Планеталык орбиталардын эксцентриктүүлүгү
Жылдыздардын айланасында айланган планеталар жөнүндө ойлонгондо, көп учурда тыкан, туруктуу тегерек жолдор эске түшөт. Чындыгында, планеталардын орбиталарынын көпчүлүгү кемчиликсиз тегерек эмес. Алар, адатта, эллипстер — бир багытта "созулган" тегерек сыяктуу. Эллипстин канчалык "эллиптикалык" экенин өлчөө орбитанын эксцентриситети деп аталат. Бул түшүнүк жөнөкөй көрүнөт, бирок анын терең маанилери бар: ал планетанын жылдызынан алыстыгынын өзгөрүшүнө, орбиталык ылдамдыгынын өзгөрүшүнө жана ал тургай анын потенциалдуу климатына жана жашоого ылайыктуулугуна таасир этет.
Эксцентриситет деген эмне?
Жалпысынан алганда, эксцентриситет (e) - бул орбитанын формасын сүрөттөгөн сан:
– e = 0 орбита идеалдуу тегерек экенин билдирет.
– 0 < e < 1 эллиптикалык орбитаны билдирет (бул планеталар үчүн эң кеңири таралган). – e = 1 параболикалык жолду билдирет (объект бир жолу өтүп, кайтып келбейт; мисалы, айрым кометалар). – e > 1 гиперболикалык жолду билдирет (объект алыстан келип, андан кийин түбөлүккө жоголот).
Күн системасындагы планеталар үчүн e мааниси 0 менен 1ден кичине ортосунда жайгашкан, ошондуктан баарынын орбиталары эллиптикалык. Бирок, эллипстин "эллиптикалык" даражасы ар кандай болот.
Эллипс, фокус, перигелий жана афелий
Эллиптикалык орбитанын фокус деп аталган эки өзгөчө чекити бар. Күндүн айланасында айланган планетада Күн эллипстин борборунда эмес, бир фокуста болот. Ошондуктан планетанын Күндөн алыстыгы анын орбитасы боюнча өзгөрүп турат.
Орбитада эки маанилүү позиция бар:
– Перигелий: планетанын Күнгө эң жакын чекити
– Афелион: планетанын Күндөн эң алыскы чекити
Эксцентриситет канчалык чоң болсо, перигелий менен афелийдин ортосундагы аралыктын айырмасы ошончолук чоң болот.
Эксцентриситет жана Кеплердин мыйзамдары
Эксцентриситет өзүнчө турбайт. Ал планеталардын Кеплердин мыйзамдарына, тактап айтканда, экинчи мыйзамга ылайык кыймылдоо ыкмасына байланыштуу: планета менен Күндү туташтырган элестүү сызык бирдей убакытта бирдей аянттарды кесип өтөт. Демек, планета перигелийдин жанында болгондо, ал тезирээк кыймылдайт; афелийдин жанында болгондо, ал жайыраак кыймылдайт. Бул эмне үчүн "орбиталык ылдамдык" эллиптикалык орбита үчүн туруктуу эмес экенин түшүндүрөт.
Дээрлик тегерек орбиталарда (төмөнкү e) ылдамдыктын жана аралыктын өзгөрүшү байкалбайт. Бирок эксцентрикалык орбиталар үчүн (жогорку e) айырмачылыктар кескин болушу мүмкүн.
Күн системасындагы эксцентриситеттин мисалдары
Күн системасындагы планеталардын эксцентриситет маанилери ар кандай. Бул жерде жалпы сереп (сандар тегеректелиши мүмкүн):
– Венера: тегерекке абдан жакын (e ~ 0,007)
– Жер: дээрлик тегерек (e ~ 0,017)
– Марс: сүйрү формасында (e ~ 0,093)
– Меркурий: планеталардын эң эксцентрики (e ~ 0,206)
Жер көп учурда "сфералык" орбитага ээ деп эсептелет, бирок ал дагы эле эллиптикалык. Жердин Күндөн перигелий менен афелийдин ортосундагы аралыктын айырмасы бир нече миллион километрге жакын. Бул чоң угулганы менен, орточо аралыктын бир нече пайызын гана түзөт, андыктан анын Жер алган жалпы күн энергиясына тийгизген таасири анын огунун жантайышы сыяктуу башка факторлорго салыштырмалуу анча чоң эмес.
Жердеги эксцентриктүүлүк жана мезгилдерди
Жер жайында Күнгө жакыныраак, ал эми кышында алысыраак болгондуктан, мезгилдердин пайда болушу кеңири таралган жаңылыш түшүнүк. Чындыгында, мезгилдердин пайда болушу, негизинен, Жердин эксцентриситети менен эмес, анын огунун кыйшайышы менен (болжол менен 23,5°) аныкталат.
Кызыктуусу, Жер чындыгында январдын башында, Түндүк жарым шарда кыш мезгили башталганда, перигелийдин жанында болот. Бул аралык мезгилдерди аныктоочу негизги фактор эмес экенин көрсөтүп турат. Бирок, эксцентриситеттин дагы эле анча чоң эмес таасири бар: күн нурунун интенсивдүүлүгү Жер перигелийде жана афелийде турганда бир аз өзгөрөт. Бул таасир Жер жыл бою алган күн энергиясынын бөлүштүрүлүшүндөгү кичинекей өзгөрүүлөр катары көрүнөт.
Эмне үчүн эксцентриситет өзгөрүшү мүмкүн?
Орбитанын эксцентриситети дайыма эле туруктуу боло бербейт. Көптөгөн планеталары бар системаларда планеталардын ортосундагы тартылуу күчү орбиталардын жай өзгөрүшүнө алып келет. Миңдеген жана миллиондогон жылдар аралыгында Жердин эксцентриситети Миланкович циклдеринин бир бөлүгү болгон өзгөрүүлөрдү башынан өткөрөт — бул Жердин орбиталык жана айлануу параметрлериндеги мезгилдүү өзгөрүүлөрдүн сериясы, алар муз доорун кошо алганда, узак мөөнөттүү климаттык үлгүлөргө байланыштуу.
Планеталар аралык өз ара аракеттенүүдөн тышкары, башка массивдүү объектилерге жакындыгы, орбиталык резонанстар жана планетардык системанын пайда болуу тарыхы (мисалы, кагылышуулар же планеталардын миграциясы) да эксцентриситетке таасир этиши мүмкүн.
Экзопланетадагы эксцентриктүүлүк: тынчтан экстремалдыкка чейин
Астрономдор экзопланеталарды (Күн системасынын сыртындагы планеталарды) ача баштаганда, алардын көбү биздин планеталарга караганда алда канча чоң эксцентриситеттерге ээ экенин аныкташкан. Жылдыздарына абдан жакын орбитада айланган кээ бир газ гиганттары ("ысык Юпитерлер") орбиталарын турукташтыруучу толкун эффекттеринен улам дээрлик тегерек орбиталарга ээ, бирок башка көптөгөн экзопланеталар эллиптикалык орбиталарды көрсөтөт.
Жогорку эксцентриситет көбүнчө "катуу" динамикалык тарыхты билдирет, мисалы:
- планеталардын ортосундагы күчтүү гравитациялык өз ара аракеттенүүлөр,
– кош жылдыз системаларындагы кош жылдыздардан келип чыккан толкундоолор,
– же системанын алгачкы пайда болушу учурунда планеталардын кагылышуусу жана учуп чыгышы.
Эксцентрикалык орбиталар планетанын экологиялык шарттарын дагы экстремалдуу кылат: жылдызга чейинки аралыктын өзгөрүшү температуранын жана орбита учурунда алынган радиациянын интенсивдүүлүгүнүн чоң өзгөрүүлөрүн пайда кылат.
Жашоого жарамдуулукка эксцентриситеттин таасири
Планеталардын жашоого жарамдуулугун изилдөөдө эксцентриситет маанилүү параметр болуп саналат. Эгерде планетанын эксцентриситети чоң болсо, анда ал төмөнкүдөй болушу мүмкүн:
– орбитанын бир бөлүгүн жылдызга өтө жакын (өтө ысык) өткөрөт,
– жана башкалары өтө алыс (өтө суук).
Бирок, жашоого ылайыктуулук алыстык менен гана аныкталбайт. Калың атмосфера, океандар же жылуулук айлануу механизмдери температураны турукташтырууга жардам берет. Орточо эксцентриситетке ээ планеталар дагы эле натыйжалуу жашоого ылайыктуу зонага ээ болушу мүмкүн болгон сценарийлер бар, айрыкча, орточо энергия керектөө суюк сууну колдоп, атмосфера жылуулукту бөлүштүрө алса.
Башка жагынан алганда, чоң эксцентриситеттер климаттын кескин өзгөрүүлөрүн пайда кылууга, аба ырайынын туруксуздугун күчөтүүгө, сезондук схемаларды өзгөртүүгө жана ал тургай жылдыз менен болгон ташкындын өз ара аракеттенүүсүнө таасир этүүгө , бул планетанын ички бөлүгүн ысытууга (ташкындын жылышы) же анын айлануу эволюциясын тездетүүгө мүмкүндүк берет.
Эксцентриситетти өлчөө: астрономдор муну кантип билишет?
Күн системасында эксцентриситет планеталардын убакыттын өтүшү менен жайгашкан жерлерин байкоо менен абдан так аныкталат. Экзопланеталар үчүн кеңири таралган ыкмаларга төмөнкүлөр кирет:
– Радиалдык ылдамдык: планетанын тартылуу күчүнөн улам жылдыздын "термелүүсүн" өлчөйт; сигнал ийри сызыгынын формасы эксцентриситетти ачып бере алат.
– Транзит: планета жылдыздын алдынан өткөндө, транзиттин узактыгы жана формасы, ошондой эле башка маалыматтар орбитанын формасы жөнүндө маалымат бере алат.
– Убакыттын өзгөрүшү: планеталар аралык өз ара аракеттенүүдөн улам транзиттик убакыттын (ТУ) өзгөрүшү эксцентриситетти кошо алганда, орбиталык параметрлерди аныктоого жардам берет.
Канчалык көп маалымат чогултсак, эксцентриситетти баалоо жана системанын динамикасын түшүнүү ошончолук жакшы болот.
Penutup
Планетанын орбитасынын эксцентриситети орбиталардын эмне үчүн дайыма эле тегерек эместигин, планетанын жылдызынан алыстыгы эмне үчүн өзгөрөрүн жана планетанын ылдамдыгы эмне үчүн анын орбитасы боюнча туруктуу эместигин түшүнүү үчүн негизги түшүнүк болуп саналат. Күн системасында планеталардын эксцентриситеттери салыштырмалуу кичинекей, бул орбиталык динамиканы "тынч" көрсөтөт. Бирок, көптөгөн экзопланеталар алда канча эксцентристикалык орбиталарды көрсөтүшөт, бул планеталык системалардын эволюциясы бир топ татаал жана драмалык өз ара аракеттенүүлөргө толгон болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
Эксцентриситетти түшүнүү менен биз орбиталардын геометриясын гана үйрөнбөстөн, планетардык системаны калыптандырган гравитациялык "тарыхты" да окуйбуз жана орбитанын формасы климатка жана жашоого ыңгайлуу чөйрөнүн пайда болуу мүмкүнчүлүгүнө кандай таасир этерин баалайбыз.
