О времени, пространстве и других вещах - Айзек Азимов

Что касается самой Земли, это занимает 2 минуты, и ни секундой больше, хотите — верьте, хотите — нет. На Фобосе (внутренний спутник Марса) — чуть больше, чем полминуты. Звезды будут вертеться по небу со скоростью, в четыре раза превышающей обычную, а надувшийся Марс будет неподвижно висеть в небе. Представляете, какое зрелище!

С другой стороны, наблюдатель на Луне может убедиться, что звезде, чтобы покрыть расстояние, равное видимой ширине Солнца, потребуется 55 минут. Там небесные тела можно изучать на протяжении длительных отрезков времени, значительно более продолжительных, чем на Земле. Никогда не слышал, чтобы этот довод приводился в качестве аргумента для создания лунного телескопа. Этот факт, конечно при условии отсутствия облаков и других неблагоприятных атмосферных явлений, должен сделать лунную обсерваторию перспективой очень привлекательной, ради которой можно было бы пойти и на межпланетное путешествие.

На Венере звезда пройдет расстояние, равное видимой ширине Солнца, за 450 минут, или 7,5 часов. Что ни говори, там можно было бы устроить настоящий рай для астрономов, конечно при условии отсутствия облачности.

Глава 7

Давайте побродим… посмотрим…

В книгах по астрономии (а я их видел, поверьте, немало) обязательно содержится таблица, где перечислены планеты Солнечной системы с указанием диаметра, расстояния от Солнца, времени оборота, альбедо, плотности, числа спутников и т. д.

Я очень люблю числа и отношусь к ним с большим уважением, поэтому всегда с жадностью набрасываюсь на такие таблицы в надежде обнаружить новую информацию. И иногда получаю награду в виде данных о температуре на поверхности, орбитальной скорости и т. д. Однако информации всегда оказывается мало.

Поэтому всякий раз, когда мой мозг начинает настойчиво требовать очередную порцию пищи для размышлений, я даю ему информацию, которой в данный момент располагаю, затем посвящая долгие часы досуга выводам, предположениям и формулировке всевозможных гипотез. (По крайней мере, я занимался этим в те далекие времена, когда еще имел досуг.)

В общем, я и теперь этим занимаюсь, только облекаю результаты своих размышлений в форму очерков и статей. Если хотите, присоединяйтесь ко мне: мы вместе побродим, оглядимся по сторонам и посмотрим, что получится.

Давайте начнем так…

Если верить Ньютону, каждый объект во Вселенной притягивает другой объект с силой (f), пропорциональной произведению масс этих объектов (m1 и m2), деленной на квадрат расстояния между их центрами (d). Чтобы получить равенство, умножаем результат на гравитационную постоянную (g).

f = gm1m2/d2 (формула 1).

Это означает, что существует притяжение между Землей и Солнцем, между Землей и Луной, а также между Землей и всеми планетами, спутниками, метеоритами и каждой песчинкой космической пыли во Вселенной.

К счастью, Солнце так огромно по сравнению со всеми остальными объектами Солнечной системы, что при расчете орбиты Земли или любой другой планеты делается допущение (если рассматриваются только Солнце и конкретная планета), что они одни во Вселенной. Влияние остальных небесных тел может быть подсчитано позже.

Так же можно рассчитать орбиту спутника, предположив, что он и его основная планета одни во Вселенной.

Здесь есть кое-что, на мой взгляд, чрезвычайно интересное. Если Солнце многократно массивнее любой планеты, разве оно не должно оказывать влияние и на спутники, даже находясь на значительно большем расстоянии, чем его родная планета? Если так, каким образом можно оценить это влияние?

Представим себе этот процесс в виде перетягивания каната, на одном конце которого находится спутник со своей планетой, а на другом — Солнце. Как поведет себя Солнце в этом соревновании?

Думаю, что астрономы все это давно подсчитали, однако я ни разу не видел результатов этих расчетов в литературе, поэтому решил выполнить их сам.

Вот что можно сделать. Давайте обозначим массу спутника m, массу его планеты (вокруг которой он вращается) mр, массу Солнца — ms. Расстояние от спутника до планеты у нас будет dр, а расстояние от спутника до Солнца — ds. Гравитационная сила, действующая между спутником и планетой, — fp, а между спутником и Солнцем — fs. Вот и все. Обещаю, больше вы не увидите никаких новых обозначений, по крайней мере в этой главе.

Из формулы 1 видно, что сила притяжения между спутником и планетой:

fp = gmmp/dp2 (формула 2),

а между тем же спутником и Солнцем:

fs = gmms)/ds2 (формула 3).

Нам интересно узнать, насколько гравитационная сила, действующая между спутником и планетой, сравнима с аналогичной силой, действующей между спутником и Солнцем. Иными словами, чрезвычайно любопытно вычислить отношение fp/fs, которое можно назвать «коэффициентом перетягивания каната». Чтобы его получить, следует разделить формулу 2 на формулу 3. Результат приведен в формуле 4:

fp/fs = (mp/ms) (ds/dp)2 (формула 4).

При делении формула несколько упростилась. Во-первых, исчезла гравитационная постоянная, и нам не придется иметь дело с малыми числами и неудобными размерностями. С другой стороны, сократилась масса спутника (иными словами, для получения «коэффициента перетянутого каната» не имеет значения размер спутника).

В формуле остались отношение массы планеты к массе Солнца, а также квадрат отношения расстояния от спутника до Солнца к расстоянию от спутника до планеты.

Спутники имеют только шесть планет. Это Нептун, Уран, Сатурн, Юпитер, Марс и Земля (в порядке убывания расстояния от Солнца).

Произведя подсчет отношения масс, получим следующие результаты:

Нептун … 0,000052

Уран … 0,000044

Сатурн … 0,00028

Юпитер … 0,00095

Марс … 0,00000033

Земля … 0,0000030

Как видите, отношение масс явно в пользу Солнца. Даже Юпитер — самая тяжелая из планет — не дотянул до 1/1000 массы Солнца. В действительности суммарная масса всех планет (с учетом спутников, астероидов, комет и метеоритов) составляет не более 1/750 массы Солнца.

Пока у Солнца имеются все шансы выиграть соревнования по перетягиванию каната.

Однако нам следует рассмотреть и отношение расстояний, а здесь все говорит в пользу планеты, потому что любой спутник располагается ближе к своей родной планете, чем к Солнцу. Тем более, что это отношение расстояний следует еще возвести в квадрат. После этого уже можно почти не сомневаться, что Солнце не перетянет канат. Но все-таки проверим.

Начнем с Нептуна. Он имеет два спутника — Тритон и Нереиду. Среднее расстояние каждого из них от Солнца примерно такое же, как среднее расстояние Нептуна от Солнца, — 2 797 000 000 миль. Среднее расстояние Тритона от Нептуна — 220 000 миль, а среднее расстояние Нереиды от Нептуна — 3 460 000 миль.

Разделив расстояние от Солнца на расстояние от Нептуна до каждого спутника и возведя результат в квадрат, получим 162 000 000 для Тритона и 655 000 для Нереиды. Умножив каждое из этих чисел на отношение масс Нептуна и Солнца, получим следующие коэффициенты:

Тритон … 8400

Нереида … 34

Таким образом, условия, в которых существуют спутники, очень различны. Гравитационное влияние Нептуна на свой ближайший спутник — Тритон — намного больше, чем влияние на него Солнца. Нептун схватил Тритон весьма уверенно. Притяжение Нептуном своего внешнего спутника — Нереиды — является значительным, но не подавляющим по сравнению с Солнцем. К тому же Нереида имеет эксцентричную орбиту, и более эксцентричной орбиты нет ни у одного спутника в Солнечной системе. В одном ее конце Нереида приближается к Нептуну на 800 000 миль, в другом удаляется более чем на 6 000 000 миль. В точке наибольшего удаления от планеты «коэффициент перетягиваемого каната» имеет необыкновенно низкую величину — всего лишь 11!

По многим причинам (одной из которых является эксцентричность ее орбиты) астрономы обычно считают, что Нереида является не настоящим спутником Нептуна, а малой планетой, случайно попавшей в его гравитационное поле.

То, что Нептун так слабо держит Нереиду, казалось бы, подтверждает это. Действительно, объединение Нептуна и Нереиды вполне может быть временным явлением. Возможно, что эффект солнечного тяготения когда-нибудь вырвет спутник из объятий Нептуна. Зато Тритон никогда не покинет своего отца, конечно, если не произойдет катастрофы вселенского масштаба.

Я не стану приводить в этой книге подробные вычисления для всех спутников Солнечной системы. Поверьте, что я их выполнил, и теперь кратко познакомлю вас с основными результатами. Уран, например, имеет пять спутников, все они вращаются в плоскости экватора планеты, и астрономы не сомневаются, что все пять — настоящие спутники. Это Миранда, Ариель, Умбриель, Титания и Оберон.