Почему луна всегда повернута к нам одной стороной
Загадка эта будоражила многие пытливые умы. Высказывались версии, что Луна плоская, что она имеет грушевидную форму и потому притягивается к земле. Даже, что под поверхностью Луны, (а то и вся она) скрыт огромный инопланетный корабль, висящий над землей с наблюдательной целью.
Однако, ларчик открывается несколько проще. Причинами такого расположения небесных тел является гравитационное воздействие Земли на Луну, вызывающее приливные силы. Все знакомы с приливами, регулярно возникающими в океанах, и поднимающих воду на высоту в несколько метров под действием притяжения Луны. Разные части Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, - в большей степени, обратная сторона - в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями.
Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется горб. Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода под воздействию Луны, образует приливные горбы на противоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля "подставляет" Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Если Луна, масса которой во много раз меньше массы Земли, способна вызывать столь большие возмущения, то каковы же должны были быть они на самой Луне, под воздействием Земли, когда она вращалась. Этот механизм и остановил вращение Луны, и теперь она повернута к нам всегда одной стороной.
Торможение Земли под действием Луны не единственный эффект от их "сожительства". Куда девается энергия, которая должна выделяться из-за замедления планеты? Частично в тепло, частично - на увеличение орбитальной скорости Луны, а следовательно - расстояния между Землей и Луной.
Подсчитано, что миллиард лет назад земные сутки были короче на 4 часа чем сейчас, они составляли всего около 20 часов. В тот период Луна была расположена гораздо ближе, совершала один оборот вокруг нашей планеты за несколько суток, и приливы и отливы были гораздо сильнее выражены. А через 5 миллиардов лет вращение Земли затормозится столь сильно, что она сама повернется к Луне одной стороной, в земном году будет всего лишь 9 суток вместо нынешних 365, а удалившаяся Луна будет совершать в год 9 оборотов - в году будет 9 месяцев, а в каждом месяце - один день.
Гравитация и пространство. Часть 3 (тёмная материя)
Ситуация осложнилась когда у большого количества маленьких галактик в нашей местной группе измерили скорость. Оказалось, что у нас "под носом" эта проблема так же наблюдается. Не хватает массы вещества, чтобы объяснить почему все эти галактики собраны вместе
Они должны разлетаться. Значит здесь тоже требуется какая-то дополнительная масса. Это и есть первый аргумент существовании темной материи.
Аргумент номер 2. Он связан не с скоплениями галактик, а с отдельными звездными системами. Когда научились измерять скорости вращения дисков галактик появилась возможность измерять массу, которая эти диски содержит. И тут встретились с абсолютно той же самой проблемой.
Второй метод вычислить распределение массы - по яркости звезд.
Что самое интересное: массы, вычисленные по динамике диска и по яркости звездного населения - разошлись. Масса, вычисленная по динамике диска, оказалась гораздо выше.
До этого дошли не сразу.
Пришли к выводу, что то, что мы раньше принимали за галактику, это только её оптическая часть. Она должна быть окружена темным гало, которое так же проникает через неё.
Но решающим аргументом стал 3 аргумент.
Этот аргумент стал связан, прежде всего, с влиянием гравитации на лучи света. Лучи, различного свечения, одинаково отклоняются в гравитационном поле. Но гравитационное поле действительно заставляет откланяться лучи от прямой линии, и они, большой массой, могут фокусироваться. Такая ситуация, когда гравитационное поле играет роль линз, называется гравитационное линзирование. Отличие от обычной линзы, конечно же, громадное, потому что нормальные линзы имеет точку фокуса куда собираются лучи, а у гравитационной линзы нет точки фокуса. У неё есть линия фокуса. На каждой точке линии собираются в фокус лучи, которые на определенном расстоянии от центра линзы прошли. Поэтому такая линза искажает изображение. И даже изображение одного объекта может разбиться на много разных изображений.
Этот эффект долго искали, эффект гравитационного воздействия на свет. Его можно проверить только астрономически. Этот эффект предсказывал ещё Ньютон.
Для того чтобы обнаружить такой эффект потребовались большие телескопы с высоким разрешением. И такие линзы были найдены...
Гравитация и пространство. Часть 2
Черные дыры - это схлопнувшиеся звезды, массивные объекты сжатые до крошечной доли от их первоначального размера. Гравитация вокруг них столь сильна, что, по расчетам Эйнштейна, вращающаяся черная дыра может тянуть пространство за собой скручивая его как кусок ткани. Ближайшая черная дыра находится в триллионах километров от нас. Проверить расчеты очень трудно.
Однако в конце 50-х годов физик по имени ШИФФ Леонард Исаак начал искать способ проверить идеи Эйнштейна не уезжая далеко от дома. Шиффа вдохновил гироскоп. Он думал, что если пространство действительно скручивается, как ткань, гироскоп может помочь определить это. Шифф предложил эту идею своим коллегам - Бобу Кэннону и Уильяму Фэрбэнку. В 1959 году они решили запустить высокотехнологичный гироскоп на Земную орбиту.
Обычно ось гироскопа направлена в одно фиксированное направление, но если Земля тянет пространство за собой - тогда ось гироскопа тоже будет тянуться, изменив его ориентацию так, что это будет реально измерить.
Это был потрясающе простой план. Была только одна проблема. Вращение Земли скручивало пространство в совсем незначительной степени. Это величина так мала, как если бы мы пытались измерить высоту монетки с расстояния 100 километров. Коллеги провели более двух лет, чтобы выяснить как можно провести столь точные измерения. В итоге они выработали план, присоединить 4 свободно вращающихся гироскопа к телескопу, направленному на далекую звезду. Если пространство искривляется, то со временем гироскопы не будут указывать на звезду, так как они попадут в воронку пространства. В 1962 г. они подали на гранд NASA, запросив около миллиона долларов на проект под названием: "Гравитационный зонд B".
Изначально члены команды думали, что проект займет у них около 3-х лет. Они были слегка оптимистичны. "Гравитационный зонд B" стал одним из самых длительных проектов в истории. Проект занял почти 40 лет. На него было потрачено 750 миллионов долларов и NASA отказала ему 9 раз. В итоге, в апреле 2004 года, команда собралась, чтобы посмотреть на запуск. Из трех человек, что решились на этот проект в 59 году, лишь один был жив и смог увидеть это.
Более года гравитационный зонд находился на орбите Земли. В итоге стали поступать данные, но была одна проблема. Гироскопы испытывали небольшую, незапланированную качку. Привести данные в порядок стоило бы миллионы. Финансирование заканчивалось. Полвека работы могли пойти крахом.
Затем появились 2 источника дополнительного финансирования. Сын члена первоначальной команды, Уильяма Фэрбэнка, сделал частное пожертвование и Турки аль Сауд, член королевской семьи Саудовской Аравии, выделил крупный грант.
В течении 2 последующих лет проблема с данными была решена. Было зафиксировано, что оси гироскопа смещаются почти в точности на величину, предсказанную в вычислениях Эйнштейна.
Этот эксперимент предоставил самое непосредственное доказательство, из всех когда-либо найденных, что пространство - это нечто реальное.
Таким образом стал понятен принцип движения планет по своим орбитам.
Чем дальше планета находится, тем медленнее она двигается. Притяжение звезды слабеет с расстоянием. Все полагали, что та же картина будет наблюдаться в случае отдаленных от центра галактики звезд.
Большинство звезд сконцентрировано в центре галактики, поэтому их суммарная гравитация будет притягивать остальные звезды так же, как и Солнце притягивает свои планеты.
Но в 70-х годах XX века астроном Вера Рубин, изучая галактику Андромеда, обнаружила что внешние звезды не подчиняются этому правилу. В отличии от внешних планет Солнечной системы, отдаленные звезды в галактике двигались с той же скоростью, что и близкие к её центру. То есть гораздо быстрее, чем это ожидалось. Вера изучила 60 галактик и выяснила, что будто все они нарушают закон тяготения.
Вера Рубин открыла, что звезды так двигаются из-за гравитации чего-то массивного и невидимого. Тогда все вспомнили об очень экстравагантном человеке, немце Фрице Цвикке.
Он проанализировал скорости движения галактик в скоплении "Волосы Вероники".
Галактики в данном скоплении двигаются очень быстро, больше 1000 км/с.
Он первым сделал вывод, что галактики не обладают достаточным количеством вещества, чтобы удержаться вместе, имея такие скорости. Поэтому он сделал вывод: чтобы скопления существовали как скопления, а не разлетались во все стороны, нужно считать что помимо галактик есть ещё невидимая тёмная материя, неизвестный источник гравитации.
Это идея не пользовалась особой популярностью. В 30-е - 40-е годы можно было об этом спорить...
Гравитация и пространство. Часть 1
Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Его закон предсказал силу гравитации с потрясающей точностью. Но как именно работает гравитация?
Как, например, Земля притягивает Луну за сотни тысяч километров пустого пространства?
Законы Ньютона этого не объясняли. Лишь спустя около трехсот лет Эйнштейн предложил совершенно новую теорию гравитации.
Он пришел к сенсанционному выводу. Секрет гравитации лежит в самой природе пространственно-временного континуума. Пространственно-временной континуум может быть гибким, он может растягиваться и сжиматься как настоящая ткань.
Так Эйнштейн понял как на самом деле работает гравитация. Это деформация пространственно-временного континуума, вызванная объектами внутри него. Другими словами гравитация - это и есть форма самого пространства-времени.
Там, где Ньютон видел пространство пассивным, Эйнштейн видел его динамичным. Оно сплетено воедино со временем и диктует законы движения объектов.
Жители Земли привыкли к силе притяжения, называемой 1 g. 8-9 g - такую силу притяжения чувствует пилот истребителя при резком вираже.
Так выглядел бы пожарный гидрант при 100000 g. Но при миллионах g даже свет склоняется перед гравитацией. Свет продолжает двигаться с постоянной скоростью, но он не способен вырваться. Такая гравитация у черных дыр.
Но одно дело думать о пространстве как о динамичном, активном и гибком как ткани. Так ли это на самом деле? Или это просто метафора? Описывает ли это то, каким пространство является в действительности? Теория Эйнштейна предсказывает, что единственный способ узнать это - совершить путешествие на край чёрной дыры...
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Skyrim VS Реальность [Космос! Луны! Интерстеллар!]
Всем привет, я продолжаю эксперименты с форматами, и пока делал ролик, наткнулся на один любопытный факт.
Он и послужил основой для вот этого:
Постарался рассказать про самые интересные возможные события, упустил кучу деталей (из-за которых настоящие ученые сожгли бы меня как еретика), так что любые комментарии-поправки я лишь приветствую. А в целом это первый ролик, которым я почти доволен.