Владимир Петрович Бровко
Катехизис по астрономии
Если представить размеры Солнца с поверхности Земли будущего, то оно будет выглядеть не как диск, а как сияющая точка с угловыми размерами около 0°0’9
67. Что необходимо знать о спутнике планеты Земля – Луне?
Луна – относительно большой планетоподобный спутник с диаметром, равным четверти земного. Это самый большой, по отношению к размерам своей планеты, спутник Солнечной системы. По названию земной Луны, естественные спутники других планет также называются «лунами».
Гравитационное притяжение между Землёй и Луной является причиной земных приливов и отливов. Аналогичный эффект на Луне проявляется в том, что она постоянно обращена к Земле одной и той же стороной (период оборота Луны вокруг своей оси равен периоду её оборота вокруг Земли; см. также приливное ускорение Луны).
Это называется приливной синхронизацией.
Во время обращения Луны вокруг Земли Солнце освещает различные участки поверхности спутника, что проявляется в явлении лунных фаз: тёмная часть поверхности отделяется от светлого терминатора.
Из-за приливной синхронизации Луна удаляется от Земли примерно на 38 мм в год. Через миллионы лет – это крошечное изменение, а также увеличение земного дня на 23 мкс в год, приведут к значительным изменениям. Так, например, в девоне (примерно 410 млн лет назад) в году было 400 дней, а сутки длились 21,8 часа.
Луна может существенно повлиять на развитие жизни путём изменения климата на планете. Палеонтологические находки и компьютерные модели показывают, что наклон земной оси стабилизируется приливной синхронизацией Земли с Луной.
Если бы ось вращения Земли приблизилась к плоскости эклиптики, то в результате климат на планете стал бы чрезвычайно суровым.
Один из полюсов был бы направлен прямо на Солнце, а другой – в противоположную сторону, и по мере обращения Земли вокруг Солнца они менялись бы местами.
Полюсы были бы направлены прямо на Солнце летом и зимой. Планетологи, изучавшие такую ситуацию, утверждают, что, в таком случае на Земле вымерли бы все крупные животные и высшие растения.
Видимый с Земли угловой размер Луны очень близок к видимому размеру Солнца. Угловые размеры (и телесный угол) этих двух небесных тел схожи, потому что хоть диаметр Солнца и больше лунного в 400 раз, оно находится в 400 раз дальше от Земли. Благодаря этому обстоятельству и наличию значительного эксцентриситета орбиты Луны, на Земле могут наблюдаться как полные, так и кольцеобразные затмения.
Наиболее распространённая гипотеза происхождения Луны, гипотеза гигантского столкновения, утверждает, что Луна образовалась в результате столкновения протопланеты Теи (размером примерно с Марс) с прото-Землёй.
Это, среди прочего, объясняет причины сходства и различия состава лунного грунта и земного.
68. В чем причина морских приливов и отливов на планете Земля?
Периодическое повышение и понижение уровня моря, известное как приливы и отливы, происходит из-за гравитационной силы, которой Луна воздействует на Землю. Сила тяготения Солнца тоже оказывает влияние на приливы и отливы, но в значительно меньшей степени. Чтобы ощутить гравитационное влияние Луны на Землю, нужно измерить разницу лунного притяжения в разных точках Земли.
Она невелика: ближайшая к Луне точка земного шара притягивается к ней на 6 процентов сильнее, чем наиболее удаленная. Эта разница сил растягивает нашу планету вдоль направления Земля – Луна.
А поскольку Земля вращается относительно этого направления с периодом около 25 часов (точнее, 24 часа и 50 минут), по нашей планете с таким же периодом пробегает двойная приливная волна – два «горба» в направлении растягивания и две «долины» между ними. Высота этих «горбов» невелика: в открытом океане она не превосходит двух метров, а максимальная амплитуда приливов в земной коре (на экваторе) составляет всего 43 сантиметра.
Поэтому мы не замечаем приливов ни в океане, ни на суше. И только на узкой береговой полосе можно заметить приливы и отливы. Благодаря своей подвижности океанская вода, набегая приливной волной на берег, может по инерции подняться на высоту до 17 метров. Подобным же образом действует на Землю и Солнце – более массивное, но и более далекое, чем Луна. Высота солнечных приливов вдвое меньше, чем лунных. В новолуние и полнолуние, когда Земля, Луна и Солнце лежат на одной прямой, лунные и солнечные приливы складываются.
А в первую и последнюю четверти Луны эти приливы ослабляют друг друга, поскольку «горб» одного приходится на «впадину» другого. Максимальные лунно-солнечные приливы больше минимальных в 3 раза. Те и другие повторяются каждые 14 дней. Лунно-солнечные приливы имеют место также в земной атмосфере, создавая колебания атмосферного давления на поверхности Земли в несколько миллиметров ртутного столба.
Лунно-солнечные приливы – явление весьма заметное и важное в жизни Земли.
Например, под их влиянием Земля постепенно замедляет свое вращение и продолжительность суток увеличивается (около 0,0016 секунды за 100 лет). Еще сильнее действует земная приливная сила на Луну: она уже давно замедлила свое суточное вращение настолько, что постоянно обращена к нам одной стороной.
69. Что случилось бы на Земле, если бы у нашей планеты не оказалось Луны?
Гравитационное влияние Луны оказывает огромное влияние на многие процессы, происходящие на Земле.
Французский астроном Ж. Ласкар попытался на основе математического моделирования оценить, что случилось бы на Земле, если бы у нашей планеты не оказалось Луны. Главный вывод, который сделал ученый, – притяжение Луны стабилизирует климат нашей планеты. Одним только соседством с Землей Луна ограничивает колебания оси земного шара относительно плоскости эклиптики.
Наклон оси, как известно, определяет смену времен года, то есть количество солнечной энергии, поступающей на те или иные широты в Северном и Южном полушариях.
Расчеты Ж. Ласкара показали, что, не будь Луны, ось земного шара могла бы менять свой наклон по отношению к плоскости эклиптики в очень значительных пределах – от 0 до 85 градусов (в настоящее время ось наклонена на 23,5 градуса).
При угле наклона 85 градусов картина была бы такая: Солнце подолгу стояло бы почти в зените над одним из земных полюсов, а противоположное полушарие столь же долго оставалось бы погруженным во тьму.
Разность температур в полушариях вызвала бы чудовищные по силе ураганы и дожди, не уступающие по силе библейскому потопу.
70. Является ли Луна единственным естественным спутником Земли?
В 1961 году были обнаружены два слабосветящихся пылевых облака, являющихся своеобразными спутниками Земли. Они расположены в так называемых точках либрации системы Земля – Луна, то есть в противоположных вершинах двух равносторонних треугольников, у каждого из которых две остальные вершины совпадают с центрами Земли и Луны (треугольники имеют общую сторону – отрезок прямой между центрами Земли и Луны).
Размеры облаков сравнимы с размерами Земли, но масса их составляет всего около 10 тысяч тонн. Плотность облаков составляет приблизительно одну пылинку массой в две сотых миллиграмма на один кубический километр!
Обращаясь вокруг Земли, облака также вращаются с периодом около месяца вокруг своих центров, которые колеблются относительно точек либрации, удаляясь от них на расстояние до 10 угловых градусов (при наблюдении с Земли).
Существование указанных пылевых облаков объясняют тем, что области вблизи вибрационных точек системы.
ч.4
Другие вопросы, в Астрономии, которые мы должны знать!
71. Что такое Полюсы Мира и где они находятся?
Еще древние египтяне знали, что звездный небосвод, проделав за 24 часа круговой путь, возвращается в прежнее положение.
И что на небе есть одна точка, которая при этом остается неподвижной. Через нее проходит ось вращения небесного свода, а точнее – земного шара. Сегодня эту точку мы называем Северным полюсом мира.
Она почти совпадает с яркой звездой альфа Малой Медведицы, которая именно поэтому названа Полярной звездой. Вторую (противоположную Северному полюсу мира) точку, в которой ось вращения Земли пересекается с небесной сферой, называют Южным полюсом мира. В непосредственной близости от Южного полюса мира ярких звезд нет. Расположен он в созвездии Октант.
Не участвуя в суточном вращении небесной сферы, полюсы мира вследствие прецессии медленно перемещаются относительно звезд.
Их путь лежит по окружностям радиусом около 23,5 углового градуса с центром в полюсе эклиптики. Полный оборот они совершают за 25 770 лет. В настоящее время Северный полюс мира приближается к Полярной звезде.
В 2102 году расстояние между ними будет только 27,5 угловой минуты, а затем полюс мира начнет уходить от Полярной звезды.
Через 7500 лет это название с большим правом будет носить другая звезда – Альдерамин (альфа Цефея), а через 13 500 лет – Вега (альфа Лиры).
Соответственно перемещается и Южный полюс мира.
Астрономия и ВРЕМЯ?
Закончив изложение основных основ Астрономии в первых трех частях этого очерка нам с вами уважаемый читатель теперь самое время перейти к изучению и тесно связанного с Астрономией понятия Времени!
Тем более что это понятие касается каждого из нас на протяжении всей нашей жизни.
И не зная хотя бы в общих чертах, что такое ВРЕМЯ нельзя считать себя образованным человеком.
А Время – вещь очень странная. Иногда оно (и это каждый из вас уважаемые читатели не раз лично ощущал на себе) проходит быстро, а иногда тянется невероятно медленно.
К настоящему моменту существует масса теорий, призванных объяснить, что же такое время, и вот и нам предстоит разобраться в этом сложном вопросе. А еще тут важно то что скажем Астрономию вы можете не любить и не знать, а вот что такое ВРЕМЯ знать обязаны!
72. Что такое ВРЕМЯ?
Время – форма протекания физических и психических процессов, условие возможности изменения.
Одно из основных понятий философии и физики, ВРЕМЯ как меры длительности существования всех объектов, характеристика последовательной смены их состояний в процессах изменения и развития, а также одна из координат единого пространства-времени, представления о котором развиваются в теории относительности.
В философии – это необратимое течение (протекающее лишь в одном направлении – из прошлого, через настоящее в будущее).
В прикладной же науке Метрологии "Время – это физическая величина", одна из семи основных величин Международной системы величин
Время характеризуется своей одно направленностью одномерностью, временной упорядоченностью (причина всегда предшествует следствию), наличием ряда свойств симметрии
Также Время как физическая величина определяется периодическими процессами в некой системе отсчёта, шкала времени которой может быть, как неравномерной (процесс вращения Земли вокруг Солнца или человеческий пульс), так и равномерной.
Равномерная эталонная система отсчёта выбирается «по определению», ранее, например, её связывали с движением тел Солнечной системы (эфемеридное время), а в настоящее время таковой локально считается Атомное время, а Эталон Секунды – 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями!!!
Следует отметить, что это определение – не произвольное, а связанное с наиболее точными периодическими процессами, доступными человечеству на данном этапе развития экспериментальной физики
73. Что такое "Ось времени"?
Ось времени, временная ось (именуемая также в контексте термодинамики стрелою времени) – концепция, описывающая время как прямую (то есть математически одномерный объект), протянутую из прошлого в будущее. Из любых двух несовпадающих точек оси времени одна всегда является будущим относительно другой.
Классическая физика представляет пространство-время как прямое произведение одномерного времени на трёхмерное пространство. Преобразования Галилея всегда сохраняют временную координату (с точностью до сдвига).
Таким образом, ось времени является прямой, а точки её (именуемые моментами времени) параметризуются одной временной координатой.
Несмотря на доказанное несоответствие этого представления физической природе времени, оно используется в построении шкалы всемирного координированного времени на Земле, а также во многих научных моделях, не требующих учёта конечности скорости света.
74. Как взаимодействуют между собой Ось времени и теория относительности?
В теории относительности существует лишь частичное упорядочение точек пространства-времени по времени.
Относительно двух событий мы не всегда можем сказать, которое лежит в прошлом, а которое в будущем, так что оси времени в привычном смысле нет!
События относительно данного делятся на будущие – на которые можно повлиять, прошлые – которые на него влияют, и неопределённые – ни то, ни другое.
Сопоставимым понятием является мировая линия, на которой определено собственное время, однако она своя у каждого тела.
В специальной теории относительности (так же, как и в большинстве моделей искривлённого пространства-времени в общей теории относительности) сохраняется порядок времени.
То есть, если мировые линии двух тел пересеклись в двух точках пространства-времени, то одна из них является прошлым с точки зрения обоих тел, а другая – будущим.
Хотя общая теория относительности не запрещает многократные пересечения мировых линий с нарушением порядка времени и даже самопересечение мировой линии (см. путешествия во времени), применимость подобных моделей пространства-времени к реальному физическому миру сомнительна
75. Какие есть в современной науке концепции ВРЕМЕНИ?
Классическая физика
В классической физике время – это непрерывная величина, априорная характеристика мира, ничем не определяемая.
В качестве основы измерения используется некая, обычно периодическая, последовательность событий, которая признаётся Эталоном! некоторого промежутка времени.
На этом основан принцип работы часов!
Время как поток длительности, одинаково определяет ход всех процессов в мире.
Но вот все процессы в мире, независимо от их сложности, не оказывают никакого влияния на ход времени.
Поэтому время в классической физике называется абсолютным. И. Ньютон:
«Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно, и иначе называется длительностью… Все движения могут ускоряться или замедляться, течение же абсолютного времени изменяться не может.»
Абсолютность времени математически выражается в инвариантности уравнений ньютоновской механики относительно преобразований Галилея.
Все моменты времени в прошлом, настоящем и будущем между собой равноправны, время однородно.
Течение времени всюду и везде в мире одинаково и не может изменяться.
