орналасқан, бірақ дәл орталығында емес барицентрдің айналасында шағын қозғалыстар жасайды.
Бұл құбылыс біздің күн жүйесінен тыс планеталарды (экзопланеталар) анықтауды түсіну үшін де маңызды . Астрономдар көбінесе жұлдыздың бар екенін анықтау үшін оның айналасында айналатын планета тудыратын «тербелісін» өлшейді.
7. Кеңістіктік кедергілер және орта: шағын, бірақ бар
Ғарыш соншалықты бос, үйкеліс сияқты кедергі іс жүзінде жоқ. Дегенмен, шаң бөлшектері, күн желі және магнит өрістері, әсіресе кометалар немесе ғарыштық шаң сияқты кішкентай нысандарға шамалы әсер етуі мүмкін. Планеталар үшін бұл әсерлер өте аз, бірақ олар ұзақ мерзімді зерттеулер үшін және жұқа атмосфера әлі де белгілі бір кедергі көрсететін Жердің төменгі орбитасындағы жасанды спутниктер үшін өзекті болып қала береді.
8. Толқын әсерлері және энергияның таралуы
Гравитациялық өзара әрекеттесулер де толқын күштерін тудырады. Толқындар тек Жер мұхиттарында ғана емес , сонымен қатар планетаның қыртысында, атмосферасында және тіпті планеталар мен серіктердің ішкі қабаттарында да болады. Кейбір жағдайларда толқын күштері қызуға әкеледі (мысалы, Юпитердің тартылуына байланысты жоғары жанартаулық белсенді Io серігінде).
Ұзақ мерзімді перспективада толқындық әсерлер айналу мен орбитаны өзгертуі мүмкін, мысалы, Жердің айналуын баяулатып, Айдың жылына бірнеше сантиметрге алыстауына әкелуі мүмкін.
9. Жалпы салыстырмалылық теориясы және орбиталарға түзетулер
Белгілі бір жағдайларда Ньютон заңдары Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясын қолдана отырып түзетуді қажет етеді. Ең танымал релятивистік әсер - Меркурийдің перигелий ығысуы, оны Ньютон механикасымен және басқа планеталардың ауытқуларымен толық түсіндіру мүмкін емес. Жалпы салыстырмалылық теориясы болжамдар бақылаулармен сәйкес келуі үшін тиісті түзетулерді ұсынады.
Басқа планеталардың көпшілігінде релятивистік әсерлер аз, бірақ жоғары дәлдіктегі есептеулерде, мысалы, ғарыш кемелерінің навигациясы және ұзақ мерзімді орбиталық модельдеу үшін маңызды.
10. Күн жүйесінің эволюциясы және ұзақ мерзімді өзгерістер
Планеталардың қозғалысына күн жүйесінің ұзақ тарихы да әсер етеді . Алғашқы күндері планеталар газ дискісімен және планеталық денелермен өзара әрекеттесуіне байланысты орбиталық миграцияны бастан кешірді. Бұл миграцияның іздері астероидтардың таралуында, Койпер белдеуінің құрылымында және резонанстық конфигурацияларда көрінеді. Сонымен қатар, миллиондаған жылдардан миллиардтаған жылдарға дейінгі уақыт аралығында орбиталық жүйелер хаотикалық (хаотикалық-детерминистік) мінез-құлық танытуы мүмкін, яғни олар бастапқы жағдайларға өте сезімтал, сонымен бірге айқын физикалық заңдарды сақтайды.
Қорытынды
Планеталардың қозғалысына өзара байланысты физикалық факторлардың тіркесімі әсер етеді. Күннің тартылыс күші негізгі қозғаушы күш болып табылады, бірақ бастапқы жылдамдық, қашықтық, орбита пішіні және басқа планеталардың гравитациялық ауытқулары да траекторияға әсер етеді. Сонымен қатар, барицентр арқылы серіктердің әсері, айналу мен орбитаны өзгерте алатын толқын күштері, кішігірім, бірақ бар ғарыштық кедергі және жоғары дәлдік үшін жалпы салыстырмалылық түзетулері бар. Осы факторларды түсіну арқылы біз планеталардың орбиталары жай ғана «Күннің айналасындағы шеңберлер» емес, керісінше, Күн жүйесінің пайда болуынан бері қалыптасқан және бүгінгі күнге дейін дамып келе жатқан динамикалық тепе-теңдіктің нәтижесі екенін көре аламыз.
