Гравитационное взаимодействие в Солнечной системе (продолжение, статья 2)

Л.Н.Кичигин, А.А.Дорофеев, А.Б. Тарасов

         Движение, астрофизические характеристики планет, других небесных тел вплоть до метеоритов и молекулярного межпланетного субстрата остается приоритетным направлением в исследовании окружающего нас мира, ближнего космоса. Такие исследования неотделимы, разумеется, от изучения центрального светила – Солнца. Успехи в изучении ближнего космоса, полеты космических аппаратов на Луну, Венеру, Марс и к самому Солнцу следует рассматривать как продолжение, а может быть еще только начало, глубокого познания солнечного мира. Надо признать, что наши сведения пока ограничиваются внешними чертами, так сказать, «фасадами» планет и Солнца и схемами их движения, по дорогам которого мы сами не ходили. Ни на одной из планет мы не совершали кругосветного путешествия вокруг Солнца. Наши космические странствия еще впереди.

         Не стоит и преуменьшать достигнутые знания об окружающем мире. Познание Земли, Солнца, других планет началось еще в древности (Птолемей), шло через поразительные трансформации смыслов и объяснений окружающей природы и самого человека. Научное познание (если начинать с Ньютона) насчитывает два-три последних столетия. Сегодня мы не без основания полагаем, что наука объективно описывает нашу солнечную обитель. Но будем ли мы думать точно также в следующем веке, тем более через тысячу лет? Насколько наши взгляды многосторонни?

         По данным ООН и сегодня немалая часть человечества согласна с тем, что Солнце вращается вокруг Земли. Научное и бытийное (биологическое) осознание мира параллельно сосуществуют в нашей голове, в нашей натуре. Объективный взгляд – это взгляд со стороны, извне. Человечеству предстоит пройти «от Земли до самых до окраин», чтобы сказать, что мы, наконец, знаем как устроена наша малая вселенная – Солнечная система.

         За века астрономических и натуралистических наблюдений и опытов наука накопила огромный фактический материал о природе мира. Он всегда будет востребован для переосмысления. Новые теории, идеи должны проходить проверку имеющимися знаниями. Не случайно в современных обобщающих работах научная мысль постоянно обращается к законам Кеплера, Ньютона и других исследователей небесного движения предыдущих столетий.

         Рассматривая теории происхождения и движения Солнечной системы, разработанные нашими предшественниками, мы вновь и вновь стараемся понять, что лежит в основе фундаментальных, казалось бы, незыблемых понятий, вроде закона всемирного тяготения, в основе периодической системы химических элементов и даже общей теории относительности. Почему-то мы и сегодня не можем толком объяснить, что такое «сила тяготения» и уже сомневаемся в эйнштейновском «искривлении пространства».

                                                         1

         В предыдущей статье, также посвященной теме гравитационного взаимодействия, обосновывается приоритет количества движения (импульса) в небесной механике Солнечной системы. Начиная от Солнца и планет до малых частиц движения, вся система стремиться к согласованию энергии движения (количества движения) в соответствии с массами тел и скоростями движении: p=mv. В более широком смысле это можно рассматривать как закон сохранения энергии (закон сохранения импульса). Вопрос о связи количества движения p=м*кг/сек с силой тяготения (и соответственно, с законом всемирного тяготения) неизбежно возникает при рассмотрении движения планет вокруг Солнца. Однако, прямой формульной связи этих физических величин закон всемирного тяготения не содержит. В нем отсутствует прямая связь со скоростью движения взаимодействующих тел. В формилировке Ньютона в законе используется ускорение свободного падения, которому придавалось ведущее значение. Главной заслугой Ньютона является введение в уравнения движения (в том числе в 3-ий закон Кеплера) понятия «массы» физического тела (тел). Именно это сделало закон всемирного тяготения универсальным. К сожалению, И.Ньютон не объяснил что такое «массы», наделив таковую только свойством «тяготения». В практике масса приравнивается к весу тела, определяемого рычажными весами. Это вполне достаточно на Земле, где безупречно работают законы классической механики. Однако, в мировом пространстве отсутствует «палата мер и весов» Негде спросить, сколько весит то или иное видимое (тем более невидимое) тело. Одиночное тело в мировом пространстве не имеет веса, масса его неизвестна. Теперь это хорошо знакомо космонавтам. Масса любого тела проявляется, обнаруживается во взаимодействии с другими телами. Это ключевой вопрос тяготения, величины силы тяжести. В законе всемирного тяготения используется взаимодействие двух масс m1 и m2. Заметим: в законе фигурирует не сумма двух масс, а именно их произведение m1 · m2 (кг2). Это не случайно. Простое суммирование масс двух тел мало что меняет в физическом функционировании системы. Можно сказать, что механическое объединение тел (слияние) ликвидирует их как систему.

         Взаимодействие тел как произведение их масс наделяет систему увеличенным энергетическим потенциалом, превосходящим их отдельные потенциалы. Происходит взаимный обмен энергией, изменяющий их совместный энергетический потенциал. Гравитационная постоянная G выполняет роль коэффициента пропорциональности в этом взаимодействии. Заметим, что два равных по массе тела, находящихся на определенном расстоянии друг от друга взаимодействуют с силой тяготения большей, чем два тела разных по массе, но с той же суммарной массой, на том же расстоянии друг от друга.

         Гравитационное взаимодействие – это процесс обмена количеством движения и, возможно, и обмена массами взаимодействующих тел.

         В предыдущей статье мы показали, что основой для формулировки и вычисления гравитационной постоянной G (постоянной тяготения по Ньютону) послужил 3-ий закон Кеплера (о пропорциональности отношений квадратов периодов обращения планет вокруг Солнца к кубам больших полуосей их орбит). Силу тяготения выражаемую в виде F=м*кг/сек2 (Ньютон) можно интерпретировать двояко. Это может рассматриваться, во-первых, как F=кг*(м/сек2), т.е. как произведение массы на ускорение. Вероятно, в таком смысле это понимал и автор закона всемирного тяготения. Во втором варианте сила тяготения может трактоваться как F=(м*кг/сек)*(1/сек), т.е. как произведение количества движения (импульса) на частоту обращения (волнового движения). Такой вариант более отвечает механической модели движения планет вокруг Солнца. Это упрощает понимание обменного характера движения планет и Солнца по единому принципу взаимодействия (3-ий закон Кеплера).

         Напомним, что в законе всемирного тяготения массы взаимодействующих тел рассматриваются как неизменные (постоянные) по величине.

                                               2

Для уточнения механики движения планет вокруг Солнца вновь обратимся к 2-му закону Кеплера». Радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывают равные площади (см. рис.).

Второй закон Кеплера

Площади M1SM2 и M4SM3 равны. Отрезки орбиты M1M2 и M3M4  планета проходит за одинаковые промежутки времени. Но M1M2 > M3M4. Значит, планета движется вокруг Солнца (S)  неравномерно: линейная скорость планеты вблизи перегелия больше, чем вблизи афелия. Второй закон Кеплера не имеет формульного выражения. Дополняя законы Кеплера, Ньютон, как известно, именно к 2-му закону Кеплера не сделал никаких дополнений.

Все планеты обращаются вокруг Солнца по эллипсам в соответствии с законами Кеплера-Ньютона. Один из главных смыслов 2-го закона Кеплера состоит в том, что планеты двигаются по своим орбитам неравномерно, меняя свою скорость: вблизи пересечения скорость движения планет больше, чем в самой отдаленной от Солнца точке – в афелии. Введя в линейное движение планеты величину ее массы m (кг), мы получим выражение количества движения планеты в системе Солнце - планеты: p=м*кг/сек. В предыдущей статье мы показали, что 2-ой закон Кеплера отражает для равных площадей сохранения равных моментов количества движения. В дополнение к этому укажем, что количества движения при неравномерной скорости движения по орбите не могут быть равными для равных площадей при одной и той же массе планеты и любого другого тела вообще. Масса тела, обращающегося по эллипсу вокруг Солнца, не может оставаться неизменной. При максимальной линейной скорости перигелия масса планеты должна уменьшаться на некоторую (очень небольшую) величину. При прохождении перигелия и переходу на удаление от Солнца, масса планеты (и любого другого тела) должна возрастать. Если наши расчета верны, то возникает парадоксальное предположение об изменении масс физических тел, обращающихся вокруг Солнца в процессе их неравномерного движения по их орбитам. Это правило не касается, естественно, круговых орбит (идеальных) к которым стремятся планеты Солнечной системы. Аналогичная динамика движения и массы должна иметь место и для планет – гигантов (Юпитер, Сатурн и др.) с большим количеством спутников. Они по сути являются малыми копиями Солнечной системы.

Неизбежны вопросы: куда девается, направляется уменьшение (дефект) массы в перигелии и каким образом восполняется убыток массы при достижении афелия?

Убыток массы и ее восполнение при движении небесных тел вокруг Солнца есть естественный процесс движения и перераспределения массы между Солнцем и планетами в их бесконечном космическом круговращении. Было бы странно полагать, что массы тел Солнечной системы остаются неизменными, в галактическим обороте. Межпланетное пространство постоянно подпитывается частью массы, которой обмениваются Солнце и планеты. Сама Солнечная система представляет собой модель обменного взаимодействия всех тел со всеми. Спутники планет, особенно планет – гигантов – это и есть продукты обмена массами между Солнцем и планетной системой. Не исключено, что даже Луна есть частица Земли, отторгнутая при взаимодействии с Солнцем. Масса Луны менее одного процента от земной, что вполне допустимо для отторжения от материнского тела. Сами планеты являются дефектом массы Солнца, отторженцами в активные фазы развития в далеком прошлом. На таком происхождении планет настаивал А.Е.Ходьков (Ходьков, Виноградова, 2004).

По данным современных исследований, в том числе с помощью космических аппаратов, Солнце и в настоящее время является источником огромного количества массы в виде плазмы и излучения (солнечный ветер),выбрасываемых в межпланетное пространство. Эти выбросы – солнечные вспышки носят регулярный, циклический характер (Солнечно–Земная физика, 2009).

Планеты в своем взаимодействии с Солнцем и окружающей космической средой не только уменьшают массу при сближении с Солнцем. Возвращаясь в позицию афелия, планета поглощает массу из окружающего пространства, что вызывает ее торможение с удалением от центрального светила и в последующий возврат на эллиптический курс. Но планеты на самом деле не возвращаются в одну и ту же точку орбиты, как мы привыкли думать и как пишется в учебниках. Они совершают волновое галактическое движение во главе с Солнцем, растянутое во времени примерно на 200 млн. лет (Галактики. Сурдин и др., 2013).

                                               3

Движение планет в Солнечной системе – это циклический, бесконечно повторяющийся процесс согласованного перемещения массы и энергии. Каждый оборот планеты вносит очередную поправку в баланс количества движения во имя закона сохранения энергии. Каждая планета вносит свой вклад в гравитационную стабильность в Солнечной системе. Добавим к известному, что межпланетную среду наряду с Солнцем и планетным его окружением можно обозначить как третий фактор взаимодействия в системе. Межпланетная среда – это не вакуум, не пустота, а «обменный фонд», океан материи и энергии, в котором Солнце и планеты находят согласование своего движения. Добавим, что гравитационная постоянная G=6.6*10-11 м3/(кг*сек2) выступает в этом движении координатором согласования. Возможно, она и есть функциональная сущность межпланетной среды Солнечной системы. Гравитационные пространственные и временные масштабы Солнечной системы не могут в своем функционировании обойтись без столь скрупулезной и постоянной сверки параметров (количеств) движения. Можно заметить также, что гравитационная постоянная по своей метрике может рассматриваться как противоположность эйнштейновской формуле энергии E=mc2, т.е. произведению массы на скорость света: E=(м2*кг)/сек2 (Дж). Представим гравитационную постоянную в виде: G=6.6*10-11 (м/кг)*(м2/сек2). В таком разложении пространства (метр) и массы (кг) занимают противоположные позиции, а квадрат скорости есть величина, обратная скорости света. Гравитация и свет выступают как антиподы движения. Сила тяготения – это, так сказать, фактор поглощения, накопления и хранения энергетических ресурсов. Гравитация, наверное, не является универсальным фактором движения в пространстве времени Вселенной. Но для нашей малой вселенной – Солнечной системы она есть ее мировой закон. Закон всемирного тяготения в той форме и содержании, которые дал И.Ньютон не нуждается в изменениях, пока существует Солнечная система. Это все же не исключает комментариев к закону, поясняющих смысл и даже философию обоснованного им небесного и земного миров. Один из таких смыслов выразим в следующем:

Движение физических тел относительно друг друга (взаимодействие) есть всеобщий обмен массой и энергией (количеством движения) в определенные интервалы времени.

Физическая природа тяготения (гравитация) рано или поздно будет раскрыта. Будет создана теория единого поля. Наука разберется с бозонами  и кварками. Однако движение в гравитационном поле Солнечной системы останется неисчерпанной темой теоретических и практических изысканий человечества.

                                                                  Л.Н.Кичигин

                                                                   12.09.2018г.