Да-да, это заблуждение тоже очень широко распространено. Например, в нескольких телепередачах с его помощью проверяли «уровень образованности» граждан. Часть людей отвечала, что Солнце вращается вокруг Земли, и зачислялась в «плохо образованные». Другая же часть утверждала, что это, наоборот, Земля вращается вокруг Солнца. И их записывали в «хорошо образованные». Говорят, вторых было не так уж и много.
По поводу этого вопроса со мной умудрялись спорить даже те люди, которые, по их заверениям, окончили естественно-научные вузы. Хотя вроде бы в самом начале этой вашей физики сообщаются сведения, достаточные для правильного понимания данного явления.
Штука в том, что фраза «Земля вращается вокруг Солнца» совершенно вернá. Однако если к ней добавить «а не наоборот» или даже просто «на самом деле», то она тут же станет неверной: поскольку фраза «Солнце вращается вокруг Земли» верна ровно в той же степени.
Это может поразить воображение, но это так: если один объект вращается вокруг второго, то второй с неизбежностью будет вращаться вокруг первого. Всё зависит о того, с какой точки мы на эти объекты смотрим. Что именно мы будем считать неподвижным: если первый объект, то вокруг него будет вращаться второй, а если второй — вокруг него будет вращаться первый.
Причём траектории их вращения будут абсолютно идентичными.
На иллюстрации красная точка — Солнце. Синяя — Земля. Маленькая зелёная точка — второй фокус эллиптической орбиты Земли.И вот тут мы доходим до более интересной части. Точнее, сразу до целого комплекта интересных частей.
Во-первых, в таком ракурсе неясно, а какие вообще претензии были к Галилею и к Джордано Бруно, которого вообще за что-то такое сожгли.
Во-вторых, возникает вопрос: ну, с выбором абстрактной точки отсчёта-то понятно, однако, как оно на самом деле? На самом деле-то кто вокруг кого вращается?
Начнём, пожалуй, со второго вопроса. Ответ на него: никакого «на самом деле» вообще нет. Во вселенной не существует избранной, «настоящей» системы отсчёта — они все равноправны. Вы можете измерять положение объектов относительно какого вам заблагорассудится другого объекта, и любое такое измерение будет не более «настоящим», чем любое другое.
Этот принцип — один из ключевых принципов физики: все точки отсчёта равны между собой.
Впрочем, по некоторым характеристикам они всё-таки отличаются. И этим иногда ошибочно пользуются, чтобы обосновать «настоящесть» одной системы по сравнению с другой.
Есть системы, в которых выполняется первый закон Ньютона. То есть, если сумма сил (а точнее их равнодействующая), приложенных к телу, равна нулю, то это тело покоится или движется равномерно и прямолинейно. А есть системы, где такое не выполняется.
Примером системы второго типа может быть разгоняющийся поезд: когда вы в нём стоите, вас начинает «тянуть» к хвосту поезда. Хотя, конечно, «на самом деле» это не вас тянет, а поезд из-под вас всё время пытается выехать. Если же он вдруг поедет с постоянной скоростью, тянуть назад вас перестанет, поскольку вы, благодаря сцеплению с полом или со скамейкой, разогнались относительно земли до той же скорости, что и поезд, и теперь с этой скоростью вместе с ним движетесь, или — если считать относительно поезда — не движетесь.
Системы первого типа называются «инерциальными», а второго «неинерциальными».
Так вот, часто можно слышать, будто «на самом деле Земля вращается вокруг Солнца, поскольку система с точкой отсчёта в центре Земли — неинерциальная».
Однако проблема тут в том, что и система, с точкой отсчёта в центре Солнца тоже не инерциальная. И даже с точкой отсчёта в центре масс Земли и Солнца (в виду огромной разницы их масс находящейся, впрочем, довольно близко к центру Солнца).
Потому что Земля с Солнцем не одни. Вокруг них целая куча других звёзд, галактик и, самое главное, других планет Солнечной системы. И вся эта толпа своим присутствием портит красоту картины.
Кстати, среди планет Солнечной системы всё-таки есть одна — Юпитер — достаточно большая, чтобы иногда иметь свой центр масс с Солнцем за пределами Солнца. Так что все планеты «на самом деле вращаются вокруг Солнца», и только Юпитер достаточно крут, чтобы этого не делать.
В этом смысле, можно говорить лишь о том, что Солнце — «более инерциальная» система, чем Земля: эффекты от «неинерциальности» в этой системе менее заметны.
И это, правда, так. Однако в ряде случаев эффекты от неинерциальности Земли тоже заметны весьма слабо. Например, когда вы стоите на этой самой Земле и что-то там делаете. Совершенно точно, в таком контексте относительно Земли всё будет гораздо «инерциальнее», чем относительно Солнца.
Да и в целом бо́льшая или меньшая «инерциальность» не делает систему отсчёта «более» или «менее настоящей». Как максимум — более удобной для некоторых расчётов.
Причём именно для некоторых, а не для всех. Да, если взять Солнце за центр, то траектории планет становятся гораздо более понятными, а с центром внутри Земли они очень причудливо выглядят.
Если взять Солнце за центр, то траектории планет понятны, с центром внутри Земли они выглядят очень причудливо.Однако вот движение Луны более понятно выглядит, если его рассматривать относительно Земли. То же касается и искусственных спутников: рассчитывать параметры их полёта гораздо проще относительно Земли, а не Солнца. И полёт на Луну тоже проще планировать именно в этой системе координат.
А полёт на Марс, например, проще спланировать, если вблизи Земли считать относительно Земли, вблизи Марса — относительно Марса, и только промежуточную его часть — относительно Солнца.
Нет универсально удобной системы отсчёта, как нет «настоящей».
Но за что же тогда сожгли Бруно и затравили Галилея?
Да, собственно, за то, что в те времена всё это было не особо известно. По представлениям тогдашней физики, и, что ещё важнее, по тогдашним религиозным канонам Земля находилась в центре мироздания, поэтому, как тогда казалось, эта самая избранная «настоящая» точка отсчёта была.
Да и планеты со звёздами, в общем-то, основной массой людей воспринимались не как сейчас. Это, кстати, заслуга, в том числе, Галилея с его телескопом и Бруно с его логикой и воображением — в склонении мира к правильному их восприятию.
Однако если Бруно пострадал за свои метафизические воззрения, а не только за пропаганду гелиоцентрической (с Солнцем в центре) системы, то Галилею инквизиция таки вписала в обвинительный приговор именно вот это:
Вследствие рассмотрения твоей вины и сознания твоего в ней присуждаем и объявляем тебя, Галилей, за всё вышеизложенное и исповеданное тобою под сильным подозрением у сего Св. судилища в ереси, как одержимого ложною и противною Священному и Божественному Писанию мыслью, будто Солнце есть центр земной орбиты и не движется от востока к западу, Земля же подвижна и не есть центр Вселенной.
К этому, впрочем, присовокупили ещё и то, что Галилей нарушил прямой запрет на изложение этой мысли, но это не главное.
Главное, что инквизиция банально не поняла основную часть прозрения Галилея. Оно не в том, что Солнце, а не Земля в «центре мира», а в том, что все системы отсчёта равноправны. Этот принцип так и назван в честь него: «Принцип относительности Галилея».
Правда, этот принцип в полной своей форме относился лишь к инерциальным системам отсчёта (в том смысле, что они не просто равноправны, а вообще изнутри неотличимы друг от друга: «как в одной полетит стрела, так и в другой тоже»). Да и про Солнце, как про «чуть более истинный центр», Галилей тоже обмолвился. Но всё-таки в своём понимании устройства мира он продвинулся гораздо дальше, чем его судьи.
Ну а к настоящему моменту физика продвинулась ещё сильнее. И теперь уже понятно, что правильно всё посчитать можно относительно любой точки, и её выбор зависит лишь от задачи — от которой точки её удобнее решать, от той и надо. А «настоящих» попросту нет.
Поэтому те «образованные», которые ответили так, и особенно те, кто их таким способом проверял на образованность, на самом деле не особо-то образованные, а просто заучили наизусть нужную фразу, как заклинание.
Наконец, ещё один нюанс: в природе никто вокруг кого не вращается. Само понятие «вращение» завязано на то, что мы, люди, обладаем памятью, а потому способны заметить, что некоторые явления почти повторяются. Повспоминав расположение планет и звёзд на небе, мы можем вычислить «период повторения» и, например, изобразить эффектным эллипсом, опоясывающим Солнце, траекторию родной Земли. А потом, понаблюдав подольше, нарисовать эллипсы и для других планет тоже. И назвать этот частный случай повторяемости «вращением».
Но вот природа, в отличие от нас, видимо, не помнит своей предыстории. Или, во всяком случае, никак этого не проявляет. Имеет ли тогда смысл пытаться выяснить, а кто вокруг кого вращается «на самом деле»?
Кстати, о более долгих наблюдениях. Чтобы пронаблюдать полный оборот Плутона вокруг Солнца нам бы потребовалось смотреть в небо примерно 248 лет. А его открыли только в 1930-м. И уже успели закрыть обратно.
Или не успели?
В России одна известная организация под названием ВЦИОМ проводила социологическое исследование, на котором гражданам предлагали ответить на вопрос: «Согласны ли вы со следующим утверждением: Солнце вращается вокруг Земли?» Данные этого опроса многократно перепечатываются в СМИ, и на различных сетевых ресурсах в комментариях часто ссылаются на него при обсуждении различных общественно-политических проблем.
Если бы я принял участие в этом опросе, я бы, скорее всего, был среди тех 30%, кто ответил утвердительно. Ниже я постараюсь объяснить, почему.
Дело в том, что любое движение относительно. Движется объект или стоит неподвижно, и как он движется, зависит от выбранной системы отсчета. В утверждении «Солнце вращается вокруг Земли» нет никаких указаний на систему отсчета, есть только 2 объекта, Солнце и Земля.
Предположим, имеется система из 2 точек A и B. Если в системе отсчета, связанной с точкой A, точка B движется по окружности с центром в точке A, то в системе отсчета, связанной с точкой B, точка A движется по окружности с центром в точке B.
Это очень легко доказать. Достаточно записать уравнение вращения в полярных координатах.
r = AB
φ = ωt
Расстояние до центра окружности не зависит от времени и равно начальной длине отрезка AB. Полярный угол равен произведению угловой скорости на время. При переходе к полярным координатам с центром в точке B расстояние между точками A и B останется точно такое же, а угол просто сместится на 180°.
r = BA
φ = π + ωt
Вместо чертежа предлагаю взглянуть на наглядную иллюстрацию. Чтобы просматривать иллюстрации в данной статье, вам понадобится браузер, показывающий анимацию gif.
Здесь показано движение тел в системе Солнце-Земля в 3 системах отсчета. Слева — гелиоцентрическая система, т. е. система, в центре которой находится Солнце, справа — геоцентрическая система (с центром на Земле), а посередине — система координат, связанная с точкой посередине между Солнцем и Землей. Промежуточную систему я добавил специально для того, чтобы показать, что возможных систем отсчета гораздо больше двух, и все они равноправны. Если Земля вращается вокруг Солнца, то можно говорить и о ее вращении вокруг чего угодно.
Собственно, на этом можно было бы поставить точку. Вопрос ВЦИОМ безграмотный и однозначного ответа не имеет. Можно как соглашаться с утверждением, что Солнце вращается вокруг Земли, так и не соглашаться, никаких выводов из этого не следует, и внимания подобные исследования не заслуживают. Однако тема, затронутая в этом вопросе, очень плодотворная. По ней можно рассказать много интересного. Поэтому продолжим.
Характер движения небесных тел изучался людьми для решения практических задач. Солнце очевидно влияет на погоду, поэтому для планирования многих мероприятий, например, строительных или сельскохозяйственных работ, надо было уметь рассчитывать его траекторию. Ученые наблюдали за светилом, записывали результаты и составляли таблицы, в какой день, в каком месте на земле до какой высоты Солнце поднимется, сколько будет длиться ночь и т. д. Принимая Землю за центр, вокруг которого вращается Солнце, можно было все достаточно точно рассчитать. Результатом этих расчетов стал календарь, которым мы пользуемся и сейчас.
Сложности возникают, когда появляется необходимость рассчитать траектории движения планет. Скажем, Венера. На погоду она не влияет, но игнорировать ее совершенно невозможно, потому что это 3-й по яркости объект на небе. Ясной ночью при свете этой планеты можно даже читать. Давайте посмотрим, как выглядит орбита Венеры с учетом того, что мы о ней знаем. Надо заметить, что сделать изображение Солнечной Системы с соблюдением всех пропорций практически невозможно, поэтому на моих иллюстрациях, пропорции не соблюдены. Я старался соблюдать только отношения больше-меньше и медленнее-быстрее (Венера меньше Юпитера, Меркурий относительно Солнца движется быстрее Земли и т. п.).
Вот, как выглядит траектория движения Венеры в различных системах отсчета.
Попробуйте по такой траектории рассчитать, когда Венера окажется на одной линии между Солнцем и Землей или когда она скроется за Солнцем. Задача не из легких.
А кроме Венеры с древних времен были известны и другие планеты. Например, самый близкий к Солнцу Меркурий. Его траектория в тех же координатах выглядит следующим образом.
Если вы сделаете подряд несколько скриншотов, вы заметите, что в каждый момент времени состояние системы Солнце-Меркурий-Венера-Земля во всех трех системах одинаковое. Линии, которые рисуют планеты, на самом деле не существуют. Это математические абстракции, которые рисует наше воображение, чтобы лучше разобраться в предмете.
При виде такой красоты преимущества гелиоцентрической системы вовсе не кажутся очевидными.
Поскольку предсказать разнообразные кульбиты планет в геоцентрической системе не удавалось, и имевшиеся таблицы с координатами расходились с наблюдениями, астрономы работали над другими системами. В середине XVI века Николай Николаевич Коперник опубликовал книгу с описанием гелиоцентрической системы. Таким образом возникло два взгляда на устройство окружающего нас пространства. Несмотря на серьезные различия, они обладали некоторым сходством.
Неудивительно, что книги о гелиоцентризме стали попадать в реестр запрещенной литературы, который вели представители церкви. 1-й пункт противоречит религиозным догматам и оскорбляет чувства верующих, а 2-й пункт исключает аргументы для оправдания.
Понадобилось еще несколько десятков лет тщательных наблюдений, прежде чем Иоганн Генрихович Кеплер нашел, наконец, формулы, позволяющие с удовлетворительной точностью вычислить положение всех известных планет в различное время. Эти формулы работали в системе отсчета с неподвижным Солнцем, и таким образом гелиоцентрическая система мира утвердилась в качестве признанной теории.
Современная наука уже давно отказалась от идеи, что тот объект, который неподвижен, тот главнее. Никто уже сейчас не ищет «Центр Мироздания». Система отсчета — это математическая абстракция, используемая как инструмент. Для одних задач нужна гелиоцентрическая система, для других задач подходит геоцентрическая, а есть задачи, для которых ни та, ни другая не подходит. Причем, подходит — не подходит, это субъективная оценка. Подходящей назначают ту систему отсчета, в которой необходимые расчеты с требуемой точностью выполнить проще. С появлением же вычислительной техники, эта граница стирается еще сильнее. При помощи простой программки на питоне в домашних условиях можно получить результат сразу в нескольких системах отсчета с одинаковой точностью. Какую систему задашь, в такой и получишь результат.
Так что когда в интернете кто-то начинает обсуждать, кто вокруг кого вращается, и сколько процентов населения не знакомо с этим «фактом», смело считайте этого пользователя гостем из прошлого, века примерно из XVI-XVIII.
В конце XVII века Исаак Исаакович Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и законы механики, которые подтверждали формулы Иоганна Генриховича и работали с приемлемой точностью в гелиоцентрической системе отсчета. Это выделило гелиоцентрическую систему, где Земля вращается вокруг Солнца, среди всех остальных систем.
Ньютоновская механика хорошо согласовывалась с известными на момент ее создания результатами наблюдений, но при этом ставила новые вопросы, требующие объяснения. И этим она прекрасна, потому что новые вопросы вдохновляют на поиск новых ответов. Законы Ньютона имеют следующие проблемы:
Последний пункт — самое слабое место классической механики. Законы выполняются в инерциальной системе отсчета, а что это за система, точного определения нет. Сколько ни ломали голову, ничего не придумали, кроме того, что инерциальная система отсчета — это такая система отсчета, в которой выполняются законы Ньютона. Получается зацикливание, определение термина через самого себя. Гелиоцентрическая система может считаться инерциальной только приближенно, а настоящих инерциальных систем вообще не существует.
Тут самое время предоставить слово почетному академику АН СССР Альберту Германовичу Эйнштейну:
Можем ли мы сформулировать законы таким образом, чтобы они были справедливыми для всех систем координат, не только для систем, движущихся прямолинейно и равномерно, но и для систем, движущихся совершенно произвольно по отношению друг к другу? Если это можно сделать, то наши трудности будут разрешены. Тогда мы будем в состоянии применять законы природы в любой системе координат. Борьба между воззрениями Птолемея и Коперника, столь жестокая в ранние дни науки, стала бы тогда совершенно бессмысленной. Любая система координат могла бы применяться с одинаковым основанием. Два предложения — «Солнце покоится, а Земля движется» и «Солнце движется, а Земля покоится» — означали бы просто два различных соглашения о различных системах координат.
Могли ли бы мы построить реальную релятивистскую физику, справедливую во всех системах координат; физику, в которой имело бы место не абсолютное, а лишь относительное движение? Это, в самом деле, оказывается возможным!
Оригинал The Evolution of Physics, 1938Can we formulate physical laws so that they are valid for all c.s., not only those moving uniformly, but also those moving quite arbitrarily, relative to each other? If this can be done, our difficulties will be over. We shall then be able to apply the laws of nature to any c.s. The struggle, so violent in the early days of science, between the views of Ptolemy and Copernicus would then be quite meaningless. Either c.s. could be used with equal justification. The two sentences, «the sun is at rest and the earth moves», or «the sun moves and the earth is at rest», would simply mean two different conventions concerning two different c.s.
Could we build a real relativistic physics valid in all c.s.; a physics in which there would be no place for absolute, but only for relative, motion? This is indeed possible!
Товарищ Эйнштейн разработал теорию гравитации, которая не требует инерциальной системы отсчета. Его общая теория относительности объяснила аномалию орбиты Меркурия, нашла много других экспериментальных подтверждений и поставила перед наукой массу новых вопросов. И этим она прекрасна.
После признания теории относительности спор о том, Солнце вращается вокруг Земли или наоборот, окончательно приравнялся к войне остроконечников и тупоконечников. И то, что у нас в обществе до сих пор приходится сталкиваться с устаревшими представлениями о законах природы, вызывает грусть и сожаление.
Вспоминается эпизод из «Этюда в багровых тонах», блестяще экранизированный режиссером Игорем Федоровичем Масленниковым:
“But the Solar System!” I protested.“What the deuce is it to me?” he interrupted impatiently; “you say that we go round the sun. If we went round the moon it would not make a pennyworth of difference to me or to my work.”
Ватсон, начитанный образованный человек, сообщает Холмсу о принятой в современной науке системе взглядов. При этом он совершает типичную ошибку обывателя. Он считает, что научная теория является абсолютной истиной и не допускает в этом сомнений. Между тем любая научная теория, во-первых, имеет границы применимости, во-вторых, в любой момент может быть опровергнута новым экспериментом, и тогда она обязательно будет пересмотрена.
Холмс же не знаком с трудами великих физиков, и это незнание как раз помогает ему не зациклиться на одной точке зрения, оно заставляет его прямо во время беседы начать рассуждать над проблемой. Проницательный ум и большая эрудиция Холмса позволили ему заглянуть чуть дальше современной ему науки и сформулировать своими словами основной принцип новой теории: законы природы инвариантны относительно системы отсчета.
Пока я готовил гифки для этой статьи, у меня возникла еще одна интересная, хотя не бесспорная, идея. Эта идея существенно меняет сделанный мною вывод, поэтому я решил, что не лишним будет ею поделиться.
Поскольку движение относительно, говорить о нем можно только в контексте известной системы отсчета. Однако в повседневной жизни мы так не делаем. В каждой машине установлен прибор, показывающий скорость. Мы отлично знаем, что он показывает скорость относительно поверхности дороги. Возле дороги стоит знак с обозначением предельной скорости. Никто не оштрафует водителя за то, что он движется со скоростью 29 км/с относительно Солнца. И водители, и инспектора знают, что предельная скорость на знаке измеряется относительно этого знака. Прогнозы погоды, спортивные достижения, движение транспорта, навигация, все это требует обозначения скорости, но нигде система отсчета явно не указывается.
Таким образом можно сделать вывод, что:
Существует система отсчета по умолчанию, которая используется в обиходе тогда, когда нет явного указания на иную систему отсчета. Эта система является геоцентрической.
Отсюда следует, что на вопрос ВЦИОМ существует единственный корректный ответ: «Да. Согласен. Солнце вращается вокруг Земли». Надеюсь, социологи не сожгут меня на костре за эту ересь.
Результаты пресловутого «социологического исследования» теперь можно интерпретировать следующим образом:
Вот до чего довели страну эффективные менеджеры! Всего треть населения в курсе, что Солнце вращается вокруг Земли. Остальные 2/3 — жертвы ЕГЭ. Правда, есть положительная тенденция, c 2007 по 2011 доля образованных граждан увеличилась с 28% до 32%, но этого явно недостаточно. Такими темпами мы достигнем всеобщей грамотности только к 2080-му году. Надо срочно что-то предпринимать.
В России одна известная организация под названием ВЦИОМ проводила социологическое исследование, на котором гражданам предлагали ответить на вопрос: «Согласны ли вы со следующим утверждением: Солнце вращается вокруг Земли?» Данные этого опроса многократно перепечатываются в СМИ, и на различных сетевых ресурсах в комментариях часто ссылаются на него при обсуждении различных общественно-политических проблем.
Если бы я принял участие в этом опросе, я бы, скорее всего, был среди тех 30%, кто ответил утвердительно. Ниже я постараюсь объяснить, почему.
Дело в том, что любое движение относительно. Движется объект или стоит неподвижно, и как он движется, зависит от выбранной системы отсчета. В утверждении «Солнце вращается вокруг Земли» нет никаких указаний на систему отсчета, есть только 2 объекта, Солнце и Земля.
Предположим, имеется система из 2 точек A и B. Если в системе отсчета, связанной с точкой A, точка B движется по окружности с центром в точке A, то в системе отсчета, связанной с точкой B, точка A движется по окружности с центром в точке B.
Это очень легко доказать. Достаточно записать уравнение вращения в полярных координатах.
r = AB
φ = ωt
Расстояние до центра окружности не зависит от времени и равно начальной длине отрезка AB. Полярный угол равен произведению угловой скорости на время. При переходе к полярным координатам с центром в точке B расстояние между точками A и B останется точно такое же, а угол просто сместится на 180°.
r = BA
φ = π + ωt
Вместо чертежа предлагаю взглянуть на наглядную иллюстрацию. Чтобы просматривать иллюстрации в данной статье, вам понадобится браузер, показывающий анимацию gif.
Здесь показано движение тел в системе Солнце-Земля в 3 системах отсчета. Слева — гелиоцентрическая система, т. е. система, в центре которой находится Солнце, справа — геоцентрическая система (с центром на Земле), а посередине — система координат, связанная с точкой посередине между Солнцем и Землей. Промежуточную систему я добавил специально для того, чтобы показать, что возможных систем отсчета гораздо больше двух, и все они равноправны. Если Земля вращается вокруг Солнца, то можно говорить и о ее вращении вокруг чего угодно.
Собственно, на этом можно было бы поставить точку. Вопрос ВЦИОМ безграмотный и однозначного ответа не имеет. Можно как соглашаться с утверждением, что Солнце вращается вокруг Земли, так и не соглашаться, никаких выводов из этого не следует, и внимания подобные исследования не заслуживают. Однако тема, затронутая в этом вопросе, очень плодотворная. По ней можно рассказать много интересного. Поэтому продолжим.
Характер движения небесных тел изучался людьми для решения практических задач. Солнце очевидно влияет на погоду, поэтому для планирования многих мероприятий, например, строительных или сельскохозяйственных работ, надо было уметь рассчитывать его траекторию. Ученые наблюдали за светилом, записывали результаты и составляли таблицы, в какой день, в каком месте на земле до какой высоты Солнце поднимется, сколько будет длиться ночь и т. д. Принимая Землю за центр, вокруг которого вращается Солнце, можно было все достаточно точно рассчитать. Результатом этих расчетов стал календарь, которым мы пользуемся и сейчас.
Сложности возникают, когда появляется необходимость рассчитать траектории движения планет. Скажем, Венера. На погоду она не влияет, но игнорировать ее совершенно невозможно, потому что это 3-й по яркости объект на небе. Во время полновенерия ясной ночью при свете этой планеты можно даже читать. Давайте посмотрим, как выглядит орбита Венеры с учетом того, что мы о ней знаем. Надо заметить, что сделать изображение Солнечной Системы с соблюдением всех пропорций практически невозможно, поэтому на моих иллюстрациях, пропорции не соблюдены. Я старался соблюдать только отношения больше-меньше и медленнее-быстрее (Венера меньше Юпитера, Меркурий относительно Солнца движется быстрее Земли и т. п.).
Вот, как выглядит траектория движения Венеры в различных системах отсчета.
Попробуйте по такой траектории рассчитать, когда Венера окажется на одной линии между Солнцем и Землей или когда она скроется за Солнцем. Задача не из легких.
А кроме Венеры с древних времен были известны и другие планеты. Например, самый близкий к Солнцу Меркурий. Его траектория в тех же координатах выглядит следующим образом.
Если вы сделаете подряд несколько скриншотов, вы заметите, что в каждый момент времени состояние системы Солнце-Меркурий-Венера-Земля во всех трех системах одинаковое. Линии, которые рисуют планеты, на самом деле не существуют. Это математические абстракции, которые рисует наше воображение, чтобы лучше разобраться в предмете.
Глядя на такую красоту, преимущества гелиоцентрической системы вовсе не кажутся очевидными.
Поскольку предсказать разнообразные кульбиты планет в геоцентрической системе не удавалось, и имевшиеся таблицы с координатами расходились с наблюдениями, астрономы работали над другими системами. В середине XVI века Николай Николаевич Коперник опубликовал книгу с описанием гелиоцентрической системы. Таким образом возникло два взгляда на устройство окружающего нас пространства. Несмотря на серьезные различия, они обладали некоторым сходством.
Неудивительно, что книги о гелиоцентризме стали попадать в реестр запрещенной литературы, который вели представители церкви. 1-й пункт противоречит религиозным догматам и оскорбляет чувства верующих, а 2-й пункт исключает аргументы для оправдания.
Понадобилось еще несколько десятков лет тщательных наблюдений, прежде чем Иоганн Генрихович Кеплер нашел, наконец, формулы, позволяющие с удовлетворительной точностью вычислить положение всех известных планет в различное время. Эти формулы работали в системе отсчета с неподвижным Солнцем, и таким образом гелиоцентрическая система мира утвердилась в качестве признанной теории.
Современная наука уже давно отказалась от идеи, что тот объект, который неподвижен, тот главнее. Никто уже сейчас не ищет «Центр Мироздания». Система отсчета — это математическая абстракция, используемая как инструмент. Для одних задач нужна гелиоцентрическая система, для других задач подходит геоцентрическая, а есть задачи, для которых ни та, ни другая не подходит. Причем, подходит — не подходит, это субъективная оценка. Подходящей назначают ту систему отсчета, в которой необходимые расчеты с требуемой точностью выполнить проще. С появлением же вычислительной техники, эта граница стирается еще сильнее. При помощи простой программки на питоне в домашних условиях можно получить результат сразу в нескольких системах отсчета с одинаковой точностью. Какую систему задашь, в такой и получишь результат.
Так что когда в интернете кто-то начинает обсуждать, кто вокруг кого вращается, и сколько процентов населения не знакомо с этим «фактом», смело считайте этого пользователя гостем из прошлого, века примерно из XVI-XVIII.
В конце XVII века Исаак Исаакович Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и законы механики, которые подтверждали формулы Иоганна Генриховича и работали с приемлемой точностью в гелиоцентрической системе отсчета. Это выделило гелиоцентрическую систему, где Земля вращается вокруг Солнца, среди всех остальных систем.
Ньютоновская механика хорошо согласовывалась с известными на момент ее создания результатами наблюдений, но при этом ставила новые вопросы, требующие объяснения. И этим она прекрасна, потому что новые вопросы вдохновляют на поиск новых ответов. Законы Ньютона имеют следующие проблемы:
Последний пункт — самое слабое место классической механики. Законы выполняются в инерциальной системе отсчета, а что это за система, точного определения нет. Сколько ни ломали голову, ничего не придумали, кроме того, что инерциальная система отсчета — это такая система отсчета, в которой выполняются законы Ньютона. Получается зацикливание, определение термина через самого себя. Гелиоцентрическая система может считаться инерциальной только приближенно, а настоящих инерциальных систем вообще не существует.
Тут самое время предоставить слово почетному академику АН СССР Альберту Генриховичу Эйнштейну:
Можем ли мы сформулировать законы таким образом, чтобы они были справедливыми для всех систем координат, не только для систем, движущихся прямолинейно и равномерно, но и для систем, движущихся совершенно произвольно по отношению друг к другу? Если это можно сделать, то наши трудности будут разрешены. Тогда мы будем в состоянии применять законы природы в любой системе координат. Борьба между воззрениями Птолемея и Коперника, столь жестокая в ранние дни науки, стала бы тогда совершенно бессмысленной. Любая система координат могла бы применяться с одинаковым основанием. Два предложения — «Солнце покоится, а Земля движется» и «Солнце движется, а Земля покоится» — означали бы просто два различных соглашения о различных системах координат.
Могли ли бы мы построить реальную релятивистскую физику, справедливую во всех системах координат; физику, в которой имело бы место не абсолютное, а лишь относительное движение? Это, в самом деле, оказывается возможным!
Оригинал The Evolution of Physics, 1938Can we formulate physical laws so that they are valid for all c.s., not only those moving uniformly, but also those moving quite arbitrarily, relative to each other? If this can be done, our difficulties will be over. We shall then be able to apply the laws of nature to any c.s. The struggle, so violent in the early days of science, between the views of Ptolemy and Copernicus would then be quite meaningless. Either c.s. could be used with equal justification. The two sentences, «the sun is at rest and the earth moves», or «the sun moves and the earth is at rest», would simply mean two different conventions concerning two different c.s.
Could we build a real relativistic physics valid in all c.s.; a physics in which there would be no place for absolute, but only for relative, motion? This is indeed possible!
Товарищ Эйнштейн разработал теорию гравитации, которая не требует инерциальной системы отсчета. Его общая теория относительности объяснила аномалию орбиты Меркурия, нашла много других экспериментальных подтверждений и поставила перед наукой массу новых вопросов. И этим она прекрасна.
После признания теории относительности спор о том, Солнце вращается вокруг Земли или наоборот, окончательно приравнялся к войне остроконечников и тупоконечников. И то, что у нас в обществе до сих пор приходится сталкиваться с устаревшими представлениями о законах природы, вызывает грусть и сожаление.
Вспоминается эпизод из «Этюда в багровых тонах», блестяще экранизированный режиссером Игорем Федоровичем Масленниковым:
“But the Solar System!” I protested.“What the deuce is it to me?” he interrupted impatiently; “you say that we go round the sun. If we went round the moon it would not make a pennyworth of difference to me or to my work.”
Ватсон, начитанный образованный человек, сообщает Холмсу о принятой в современной науке системе взглядов. При этом он совершает типичную ошибку обывателя. Он считает, что научная теория является абсолютной истиной и не допускает в этом сомнений. Между тем любая научная теория, во-первых, имеет границы применимости, во-вторых, в любой момент может быть опровергнута новым экспериментом, и тогда она обязательно будет пересмотрена.
Холмс же не знаком с трудами великих физиков, и это незнание как раз помогает ему не зациклиться на одной точке зрения, оно заставляет его прямо во время беседы начать рассуждать над проблемой. Проницательный ум и большая эрудиция Холмса позволили ему заглянуть чуть дальше современной ему науки и сформулировать своими словами основной принцип новой теории: законы природы инвариантны относительно системы отсчета.
Пока я готовил гифки для этой статьи, у меня возникла еще одна интересная, хотя не бесспорная, идея. Эта идея существенно меняет сделанный мною вывод, поэтому я решил, что не лишним будет ею поделиться.
Поскольку движение относительно, говорить о нем можно только в контексте известной системы отсчета. Однако в повседневной жизни мы так не делаем. В каждой машине установлен прибор, показывающий скорость. Мы отлично знаем, что он показывает скорость относительно поверхности дороги. Возле дороги стоит знак с обозначением предельной скорости. Никто не оштрафует водителя за то, что он движется со скоростью 29 км/с относительно Солнца. И водители, и инспектора знают, что предельная скорость на знаке измеряется относительно этого знака. Прогнозы погоды, спортивные достижения, движение транспорта, навигация, все это требует обозначения скорости, но нигде система отсчета явно не указывается.
Таким образом можно сделать вывод, что:
Существует система отсчета по умолчанию, которая используется в обиходе тогда, когда нет явного указания на иную систему отсчета. Эта система является геоцентрической.
Отсюда следует, что на вопрос ВЦИОМ существует единственный корректный ответ: «Да. Согласен. Солнце вращается вокруг Земли». Надеюсь, социологи не сожгут меня на костре за эту ересь.
Результаты пресловутого «социологического исследования» теперь можно интерпретировать следующим образом:
Вот до чего довели страну эффективные менеджеры! Всего треть населения в курсе, что Солнце вращается вокруг Земли. Остальные 2/3 — жертвы ЕГЭ. Правда, есть положительная тенденция, c 2007 по 2011 доля образованных граждан увеличилась с 28% до 32%, но этого явно недостаточно. Такими темпами мы достигнем всеобщей грамотности только к 2080-му году. Надо срочно что-то предпринимать.
Некоторые товарищи стали грудью на защиту Жирковой и утверждают, что таки Солнце вращается вокруг Земли или, на худой конец, (цитирую) «Земля и Солнце взаимно вращаются друг против друга» и (внимание!) «Земля НЕ вращается вокруг солнца! Она вращается вокруг СВОЕЙ ОСИ. А если иметь в виду движение Земли относительно Солнца, то… траектория движения Земли относительно Солнца выглядит как СПИРАЛЬ«.
Откуда такие познания у блогера? Вы будете смеяться — «Племянник рассказал. Он во 2 м классе учится».
Т.е. товарищ блогер, надо понимать, сам в школе не учился, а потому слушает семилетнего племянника.
Товарищи утверждают, что гениальная Жиркова прекрасно знакома с механикой движения небесных тел, а потому дала абсолютно правильный ответ. А вот те, кто не согласен с Жирковой — «бараны» (с).
Дабы закрыть тему, скажу как бывший специалист — всё зависит от того, что мы примем за центр системы координат. Землю? Не вопрос. Рассчитать формулами можно любое движение в солн.системе. Солнце? Тоже не вопрос — теми же формулами (да, точно те же формулы — Ньютон ведь не дурак был, правда?) рассчитываем все движения вокруг солнца. Можно вокруг Луны или вокруг искусственного спутника. Формулы не меняются.
Т.е. если брать замкнутую систему — плевать, что мы принимает за центр координат.
Даже в наше время ученые некоторые придерживаются геоцентрической системы — и кое в чем они правы. В их рассуждениях и вычислениях (и даже экспериментах) есть рациональное зерно.
Более того, современные исследователи (только не смейтесь) утверждают, что и вокруг своей оси Земля не вращается, стоя на месте, а вокруг земли движется ВСЁ.
И я вам скажу — недоказуемо ничего. Т.е. некоторые умудряются даже доказать, что 2х2=5, поэтому спорить по поводу «центра вселенной» тем более бессмысленно. У каждого своя точка зрения. И каждый приведет десяток научных теорий от Птолемея до Коперника и Галилея, от Браге и Кеплера до Майкельсона и Морли. И каждый будет прав — ибо всё зависит от центра координат.
Но, опять-таки, рассматривать всё надо в комплексе. Я могу формулы набросать, но кому это надо?
Вопрос в другом — знает ли хоть одну из теорий г-жа Жиркова? И знает ли она, к какой группе она принадлежит — геоцентристов или гелиоцентристов? Да, вы правы — ей лучше бы и слова эти не запомнить. А то «запомнит — и вся память занята» (с).
Так что ежели в школе учили, что Земля вращается вокруг Солнца, то курица, которая не знает даже детских писателей (при наличии двух малолетних детей)…
Или вы действительно считаете, что она реально знает, а не угадывала?
Она ведь сама рассказала (смотрим интервью), что добила жюри своей эрудицией! На вопрос — а в чем это заключалось (эрудиция), без тени сомнений ответила — я старалась выглядеть красиво… Охуевший журналист спрашивает — «а что ж такое эрудиция?» — «ой, подождите, я ж вам рассказую — я каждое утро одевала новое платье…».
«Кто написал полонез Огинского»? — «не знаю…»
С Грибоедовским вальсом — да, дуаль, потому что Башлачев тоже написал «Гр/вальс», но ответ-то, как известно, на таких конкурсах лежит где-то в районе вопроса. Например, «как звали дедушку всех октябрят, мужа Надежды Константиновны Крупской» (с). Ну да, ну да. Штангист хоть ответил, сломав стереотипы…
И это может реально рассуждать о небесной механике?
Не смешите….
.
Нам кажется, что наша планета неподвижна. Точнее сказать — мы не ощущаем ее движения. Но стоит взглянуть на небо, и становится ясно, что Земля постоянно движется.
Древние астрономы предполагали, что мы живем в геоцентрической Вселенной, где Земля — центр всего. Они говорили, что Солнце вращается вокруг нас, результатом чего становятся закаты и рассветы, а также движение Луны и планет. Но иногда в небе появлялась планета, которая двигалась «назад», а после возвращалась к обычному направлению. Сейчас мы знаем, что ретроградное движение — результат того, что Земля «догоняет» другую планету на ее орбите.
© xtock | shutterstock.com
Еще одним доказательством того, что Земля вращается вокруг Солнца, для древних ученых стал параллакс — видимое изменение расположения звезд относительно друг друга.
Но как быстро вращается наша планета?
Скорость вращения зависит от широты. Максимальная длина окружности Земли — 40 070 км. Если разделить эту цифру на 24 часа, получится, что скорость вращения на экваторе — 1670 км/ч.
Если переместиться на 45 градусов, скорость вращения будет другой — 1180 км/ч. Чем дальше на юг или север, тем скорость ниже.
Какова скорость вращения Земли вокруг Солнца?
Наша орбитальная скорость вокруг Солнца — 107 000 км/ч. В день Земля проходит 2,6 миллиона километров.
Солнце и галактика тоже не стоят на месте. У Солнца есть своя орбита в Млечном Пути, и звезда движется по ней со скоростью 720 000 км/ч. Но даже на такой скорости Солнцу потребуется 230 миллионов лет, чтобы обогнуть Млечный Путь.
Наша галактика тоже движется относительно других. Так, Млечный Путь и его ближайший сосед — галактика Андромеды — несутся по направлению друг к другу со скоростью 112 км/с.
Что произойдет, если Земля прекратит вращаться?
Нет вы не улетите в космос, не получится из-за силы притяжения планеты, но на экваторе ваш вес будет чуть меньше, чем на полюсах.
Согласно НАСА, вероятность того, что в следующие несколько миллиардов лет Земля прекратит вращаться, практически нулевая. Теоретически, резкая остановка Земли будет иметь ужасающие последствия. Атмосфера продолжит двигаться со скоростью вращения планеты, а это значит, что с поверхности планеты будет сметено все — люди, здания, деревья и скалы. А если процесс будет постепенным, люди, животные и растения смогут привыкнуть к изменениям. По законам физики, Земля может сократить скорость вращения максимум до одного оборота в 365 дней. Тогда одна сторона нашей планеты всегда будет обращена к Солнцу, а другая — всегда будет покрыта тьмой.
Полная остановка Земли приведет к исчезновению магнитного поля, и мы потеряем красочные полярные сияния и радиационные пояса Ван Аллена. Земля останется беззащитной перед солнечной радиацией, и каждый ее выброс будет сжигать все живое на поверхности планеты.
Земля не стоит на месте, а находится в непрерывном движении. Благодаря тому, что она вращается вокруг Солнца, на планете происходит смена времён года. Однако не все помнят, что, облетая небесное светило, Земля ещё успевает крутиться вокруг своей собственной оси. Именно это движение вызывает за окном перемену дня и ночи и называется суточным.
Разобраться, как и с какой скоростью Земля вращается вокруг Солнца и своей оси, АиФ.ru помог астрофизик, сотрудник Московского планетария Александр Перхняк.
Движение Земли вокруг своей оси
Во время вращения Земли вокруг своей оси* остаются неподвижными только две точки: Северный и Южный полюса. Если их соединить воображаемой линией, то получится ось, вокруг которой вращается Земля. Земная ось не перпендикулярна, а находится под углом 23,5° к земной орбите**.
Земля вращается вокруг своей оси со скоростью 465 м/с, или 1 674 км/ч. Чем дальше от экватора***, тем скорость движения планеты меньше.
«Мало кто знает, что на удалении от экватора скорость вращения Земли становится меньше. Наглядно это выглядит следующим образом. Город Кито находится вблизи линии экватора, значит, он и его жители незаметно для себя совершают вместе с Землёй поворот на скорости 465 м/с. А вот скорость вращения москвичей, проживающих гораздо севернее экватора, будет почти в два раза меньше: 260 м/с», — рассказал Перхняк.
Вращение Земли вокруг своей оси происходит с запада на восток. Если смотреть на Землю сверху в направлении Северного полюса, то она будет вращаться против часовой стрелки.
Да, меняется. Ежегодно ход Земли замедляется в среднем на 4 миллисекунды.
«Астрофизики связывают это явление с Лунным притяжением, которое, как известно, влияет на приливы и отливы на нашей планете. Так вот, когда они происходят, Луна как бы пытается притянуть воду к себе, двигая её в направлении, противоположном ходу Земли. Из-за этого своеобразного противодействия на дне водоемов возникает незначительная сила трения, которая, в соответствии с законами физики, замедляет скорость движения Земли. Незначительно, всего на 4 миллисекунды в год», — уточнил Перхняк.
Движение Земли вокруг Солнца
Вокруг Солнца наша планета вращается по орбите длиной более 930 млн км.
Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 30 км/c, то есть 107 218 км/ч.
Один полный оборот вокруг Солнца Земля совершает примерно за 365 суток. Промежуток времени, за который Земля полностью оборачивается вокруг Солнца, называется годом.
Вокруг Солнца Земля вращается с запада на восток, как и вокруг своей оси.
Земля вращается вокруг Солнца на расстоянии около 150 млн км.
Во время вращения Земли вокруг Солнца её угол наклона не меняется. В результате на одной части своей траектории Земля будет больше повёрнута к Солнцу своей нижней половиной: Южным полушарием, где наступает лето. А в это время Северный полюс будет практически скрыт от солнца: значит туда приходит зима. Дважды в год Солнце примерно одинаково освещает Северное и Южное полушария: это время весны и осени. Эти моменты ещё известны как весеннее и осеннее равноденствие.
«Когда Земля вращается вокруг Солнца, вырабатывается центробежная сила, которая пытается постоянно отбросить нашу планету. Но у неё это не получится. А всё потому, что Земля всегда движется вокруг светила с одинаковой скоростью и находится от него на безопасном расстоянии, соотносимом с центробежной силой, с которой Землю и пытаются выбить с орбиты. Вот почему Земля не падает на Солнце и не улетает в космос, а продолжает двигаться по заданной траектории», — сказал Александр Перхняк.
*Земная ось — это воображаемая прямая, проходящая через центр Земли от Северного до Южного полюса. Земля крутится вокруг собственной оси.
**Земная орбита — траектория движения Земли вокруг Солнца.
***Экватор — воображаемая линия, которая делит Землю на Северное и Южное полушария.
Земля шарообразна, однако, это не идеальный шар. Из-за вращения планета немного сплюснута у полюсов, такую фигуру принято называть сфероидом или геоидом — «подобным земле».
Земля огромна, ее размер трудно представить. Основные параметры нашей планеты следующие:
Земля одновременно вращается вокруг солнца и вокруг собственной оси.
Какие виды движения Земли вам известны?
Годовое и суточное вращение Земли
Земля вращается вокруг наклонной оси с запада на восток. Половина земного шара освещается солнцем, там в это время день, вторая половина находится в тени, там ночь. Благодаря вращению Земли происходит смена дня и ночи. Один оборот вокруг своей оси Земля делает за 24 часа — сутки.
Из-за вращения происходит отклонение движущихся потоков (рек, ветров) в северном полушарии — вправо, а в южном — влево.
Вокруг солнца Земля вращается по круговой орбите, полный оборот совершается за 1 год. Земная ось не вертикальна, она наклонена под углом 66,5° к орбите, угол этот остается постоянным во время всего вращения. Главным следствием этого вращения является смена времен года.
Рассмотрим крайние точки вращения Земли вокруг Солнца.
Мы всегда в движении! Даже когда вы стоите на месте, вы двигаетесь! Вы движетесь, потому что Земля и все в нашей солнечной системе постоянно движется.
Наша солнечная система включает Солнце, девять планет и их Луны, кометы и астероиды. Эти объекты иногда называют небесными телами, и они тоже постоянно движутся.
В центре всего этого находится Солнце.Солнцу требуется 25 дней, чтобы полностью повернуться вокруг него.
Земля, которая является третьей планетой от Солнца, вращается за 24 часа. Это то, что вызывает день и ночь. Когда Земля вращается, она также движется или вращается вокруг Солнца.
Путь Земли вокруг Солнца называется ее орбитой. Земле требуется один год, или 365 1/4 дня, чтобы полностью облететь Солнце.
Когда Земля вращается вокруг Солнца, Луна вращается вокруг Земли. Орбита Луны длится 27 1/2 дней, но поскольку Земля продолжает двигаться, Луне требуется два дополнительных дня, 29 1/2, чтобы вернуться в то же место на нашем небе.
Величайший из когда-либо сделанных снимков Луны и Земли: Аполлон-8, первый пилотируемый полет на Луну, вышел на лунную орбиту в канун Рождества, 24 декабря 1968 года. В тот вечер командир астронавтов Фрэнк Борман, командирский модуль Пилот Джим Ловелл и пилот лунного модуля Уильям Андерс провели прямую трансляцию с лунной орбиты, в которой они показали фотографии Земли и Луны, видимые с их космического корабля. Сказал Ловелл: «Огромное одиночество внушает трепет и заставляет осознать, что у вас есть на Земле.Они закончили трансляцию тем, что съемочная группа по очереди читала книгу Бытия. Кредит изображения: НАСА Полумесяц, Юпитер и Венера образуют небесный треугольник над Бруклинским мостом 1 декабря 2008 года. Две планеты образовали нижнюю линию треугольника, имитирующую форму моста через Ист-Ривер в Нью-Йорке. © Марк Д. ФиллипсЭтот сайт был разработан, чтобы дать вашему классу обзор астрономии и помочь им понять, почему может произойти полное солнечное затмение.Каждый раздел начинается с простого вопроса, ответ на который выражается словами, картинками, анимацией и упражнениями. Каждый раздел занимает примерно 5 минут, каждое действие различается.
Долорес Петерсон в течение девяти лет работала школьным учителем в муниципальном школьном округе 3 Нью-Йорка, когда она подготовила этот план урока для Kidseclipse. Она имеет степень магистра образования Городского университета Нью-Йорка.
Урок 2 программы Kidseclipse TEACH
Вид Венеры, черная точка вверху в центре, проходящая перед Солнцем во время транзита в 2012 году.Четверть опрошенных американцев не смогли правильно ответить на самые основные вопросы по астрономии. AP скрыть подпись
переключить подпись APВид Венеры, черная точка вверху в центре, проходящая перед Солнцем во время транзита в 2012 году.Четверть опрошенных американцев не смогли правильно ответить на самые основные вопросы по астрономии.
APСогласно опубликованному в пятницу отчету Национального научного фонда, четверть опрошенных американцев не смогла правильно ответить, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот.
Опрос 2200 человек в США был проведен NSF в 2012 году и опубликован в пятницу на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки в Чикаго.
На вопрос «Обходит ли Земля вокруг Солнца или Солнце вращается вокруг Земли» неверно ответили 26 процентов опрошенных.
В том же опросе только 39 процентов ответили правильно (верно), что «Вселенная началась с огромного взрыва», и только 48 процентов сказали, что «Человеческие существа, какими мы их знаем сегодня, произошли от более ранних видов животных».
Чуть более половины поняли, что антибиотики неэффективны против вирусов.
Каким бы тревожным ни казался некоторый из этих дефицитов научных знаний, американцы справились с некоторыми вопросами лучше, чем аналогичные, но более старые опросы их китайских и европейских коллег.
Только 66 процентов людей в опросе Европейского союза 2005 года правильно ответили на основной астрономический вопрос. Однако и Китай, и ЕС показали значительно лучшие результаты (66 процентов и 70 процентов соответственно) в вопросе об эволюции человека.
В обзоре, составленном Национальным центром изучения общественного мнения из различных источников, американцы, похоже, в целом поддерживают научные исследования и проявляют наибольший интерес к новым медицинским открытиям и проблемам местной школы, связанным с наукой.Их меньше всего интересовали освоение космоса, сельскохозяйственные разработки, а также вопросы международной и внешней политики, связанные с наукой.
Вопрос: Что бы произошло, если бы Солнце вращалось вокруг Земли?
Ответ: Вы спросили об этом, потому что узнали, что Земля вращается вокруг Солнца, верно? Действительно, именно так мы понимаем Солнечную систему сегодня; это называется гелиоцентрической моделью («гелио» означает солнце).Но в течение долгого времени на протяжении всей истории человечества люди считали, что Солнце вращается вокруг Земли; это называется геоцентрической моделью («гео» означает землю). Геоцентрическая модель естественна и честна как объяснение того, что мы видим, потому что, в конце концов, Солнце, Луна и все другие небесные тела, кажется, вращаются вокруг нашего мира, по крайней мере, с нашей точки зрения.
Большинство ученых с древних времен до средневековья использовали геоцентрическую модель, в том числе Аристотель и Птолемей в Древней Греции.Геоцентрическая модель Солнечной системы Птолемея была очень систематической, механистической и могла настолько хорошо объяснять движения небесных тел, что была широко принята как истина, пока польский математик / астроном Николай Коперник не предложил новую гелиоцентрическую модель в 16 веке. . Модель Коперника радикально изменила то, как люди понимают Вселенную. Теперь известная как Коперниканская революция, это был один из самых важных поворотных моментов в истории науки.Район Бингемтона также связан с этим великим ученым — его именем названа обсерватория и научный центр Коперника в Вестале.
Но здесь я хотел бы отметить, что в геоцентрической модели Птолемея тоже не было ничего принципиально неправильного. Это была блестящая модель, основанная на четко определенных правилах, и она точно предсказывала, как будут двигаться небесные тела. Вот почему так много людей верили, что Земля будет в центре Вселенной. Тогда почему модель Коперника в конечном итоге победила? Ответ — простота модели.Модель Птолемея требовала очень сложных механизмов, таких как вращающиеся вокруг Земли диски, несущие планеты. Напротив, Коперник показал, что, поместив Солнце в центр, наблюдаемые на небе траектории небесных тел можно объяснить просто их круговыми движениями вокруг Солнца. Эта простота не только заставила его модель завоевать научное доверие, но и вдохновила других ученых на разработку более продвинутых теорий. Например, Кеплер обнаружил математические закономерности в форме планетных орбит, а Ньютон открыл закон всемирного тяготения, чтобы элегантно объяснить почти все эти наблюдения.
Возвращаясь к вашему вопросу, Вселенная не меняет своего поведения независимо от того, думаем ли мы, что Солнце вращается вокруг Земли или наоборот. Но с вами могло бы случиться одно: если бы вы приняли геоцентрическую модель, ваше понимание Солнечной системы стало бы намного более сложным, и вам нужно было бы запоминать и вычислять намного больше вещей. Лучше выбирайте более простую модель, чтобы не было таких неприятностей!
Спроси ученого проходит по воскресеньям. На вопросы отвечают преподаватели Бингемтонского университета.Учителей в районе Большого Бингемтона, желающих участвовать в программе, просят написать по адресу Ask a Scientist, через Университет Бингемтона, Управление коммуникаций и маркетинга, PO Box 6000, Binghamton, NY 13902-6000, или по электронной почте [email protected] . Для получения дополнительной информации посетите http://www.binghamton.edu/mpr/ask-a-scientist/.
ВСТРЕЧАЙТЕ СТУДЕНТ, ЗАДАЮЩИЙ ВОПРОС
Имя: Айшах Алмашни
Возраст 10
Класс: 4
Школа: Johnson City Intermediate School, Johnson City Central School District
Учитель: Мишель Закрадж3 Танцы, бейсбол, чтение
Интересы носителя: инструктор по танцам, профессор колледжа, ученый
ВСТРЕЧАЙСЯ С УЧЕНЫМ
Ответил: Хироки Саяма
Должность: Директор, Исследовательская группа коллективной динамики сложных систем, Бингемтонский университет
Кафедра : Доцент кафедры биоинженерии
Об ученом:
Область исследований: Сложные системы, искусственная жизнь, математическая биология, компьютерные и информационные науки
Интересы / хобби: Путешествия, прогулки, плавание
Физики разработали искусственный интеллект, который думает, как астроном Николай Коперник, понимая, что Солнце должно быть в центре Солнечной системы.Предоставлено: NASA / JPL / SPL
.Астрономам потребовались века, чтобы понять это. Но теперь алгоритм машинного обучения, вдохновленный мозгом, выяснил, что он должен поместить Солнце в центр Солнечной системы, основываясь на том, как движения Солнца и Марса появляются с Земли. Этот подвиг является одним из первых испытаний метода, который, как надеются исследователи, они смогут использовать для открытия новых законов физики и, возможно, для переформулирования квантовой механики путем поиска закономерностей в больших наборах данных. Результаты должны появиться в Physical Review Letters 1 .
Физик Ренато Реннер из Швейцарского федерального технологического института (ETH) в Цюрихе и его сотрудники хотели разработать алгоритм, который мог бы преобразовать большие наборы данных в несколько базовых формул, имитирующих способ, которым физики придумывают краткие уравнения, такие как E = мк 2 . Для этого исследователям пришлось разработать новый тип нейронной сети — систему машинного обучения, вдохновленную структурой мозга.
Обычные нейронные сети учатся распознавать объекты, такие как изображения или звуки, путем обучения на огромных наборах данных.Они обнаруживают общие черты — например, «четыре ноги» и «заостренные уши» могут использоваться для идентификации кошек. Затем они кодируют эти особенности в математических «узлах», искусственном эквиваленте нейронов. Но вместо того, чтобы превращать эту информацию в несколько легко интерпретируемых правил, как это делают физики, нейронные сети являются чем-то вроде черного ящика, распространяя полученные знания по тысячам или даже миллионам узлов непредсказуемым и трудным для интерпретации способом.
Итак, команда Реннера разработала своего рода «лоботомизированную» нейронную сеть: две подсети, которые были связаны друг с другом всего лишь несколькими звеньями.Первая подсеть будет учиться на данных, как в типичной нейронной сети, а вторая будет использовать этот «опыт» для создания и проверки новых прогнозов. Поскольку две стороны соединяли несколько каналов, первая сеть была вынуждена передавать информацию другой в сжатом формате. Реннер сравнивает это с тем, как консультант может передать полученные знания студенту.
Одним из первых тестов было предоставление сети смоделированных данных о движении Марса и Солнца в небе, если смотреть с Земли.С этой точки зрения орбита Марса вокруг Солнца кажется неустойчивой, например, он периодически становится «ретроградным», меняя свой курс. На протяжении веков астрономы думали, что Земля находится в центре Вселенной, и объясняли движение Марса предположением, что планеты движутся по небольшим кругам, называемым эпициклами, в небесной сфере. Но в 1500-х годах Николай Коперник обнаружил, что движения можно предсказать с помощью гораздо более простой системы формул, если и Земля, и планеты вращаются вокруг Солнца.
Нейронная сеть команды разработала формулы в стиле Коперника для траектории Марса, заново открыв «один из самых важных сдвигов парадигм в истории науки», — говорит Марио Кренн, физик из Университета Торонто в Канаде, который работает над применение искусственного интеллекта к научным открытиям.
Реннер подчеркивает, что хотя алгоритм выводит формулы, человеческий глаз необходим, чтобы интерпретировать уравнения и понимать, как они связаны с движением планет вокруг Солнца.
«Эта работа важна, потому что она позволяет выделить важнейшие параметры, описывающие физическую систему», — говорит робототехник Ход Липсон из Колумбийского университета в Нью-Йорке. «Я думаю, что такие методы — наша единственная надежда понять все более сложные явления в физике и за ее пределами и идти в ногу с ними», — говорит он.
Реннер и его команда хотят разработать технологии машинного обучения, которые помогут физикам разрешить очевидные противоречия в квантовой механике.Теория, кажется, дает противоречивые предсказания относительно результата эксперимента и того, как его видит наблюдатель, подчиняющийся ее законам 2 .
«Вполне возможно, что нынешний способ [квантовой механики] сформулирован в некотором роде просто историческим артефактом», — говорит Реннер. Он добавляет, что компьютер мог бы предложить формулировку, свободную от таких противоречий, но новейшие методы команды еще не достаточно сложны для этого. Чтобы двигаться к этой цели, он и его сотрудники пытаются разработать версию своей нейронной сети, которая может не только учиться на экспериментальных данных, но и предлагать совершенно новые эксперименты для проверки своих гипотез.
В: Каковы общепринятые доказательства того, что Земля вращается вокруг Солнца? Когда это осознание произошло?
A: У нас не было прямого обзора Земли до начала космической эры. Чтобы найти физические доказательства того, что наша планета вращается вокруг Солнца, потребовалось некоторое умное мышление, чтобы доказать, что эта гелиоцентрическая модель нашей Солнечной системы представляет реальность.
Идея древняя.Примерно в 230 г. до н.э. греческий философ Аристарх предположил, что это так. Он был выдающимся наблюдателем и основал эту идею на тщательных наблюдениях. Тем не менее, без прямых доказательств того, что Земля движется, вселенная Аристотеля, центрированная на Земле, оставалась доминирующей моделью на протяжении веков.
В 1610 году Галилей направил свой новый телескоп на Венеру. К его изумлению, он увидел, что планета проходит через фазы точно так же, как Луна. Галилей правильно предположил, что это могло произойти только в том случае, если бы Венера имела орбиту ближе к Солнцу, чем орбита Земли.
С улучшенными телескопами астрономы начали искать еще одно доказательство движения Земли вокруг Солнца — звездный параллакс. Орбита Земли огромна — около 186 миллионов миль (300 000 километров) в диаметре. Если астроном измеряет положение ближайшей звезды, а затем измеряет его снова шесть месяцев спустя, видимое положение звезды на фоне более далеких звезд должно немного измениться.
Наблюдение за этим доказало бы, что Земля на самом деле не неподвижна.Только в 1838 году астроном наконец обнаружил этот сдвиг. В том же году немецкий астроном Фридрих Вильгельм Бессель успешно измерил параллакс звезды 61 Лебедя.
И еще одно доказательство. Представьте, что вы стоите на месте, а дождь идет прямо вниз. Чтобы оставаться сухим, просто держите зонт прямо над головой. Однако, когда вы начнете ходить, вам нужно наклонить зонт «под дождь», даже если дождь идет прямо. Чем быстрее вы идете, тем больше должен быть наклон.
Когда Земля вращается вокруг Солнца, мы можем обнаружить «наклон» входящего звездного света. Английский астроном Джеймс Брэдли случайно обнаружил это явление в 1725 году, когда искал звездный параллакс! Эта аберрация звездного света, как ее называют, является результатом света, имеющего конечную скорость, и движения Земли вокруг Солнца.
Раймонд Шубинский
Соучастник редактора
Солнце находится в центре Солнечной системы, где оно является самым большим объектом.Он составляет 99,8% массы Солнечной системы и примерно в 109 раз больше диаметра Земли — около миллиона Земель может поместиться внутри Солнца.
Поверхность Солнца имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию), а температура в ядре достигает более 27 миллионов F (15 миллионов C), что обусловлено ядерными реакциями. По данным НАСА, нужно будет взрывать 100 миллиардов тонн динамита каждую секунду, чтобы соответствовать энергии, производимой Солнцем.
Солнце — одна из более чем 100 миллиардов звезд Млечного Пути.Он вращается на расстоянии около 25 000 световых лет от ядра Галактики, совершая оборот один раз в 250 миллионов лет или около того. Солнце относительно молодое, оно принадлежит к поколению звезд, известному как Население I, которые относительно богаты элементами тяжелее гелия. Старшее поколение звезд называется Населением II, и более раннее поколение Популяции III могло существовать, хотя представители этого поколения еще не известны.
Связанный: Насколько жарко на солнце?
Солнце родилось около 4.6 миллиардов лет назад. Многие ученые считают, что Солнце и остальная часть Солнечной системы образовались из гигантского вращающегося облака газа и пыли, известного как солнечная туманность. Когда туманность схлопнулась из-за своей силы тяжести, она начала вращаться быстрее и превратилась в диск. Большая часть материала была потянута к центру, чтобы сформировать солнце.
Связанный: Как образовалось Солнце?
У Солнца достаточно ядерного топлива, чтобы оставаться таким, как сейчас, еще на 5 миллиардов лет. После этого он раздувается и превращается в красного гиганта.В конце концов, он сбросит свои внешние слои, а оставшееся ядро схлопнется, превратившись в белого карлика. Постепенно белый карлик исчезнет и войдет в свою финальную фазу как тусклый холодный теоретический объект, иногда известный как черный карлик.
Связано: Когда умрет солнце?
Схема, показывающая Солнце в центре нашей солнечной системы (не в масштабе). (Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)Солнце и атмосфера солнца разделены на несколько зон и слоев.Внутреннее пространство Солнца изнутри состоит из ядра, радиационной зоны и конвективной зоны. Солнечная атмосфера выше, состоящая из фотосферы, хромосферы, переходной области и короны. Помимо этого — солнечный ветер, истечение газа из короны.
Ядро простирается от центра Солнца примерно до четверти пути до его поверхности. Хотя он составляет примерно 2% от объема Солнца, он почти в 15 раз превышает плотность свинца и удерживает почти половину массы Солнца.Далее идет радиационная зона, которая простирается от ядра до 70% пути к поверхности Солнца, составляя 32% объема Солнца и 48% его массы. Свет от ядра рассеивается в этой зоне, поэтому для прохождения одного фотона может потребоваться миллион лет.
Зона конвекции достигает поверхности Солнца и составляет 66% объема Солнца, но лишь немногим более 2% его массы. В этой зоне преобладают клубящиеся «конвективные ячейки» газа. Существуют два основных типа солнечных конвекционных ячеек — грануляционные ячейки шириной около 600 миль (1000 километров) и супергрануляционные ячейки диаметром около 20 000 миль (30 000 км).
Фотосфера — это самый нижний слой атмосферы Солнца, излучающий свет, который мы видим. Его толщина составляет около 300 миль (500 км), хотя большая часть света исходит из его нижней трети. Температуры в фотосфере колеблются от 11 000 F (6 125 C) внизу до 7 460 F (4 125 C) вверху. Далее идет хромосфера, которая более горячая, до 35 500 F (19725 C) и, по-видимому, полностью состоит из колючих структур, известных как спикулы, обычно около 600 миль (1000 км) в поперечнике и до 6000 миль (10000 км) в высоту. .
Далее идет переходная область толщиной от нескольких сотен до нескольких тысяч миль, которая нагревается короной над ней и излучает большую часть своего света в виде ультрафиолетовых лучей. Вверху находится сверхгорячая корона, состоящая из таких структур, как петли и потоки ионизированного газа. Корона обычно колеблется от 900 000 F (500 000 C) до 10,8 миллионов F (6 миллионов C) и может даже достигать десятков миллионов градусов, когда происходит солнечная вспышка. Материя из короны уносится солнечным ветром.
Связано: Космическая погода: солнечные пятна, солнечные вспышки и выбросы корональной массы
Магнитное поле Солнца обычно примерно в два раза сильнее магнитного поля Земли. Однако на небольших участках он становится сильно концентрированным и в 3000 раз сильнее обычного. Эти изгибы и скручивания магнитного поля возникают из-за того, что Солнце вращается на экваторе быстрее, чем на более высоких широтах, и потому, что внутренние части Солнца вращаются быстрее, чем поверхность.
Связано: Огромные магнитные «веревки» вызывают мощные солнечные взрывы
Эти искажения создают различные элементы, от солнечных пятен до впечатляющих извержений, известных как вспышки и выбросы корональной массы. Вспышки — это самые сильные извержения в Солнечной системе, в то время как выбросы корональной массы менее сильны, но включают в себя необычайное количество вещества — один выброс может выбросить примерно 20 миллиардов тонн (18 миллиардов метрических тонн) вещества в космос.
Как и большинство других звезд, Солнце состоит в основном из водорода, за которым следует гелий.Почти все оставшееся вещество состоит из семи других элементов — кислорода, углерода, неона, азота, магния, железа и кремния. На каждый миллион атомов водорода в Солнце приходится 98000 гелия, 850 атомов кислорода, 360 атомов углерода, 120 атомов неона, 110 атомов азота, 40 атомов магния, 35 атомов железа и 35 атомов кремния. Тем не менее, водород — самый легкий из всех элементов, поэтому на его долю приходится примерно 72% массы Солнца, в то время как гелий составляет около 26%.
Связанный: Из чего состоит солнце?
Посмотрите, как солнечные вспышки, солнечные бури и огромные солнечные извержения работают в этом ПРОСТРАНСТВЕ.com инфографики. Посмотреть полную инфографику солнечной бури можно здесь. (Изображение предоставлено Карлом Тейтом / SPACE.com)Солнечные пятна — это относительно прохладные темные детали на поверхности Солнца, которые часто имеют примерно круглую форму. Они появляются там, где плотные пучки силовых линий магнитного поля изнутри Солнца прорываются сквозь поверхность.
Количество солнечных пятен меняется в зависимости от солнечной магнитной активности — изменение этого числа от минимального отсутствия до максимум примерно 250 солнечных пятен или скоплений солнечных пятен, а затем обратно к минимуму, называется солнечным циклом, и в среднем около 11 лет.В конце цикла магнитное поле быстро меняет полярность.
Связано: Крупнейшее солнечное пятно за 24 года вызывает удивление у ученых, но также вводит в заблуждение
Древние культуры часто видоизменяли естественные горные образования или строили каменные памятники, чтобы отмечать движение солнца и луны, составляя графики сезонов, создавая календари и наблюдение за затмениями.Многие считали, что Солнце вращается вокруг Земли, и древнегреческий ученый Птолемей формализовал эту «геоцентрическую» модель в 150 г. до н. Э. Затем, в 1543 году, Николай Коперник описал гелиоцентрическую (солнечно-центрированную) модель солнечной системы, а в 1610 году открытие Галилео Галилеем спутников Юпитера подтвердило, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли.
Чтобы узнать больше о том, как работают Солнце и другие звезды, после первых наблюдений с помощью ракет ученые начали изучать Солнце с околоземной орбиты.В период с 1962 по 1971 год НАСА запустило серию из восьми орбитальных обсерваторий, известных как орбитальная солнечная обсерватория. Семь из них были успешными и проанализировали Солнце в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах волн и сфотографировали сверхгорячую корону, среди других достижений.
В 1990 году НАСА и Европейское космическое агентство запустили зонд «Улисс», чтобы провести первые наблюдения за его полярными регионами. В 2004 году космический аппарат НАСА Genesis вернул на Землю образцы солнечного ветра для изучения. В 2007 году миссия НАСА с двумя космическими аппаратами Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) вернула первые трехмерные изображения Солнца.НАСА потеряло связь со STEREO-B в 2014 году, которая оставалась вне связи, за исключением короткого периода в 2016 году. STEREO-A остается полностью работоспособным.
Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO), которой в прошлом году исполнилось 25 лет в космосе, на сегодняшний день является одной из самых важных солнечных миссий. Разработанный для изучения солнечного ветра, а также внешних слоев и внутренней структуры Солнца, он отображал структуру солнечных пятен под поверхностью, измерял ускорение солнечного ветра, обнаруживал корональные волны и солнечные торнадо, обнаружил более 1000 комет, и произвел революцию в нашей способности прогнозировать космическую погоду.
Обсерватория солнечной динамики (SDO), запущенная в 2010 году, вернула невиданные ранее детали материала, движущегося наружу и вдали от солнечных пятен, а также чрезвычайно крупные планы активности на поверхности Солнца и первые изображения с высоким разрешением. измерения солнечных вспышек в широком диапазоне длин волн экстремального ультрафиолета.
Новейшим дополнением к флоту для наблюдений за солнцем являются солнечный зонд НАСА Parker, запущенный в 2018 году, и орбитальный аппарат ESA / NASA Solar Orbiter, запущенный в 2020 году. Оба этих космических аппарата вращаются вокруг Солнца ближе, чем любой из предыдущих космических кораблей, выполняя дополнительные измерения окружающая среда в непосредственной близости от звезды.
Во время близких проходов, Parker Solar Probe погружается во внешнюю атмосферу Солнца, в корону, и ему приходится выдерживать температуры выше одного миллиона градусов по Фаренгейту. Ближайший к нему зонд Parker Solar Probe пролетит всего 4 миллиона миль (6,5 миллиона км) к поверхности Солнца (расстояние между Солнцем и Землей составляет 93 миллиона миль (150 миллионов км)). Измерения, которые он производит, помогают ученым больше узнать о том, как энергия течет через Солнце, о структуре солнечного ветра и о том, как ускоряются и переносятся энергичные частицы.
Связанный: НАСА Parker Solar Probe прибивает близко к солнцу, поскольку его цикл космической погоды нарастает
Хотя Solar Orbiter не летает так близко, как Parker Solar Probe, он оснащен высокотехнологичными камерами и телескопы, которые делают снимки поверхности Солнца с самого близкого расстояния. Технически было невозможно использовать Parker Solar Probe с камерой, которая бы смотрела прямо на поверхность Солнца.
Самый близкий к ней орбитальный аппарат Solar Orbiter пройдет на расстоянии около 26 миллионов миль (43 миллиона км) от звезды — примерно на 25% ближе, чем Меркурий.Во время своего первого перигелия, точки на своей эллиптической орбите, ближайшей к Солнцу, космический корабль приблизился к Солнцу примерно на половину расстояния от Земли. Изображения, полученные во время первого перигелия, опубликованные в июне прошлого года, были самыми близкими из когда-либо сделанных изображений Солнца и показали ранее невидимые детали на поверхности звезды — миниатюрные вспышки, названные кострами.
После того, как Solar Orbiter завершит несколько близких проходов, диспетчеры миссии начнут поднимать его орбиту за пределы плоскости эклиптики, в которой вращаются планеты, чтобы камеры космического корабля могли сделать первые в истории снимки полюсов Солнца крупным планом.Картирование активности в полярных регионах поможет ученым лучше понять магнитное поле Солнца, которое управляет 11-летним солнечным циклом.
Эта статья была обновлена 9 июня 2021 года старшим писателем Space.com Терезой Пултаровой.
3 января 2019 года Земля достигла точки на своей орбите, наиболее близкой к Солнцу: перигелия. Каждый объект, вращающийся вокруг одной массы (например, наше Солнце), образует эллипс, содержащий точку наибольшего сближения, уникальную для этой конкретной орбиты, известную как перицентр. За последние 4,5 миллиарда лет Земля вращалась вокруг Солнца по эллипсу, как и все другие планеты, вращающиеся вокруг своих звезд во всех других зрелых солнечных системах по всей галактике и Вселенной.
Но есть кое-что, чего вы, возможно, не ожидаете или не цените, что, тем не менее, происходит: орбитальная траектория Земли не остается неизменной с течением времени, а изгибается по спирали наружу. В этом году, 2019, наш перигелий был на 1,5 сантиметра дальше, чем в прошлом году, который был дальше, чем в прошлом году, и т. Д. Это не только Земля; каждая планета удаляется от своей родительской звезды. Вот почему.
Рис ТейлорСила, отвечающая за орбиты каждой планеты вокруг каждой солнечной системы во Вселенной, одинакова: универсальный закон тяготения.Смотрите ли вы на это с точки зрения Ньютона, где каждая масса притягивает любую другую массу во Вселенной, или с точки зрения Эйнштейна, где масса и энергия искривляют ткань пространства-времени, через которое перемещаются другие массы, наибольшая масса доминирует на орбите. всего, на что он влияет.
Если бы центральная масса была неизменной и была единственным действующим фактором, сила тяжести оставалась бы постоянной с течением времени. Каждая орбита всегда будет оставаться идеальным замкнутым эллипсом и никогда не изменится.
NCSA, UCLA / Keck, группа A. Ghez; Визуализация: С. Леви и Р. Паттерсон / UIUCКонечно, этого не происходит. В каждой солнечной системе присутствуют и другие массы: планеты, луны, астероиды, кентавры, объекты пояса Койпера, спутники и многое другое. Эти массы служат для возмущения орбит, вызывая их прецессию. Это означает, что точка наибольшего сближения — перицентр в целом или перигелий для орбиты относительно нашего Солнца — вращается во времени.
Орбитальная механика по-разному влияет на прецессию равноденствий. У Земли, например, перигелий и декабрьское солнцестояние совпали всего 800 лет назад, но они медленно отдаляются друг от друга. С периодом 21000 лет наш перигелий прецессирует таким образом, что меняет не только точку наибольшего сближения на нашей орбите, но и положение наших полярных звезд.
Грег Бенсон, Wikimedia CommonsЕсть и другие факторы, которые изменяют нашу орбиту, в том числе:
Эти последние два эффекта, однако, важны только в экстремальных условиях, таких как очень близкая к большой компактной массе или на ранних стадиях формирования солнечной системы, когда протопланетные диски присутствуют и все еще массивны.
S. M. Andrews et al. и коллаборация DSHARP, arXiv: 1812.04040Сегодня Земля (и все планеты) так далеки от Солнца и окружены таким редким количеством материи, что в спиральной шкале времени в триллионы-квадриллионы раз больше, чем нынешний возраст Вселенной.Поскольку протопланетный диск полностью испарился около 4,5 миллиардов лет назад, почти не осталось ничего, что могло бы рассеять наш угловой момент. Самый большой эффект, влияющий на наш инспираль, — это излучение солнечного ветра, то есть частиц Солнца, которые ударяются о нашу планету и прилипают, заставляя нас немного терять угловой момент.
В целом, Земля даже не приближается к Солнцу; он движется по спирали наружу, прочь от него. Таковы все планеты Солнечной системы.С каждым годом мы оказываемся лишь немного — на 1,5 сантиметра, или 0,00000000001% расстояния Земля-Солнце — дальше от Солнца, чем годом ранее.
Причина в самом Солнце.
Пользователь Wikimedia Commons KelvinsongГлубоко внутри Солнца происходит процесс ядерного синтеза. Каждую секунду Солнце излучает около 3,846 × 10 26 джоулей энергии, которые высвобождаются в результате преобразования массы в энергию в ядре. Коэффициент Эйнштейна E = mc 2 является первопричиной, ядерный синтез — это процесс, а результатом является непрерывное излучение энергии Солнцем. Эта энергия является основным процессом, который приводит в действие практически все интересные с биологической точки зрения процессы, происходящие на Земле.
Но что недооценивается, так это то, что со временем преобразование материи в энергию приводит к тому, что Солнце теряет значительное количество массы. За 4,5 миллиарда лет истории Солнечной системы наше Солнце из-за процесса ядерного синтеза потеряло примерно 0,03% своей первоначальной массы, что сопоставимо с массой Сатурна.
НАСАЕжегодно Солнце теряет около 4,7 миллиона тонн вещества, что снижает гравитационное воздействие на каждый объект в нашей Солнечной системе. Это гравитационное притяжение заставляет наши орбиты вести себя так, как мы их знаем.
Если бы притяжение оставалось неизменным, была бы очень, очень медленная внутренняя спираль из-за эффектов трения, столкновений и гравитационного излучения. Но с изменениями, которые мы действительно переживаем, Земля, как и все планеты, вынуждена медленно дрейфовать и по спирали уходить от Солнца. Хотя эффект небольшой, это изменение на 1,5 сантиметра в год легко поддается расчету и однозначно.
Sovfoto / UIG через Getty ImagesОднако мы не смогли измерить это изменение расстояния напрямую. Мы знаем, что это должно произойти; мы знаем, какой должна быть его величина; мы знаем, что мы удаляемся от Солнца по спирали; мы знаем, что это происходит со всеми планетами.
Но что мы хотели бы сделать, так это измерить его напрямую, как еще одно испытание законов физики в том виде, в каком мы их знаем. Так продвигается физика:
Когда все складывается, наши теории подтверждаются; когда они этого не делают, это признак того, что мы, возможно, находимся на пороге научной революции.
АЛМА (ESO / NAOJ / NRAO) / М. Maercker et al.В случае с Солнечной системой, однако, было бы шоком, если бы Земля и все планеты не уходили от Солнца по спирали. История того, почему мы должны удаляться от Солнца по спирали, настолько проста и убедительна, что ее невозможно игнорировать.
Солнце выделяет энергию, которую мы наблюдаем, что позволяет нам рассчитать скорость потери массы с помощью Эйнштейна E = mc 2 .
Масса Солнца, наряду с параметрами орбиты наших планет, определяет путь и форму их вращения вокруг Солнца.
Если мы изменим эту массу, орбиты изменятся на легко вычисляемую величину, даже с использованием простой физики Ньютона.
И когда мы сделаем эти вычисления, мы обнаружим, что Земля мигрирует от Солнца со скоростью ~ 1,5 сантиметра в год.
НАСА The Space PlaceУменьшение массы Солнца из-за сжигания его ядерного топлива гарантирует, что каждая масса, вращающаяся по орбите в нашей Солнечной системе, с течением времени медленно расширяется наружу. Приблизительно 4,5 миллиарда лет назад наша планета была примерно на 50 000 километров ближе к Солнцу, чем сегодня, и будет удаляться еще быстрее по мере того, как Солнце продолжает развиваться.
С каждым проходом по орбите планеты становятся все менее привязанными к нашему Солнцу.Скорость, с которой Солнце сжигает свое топливо, увеличивается, увеличивая скорость, с которой все планеты вращаются по спирали наружу. Хотя это никогда не должно отвлекать ни одну из планет, которые у нас есть сегодня, медленная, неуклонная миграция всех миров за границу неизбежна.
В этом году мы ближе к Солнцу, чем когда-либо снова. Это верно и для каждой планеты вокруг каждой установленной звезды во Вселенной, что дает нам еще одну причину оценить все, что у нас есть сегодня.
.