Немного об ускорении Луны при движении по орбите вокруг Земли (страница 1 из 2)
Тип: Произведение
Раздел: По жанрам
Тематика: Мистика
Автор:
Читатели: 23 +1

Немного об ускорении Луны при движении по орбите вокруг Земли



Пьер Симон де Лаплас 1787 году пришел к выводу, что вековое ускорение Луны обусловлено воздействием на систему Земля-Луна притяжением других планет Солнечной системы, но косвенным образом. (Laplace. Sur l'acceleration seculaire de la Lune. - Hist. de l'Academie, annee 1786, ed.1788, p.235-261.) По Лапласу, ускорение Луны зависит от эксцентриситета земной орбиты. Хотя средняя угловая скорость Луны в ее движении вокруг Земли определяется главном образом притяжением Земли, на нее оказывает небольшое влияние притяжение Луны Солнцем. Величина этого воздействия зависит, однако, от эксцентриситета земной орбиты. В результате Луна ускоряется, если эксцентриситет земной орбиты уменьшается, и наоборот замедляется, если он увеличивается. Таким образом, наблюдаемое ускорение движения Луны - следствие изменения эксцентриситета земной орбиты вследствие воздействия на Землю сил притяжения других планет Солнечной системы. Изменение эксцентриситета, согласно Лапласу - периодический процесс с очень большим периодом, следовательно, через несколько миллионов лет ускорение Луны должно поменять знак.
Однако в 1853 г. английский астроном Джон Кауч Адамс показал, что Лаплас ошибся - по его расчетам, лишь 5.7" в ускорении Луны можно объяснить уменьшением эксцентриситета земной орбиты. (Phil. Trans.Roy.Soc. London A143, 397 (1853)). В 1865 г. французский астроном Шарль Эжен Делонэ объяснил «недостающие секунды» в угловом ускорении Луны приливными эффектами: вследствие приливного трения в системе Земля-Луна происходит перераспределение момента импульса между движением Луны и осевым вращением Земли, вследствие чего изменяется расстояние между Луной и Землей и, следовательно, период обращения Луны. (Несколько ранее Делонэ эту идею выдвинул астроном Феррель.)
Итак, одной из причин векового ускорения Луны оказались приливные силы. Хотя приливные силы и являются, в конечном счете, силами тяготения, но они не подчиняются «закону обратных квадратов», а их величина зависит от механических свойств Земли и Луны. Таким образом, Эйлер в конечном счете оказался прав - оказалось невозможным объяснить все особенности движения Луны только на основании закона всемирного тяготения, а в теории движения Луны впервые появились негравитационные силы.
Однако после учета всех этих эффектов немецкий астроном Петер Андреас Ганзен, исследуя долготы Луны, которые измерялись в Гринвичской обсерватории на протяжении многих десятков лет, обнаружил в них небольшую медленную флуктуацию. Американец Саймон Ньюком занялся этой проблемой: он собрал и обработал громадное количество наблюдений Луны, в 1871 г. проехал по Европе и собрал из архивов данные о наблюдениях затмений, покрытий Луной звезд и т.п. В результате он также пришел к выводу, что между теорией и наблюдениями имеется небольшое расхождение: ускорение Луны оказалось непостоянным.
Представим себе, что некий экспериментатор изучает законы движения какого-то тела. Он может весьма точно измерять его положение в любой момент времени. Если наш экспериментатор будет проводить эти замеры регулярно и достаточно часто, то он сможет вычислить средние скорости движения тела в интервалы времени между замерами, разделив величину перемещения тела на величину соответствующего временного интервала. Исследовав, как меняется средняя скорость, он сможет вычислить и ускорение.
Однако есть одно обстоятельство, о котором экспериментатор не подозревает: его часы идут неравномерно. Пусть они систематически замедляют свой ход, так что отсчитываемые этими часами секунды и минуты становятся все длиннее и длиннее. Нетрудно понять, что полученные нашим исследователем результаты будут неверными. Он предполагает, что он измеряет положение тела через одинаковые промежутки времени, хотя на самом деле эти промежутки увеличиваются. Если исследуемое тело движется абсолютно равномерно, то экспериментатор обнаружит, что за одинаковые (по его часам) отрезки времени путь, проходимый телом, постоянно увеличивается, т.е. скорость тела возрастает и наблюдается ускорение - хотя в действительности никакого ускорения в движении тела нет.
Итак, мы увидели, что если исследователь законов движения пользуется плохими часами, то измеренные им значения скорости и ускорения тела отличаются от реальных: если часы замедляют свой ход, то наблюдатель регистрирует дополнительное ускорение, которое является чисто кажущимся. Если же часы ведут себя более сложным образом - то ускоряют, то замедляют свой ход, - то наблюдаемые кажущиеся ускорения будут изменяться по величине «в такт» с изменением хода часов наблюдателя. Величину этого эффекта нетрудно определить количественно - для этого нужны лишь самые элементарные сведения из математического анализа (умение дважды продифференцировать сложную функцию).
Если же ход часов наблюдателя ускоряется или замедляется, то картина становится более сложной.
Возможно, у читателя возникает вопрос - а какое отношение имеет наш воображаемый горе-эксперименетатор, не способный приобрести себе хорошие часы, к проблеме векового ускорения Луны? Оказывается, самое прямое. Дело в том, что до недавних времен все астрономы находились в положении такого незадачливого исследователя. Они измеряли время по вращению Земли. Земля же вращается неравномерно. Выше уже упоминалось, что в системе Земля-Луна происходит обмен моментом импульса между вращающейся Землей и орбитальным движением Луны. В целом вращение Земли замедляется - т.е. используемые астрономами часы действительно замедляли свой ход. Следует заметить, что астрономы пользовались такими несовершенными часами, как вращающаяся Земля, «не от хорошей жизни» - ничего лучшего в их распоряжении просто не было. Более точные часы, чем вращающаяся Земля (кварцевые, а затем атомные), появились лишь в XX веке. Именно с помощью этих часов было непосредственно зафиксировано то, что вращение Земли действительно неравномерно.
В 1939 году Гарольд Спенсер Джонс впервые показал, что только часть наблюдаемого ускорения Луны существует реально. Другая его часть - кажущаяся, и возникает она именно вследствие измерения времени с помощью «плохих часов», отсчитывающих неравномерные промежутки времени - вращающейся Земли.
Вскоре после осознания факта неравномерности вращения Земли пришло понимание необходимости для астрономических исследований равномерной шкалы времени. Такая шкала - эфемеридное время - была введена МАС (Международным астрономическим союзом) в 1952 г.
Эфемеридное время (Ephemeris Time, ET) - это равномерно текущее время, независимое от вращения Земли. Время, которое определяется вращением Земли, называется мировым временем (Universal Time, UT). Ранее для этого понятия использовалось название «гринвичское среднее время» (Greenvich Mean Time, GMT).
Под действием притяжения Луны (и в меньшей степени Солнца) в океанах, атмосфере и коре Земли возникают приливные вздутия. Однако океанские и атмосферные приливы влияют на скорость вращения Земли по-разному: если первые тормозят ее, то вторые, напротив, ускоряют. По У. Манку и Г. Макдональду при этом имеет место следующая ситуация: «Если океан обладает конечной вязкостью или если Земля не ведет себя как абсолютно твердое тело, то лунный и солнечный приливы сдвигаются по фазе. Максимум подъема или опускания воды в данном месте запаздывает во времени относительно времени прохождения Луны (или Солнца) через местный меридиан. Гравитационное притяжение выпуклостей асимметрично относительно линии центров и приводит к появлению момента, тормозящего вращение Земли». Ситуация с атмосферными приливами обратная. В 1952 г. Е. А. Холмберг предложил чрезвычайно интересную гипотезу, согласно которой нынешняя продолжительность земных суток установилась в результате совместного действия океанских и атмосферных приливов. Природа атмосферных приливов заключается в следующем: Солнце, действуя на атмосферу Земли, вызывает изменение барометрического давления. При суточном вращении Земли зона измененного давления обходит вокруг всего земного шара. При этом над каждой данной точкой Земли максимум давления атмосферы наступает на два часа раньше прохождения через меридиан Солнца или антисолнца. Поэтому эти зоны измененного давления (или атмосферные приливы) вызывают ускорение вращения Земли. Между этими двумя парами сил устанавливается нежесткое динамическое равновесие, и в различные геологические эпохи имеют место уклонения от него в различные стороны. В настоящее время продолжительность суток несколько велика для равновесия и океанский замедляющий момент сил превосходит ускоряющий атмосферный момент, так что в общем вращение Земли замедляется.
Однако список факторов, влияющих на скорость вращения Земли, не исчерпывается приливами. Как известно, центральная область земного шара - земное ядро - находится в жидком состоянии. Поэтому вращение Земли имеет нечто общее с поведением раскрученного сырого яйца: обмен моментом вращения между жидкой сердцевиной и твердыми внешними слоями приводит к нерегулярным изменениям угловой скорости Земли.
Еще одно обстоятельство, влияющее на скорость вращения Земли - изменение ее момента инерции вследствие, в частности, изменения уровня Мирового океана в связи с увеличением или уменьшением полярных шапок (этот эффект проявляется на больших интервалах времени).
При таком разнообразии причин, влияющих на вращение Земли, не приходится удивляться столь затейливому изменению скорости ее вращения. Как заметил Ф.Р.Стефенсон (один из ведущих специалистов мира, исследующих эту проблему), "говоря вкратце, история вращения Земли чрезвычайно сложна".
Многолетними замерами расстояния Земля-Луна было установлено: Луна действительно удаляется от Земли в среднем на 3.8 см за год. Тем самым было показано, что одна из составляющих векового ускорения Луны действительно вызвана приливным взаимодействием, а также опытным путем определена величина этой составляющей. Последнее обстоятельство особенно важно. Если составляющие векового ускорения Луны, обусловленные "чистым тяготением", можно определить расчетным путем, то вклад приливных сил точному расчету не поддается.
Это "недостающее звено" - информация о величине приливного вклада в ускорение Луны - позволило улучшить теорию движения Луны. В распоряжении небесных механиков оказалась достаточно точная величина истинного векового ускорения Луны. Они получили возможность более точно рассчитывать положение Луны для отдаленных эпох. Более точная теория движения Луны, в свою очередь, позволила уточнить значение эфемеридной поправки ET-UT для древних времен.
Итак, современный взгляд на вековое ускорение Луны состоит в следующем. Среднее движение Луны неравномерно, т.е. вековое ускорение имеет место в действительности. Это реально существующее вековое ускорение обусловлено частично гравитациоными силами, а частично - приливным взаимодействием Земли и Луны, которое обеспечивает обмен моментом количества движения между Луной и вращающейся Землей. Вклад приливных сил в ускорение Луны не поддается расчету, однако в последнее время он был определен

Дата публикации:

Оценка произведения:
Разное:
Реклама
Обсуждение
Комментариев нет
Реклама