Наука
На прошлой неделе поступили сообщения о том, что "непланета" Плутон пригрела возле себя еще один спутник. Новый объект, находящийся на орбите Плутона был замечен с помощью космического телескопа Хаббл, и к четырем ранее известным спутникам добавили еще один. Но действительно ли к четырем?
Теперь появились новые гипотезы. Например, что на самом деле у Плутона до этого было не 4 спутника, а 3, которые были обнаружены тем же телескопом Хаббл за последние 7 лет. Однако четвертый объект, получивший название Харон, который был обнаружен в 1978 году и который считался спутником Плутона, сегодня вызывает сомнения. Этот объект может быть сам по себе планетой.
Масса Харона составляет 12 процентов массы Плутона. Это может показаться немного, но, например, масса Луны составляет всего 1 процент массы Земли. Остальные спутники Плутона очень маленькие по сравнению с самим Плутоном.
Из-за такого отношения масс Плутон и Харон как бы вальсируют вокруг общей центральной массы. То же самое происходит и с Землей и Луной, однако центр тяжести в данном случае находится внутри радиуса Земли. Если бы сторонний наблюдатель посмотрел на Луну и Землю со стороны, он, возможно, также предположил, что эти объекты похожи на "двойную планету".
Остальные спутники Плутона, кроме Харона, вращаются не совсем на орбите Плутона, а следуют Кеплеровским орбитам, то есть вращаются вокруг центра тяжести, который расположен между Плутоном и Хароном. Плутон и Харон делают полный оборот вокруг друг друга за 6,3 дней.
Такое явление наблюдается в системах двойных звезд. В нашей галактике примерно половина звезд на самом деле представляет собой двойные системы. Считается, что они образовались благодаря фрагментации рассеивающейся туманности, частицы которой стали сгущаться, образовав такие тела, как звезды.
С 1993 года задокументированы десятки двойных астероидов. Они могли сформироваться при разделении тел на фрагменты или в результате столкновений между разными космическими телами. Почему же невозможно существование двойных планет? Популярная теория гласит, что Харон и другие спутники Плутона сформировались из-за столкновения его с другой ледяной карликовой планетой.
Согласно похожей теории, сформировался спутник нашей планеты - Луна - примерно 4,4 миллиарда лет назад, хотя недавно эта теория была поставлена под сомнение. Возможно, где-то существуют и другие двойные планеты, однако пока ни одна подобная система замечена не была. Эти системы могут находиться за пределами обломочных поясов, таких как пояс астероидов и пояс Койпера, где собственно и был обнаружен Плутон.
Тем не менее, астрономы не теряют надежды, что двойные планеты могут существовать и что они могут быть обитаемы. Взаимодействие между такими мирами могло бы быть очень интересным. О вероятности того, что Плутон и Харон могут представлять собой двойную систему планет, писали еще в 2006 году, однако эту гипотезу как-то замяли. Кстати, голливудские сценаристы уже взяли такую возможность на вооружение, в сентябре выходит новый фантастический фильм "Параллельные миры", который повествует о событиях, происходящих на двух планетах, которые притянулись близко друг к другу.
Замедление скорости вращения Земли ЛунойВернемся к паре Земля-Луна и проиллюстрируем некоторые их взаимодействия нижеследующим рисунком. Для наглядности все масштабы на нем нарушены, а рассматриваемые расстояния, силы, скорости, детали и процессы многократно гипертрофированы. Однако качественная сторона явлений, суть дела от этого не страдает.
Гипотетический наблюдатель находиться на большой высоте, примерно над северным полюсом Земли* (голубой шар слева). Точка О1 - это и центр Земли, и проекция полюса (точнее, обоих полюсов) на плоскость чертежа. Желтый шар справа - Луна.
*Примечание (для любителей точности). Из-за наклона земной оси, наблюдателю лучше находиться не над самим полюсом, а в любой удаленной точке перпендикуляра, установленного с центра Земли по отношению к плоскости орбиты Луны (которая сама немного, примерно на 5 градусов, не совпадает с плоскостью земной орбиты - эклиптикой). А еще точнее, проведенного через точку ОЦМ (см. ниже), а не через сам центр Земли. Однако, ни одно из этих трех уточнений ничего не меняет в рассматриваемом механизме приловов (а только осложняет понимание вопроса). Он никак не зависит от местонахождения (или самого наличия) наблюдателя.
Оба этих космических тела совместно вращаются (с периодичностью около 29 дней) вокруг их общего центра масс ОЦМ , а он сам движется по т.н. "орбите Земли" вокруг Солнца. (Из-за большого ее радиуса условно показана отрезком прямой). Вращение и самой Земли вокруг ОЦМ с лунным (почти месячным) циклом замечать как-то не принято. Правда, к проблеме приливов это почти никакого отношения не имеет. (Но важна справедливость).
Под воздействием силы притяжения Луны земной шар (и расплавленные недра, и земная кора с океанами, и атмосфера) превращается в эллипсоид , вытянутый в направлении Луны (обозначен красным цветом, слева). Ближайшая к Луне точка земной поверхности 1 перемещается в позицию 2.
Отметим, что эта вытянутость в среднем составляет меньше одного метра. Большая разница уровня воды при морских приливах и отливах (в некоторых местах планеты - больше 10 метров) объясняется значительными океанскими массами воды, собранными с расстояний в тысячи километров на относительно небольших по площадям мелководьям.
Правое (по чертежу) возвышение уровня поверхности Земли (т. 2) вызвано непосредственно силой притяжения Луны. Противоположное, левое возвышение вызвано, возможно, спецификой сил поверхностного натяжения шарообразного расплава планеты, на который действует боковая сила. (Твердой уверенности в правильности такого объяснения у автора нет). В случае толстого слоя коры (или полностью остывшего ядра) картина была бы аналогичной уже за счет сил упругости твердых пород планеты.
Другие интерпретаторы объясняют левое возвышение разницей сил тяжести в разных местах деформированного земного шара. В направлении, перпендикулярном линии Земля-Луна, в зоне отлива, поперечник Земли меньше (из-за неизменности общего объема планеты), значит, там сила тяжести наибольшая . А поскольку в среднем по Земле она неизменная, значит, слева - несколько меньшая . Вот поэтому там и образуется левое возвышение (Может быть, верно именно это объяснение).
Так или иначе, в реальной жизни приливы и отливы на Земле чередуются через каждые 6 часов, так что уж картина эллипсоида, вытянутого в обе стороны, не подлежит никакому сомнению.
Из-за сравнительно быстрого вращения Земли вокруг своей оси (линейная скорость движения поверхности вблизи экватора равна примерно 460 м/с) накапливаемая в точке 2 вершина приливного возвышения (не важно, воды или суши!) постоянно уносится с этой скоростью на восток, в точку 3. В точке 2 поверхность вновь несколько приподнимается силой притяжения Луны, но и эта приподнятость вновь уносится в точку 3. Таким образом, реальное положение вершины приливной возвышенности, точка 3, всегда смещена в направлении вращения Земли на угол, равный примерно 2 градусам (на рисунке обозначен красной дугой идущей от т. 2 к т. 3).
Аналогичное приливное возвышение от действия силы притяжения Земли имеется и на твердой Луне. По расчетным данным точка 5 приподнята над уровнем стандартной сферы Луны (точка 4) на 13 метров. Поскольку Луна всегда повернута к земле одной стороной, то положение т. 5 неизменно и для земного наблюдателя, и для наблюдателя, находящегося на самой Луне. (То есть, это фиксированная точка на карте видимой части Луны).
Сила притяжения Луны воздействует не только на всю Землю, но и, в частности, на оба приливные возвышения на Земле. Поскольку левое находится существенно, почти на 13000 км, дальше, то главное воздействие происходит именно на правое возвышение, центр которого находится в т. 3. (Это воздействие преобладающее и решающее, поэтому дальше будем рассматривать только его). Условно оно обозначено силой F1 . Так как ее направление не совпадает с направлением на центр Земли, то оно действует на т. 3 таким образом, чтобы вернуть ее в т. 2 (или хотя бы поближе к ней).
В действительности эту работу (в буквальном смысле слова!) проделывает сила, равная F1, но противоположно ей направленная и приложенная к т. 3. Эта сила имеет вертикальную (на чертеже!) составляющую (Fт ), направленную от т.3 к т.2 .
И эта составляющая конкретно и реально тормозит вращение Земли! За счет этого продолжительность земных суток ежегодно увеличивается на 2.10^(-5) сек. Вроде бы, совсем немного. Но что будет, например, через миллион лет? Сутки увеличатся на 20 сек.
А через несколько миллиардов лет?
Открытие Плутона случилось в 1930 году . Но спустя 76 лет МАС лишил этот объект права называться планетой и перевёл его в ранг планет-карликов. Теперь считается, что Плутон, подобно Эриде, лишь один из наиболее крупных нептуноидов, населяющих пояс Койпера.
А в 1978 году был определён и главный его спутник - Харон . Открыли его при изучении фотопластинок, изображающих Плутон. На одной из пластинок у планеты появился горб, оказавшийся при рассмотрении планетой.
Первоначально Харон был наименован спутником Плутона, но теперь считается, что это двойная планета . Их общий центр тяжести расположен вне главной планеты. Это уникальный вид взаимодействия. Также необычно, что они обращены к визави всегда одной стороной.
Но на самом деле это еще не утверждено …
Двойная планета — термин в астрономии, который используется для обозначения бинарной системы, состоящей из двух астрономических объектов, каждый из которых удовлетворяет определению планеты и является достаточно массивным, чтобы оказывать гравитационный эффект, превосходящий гравитационный эффект звезды, вокруг которой они вращаются.
По состоянию на 2010 год, официально в Солнечной системе нет систем, классифицируемых как «двойная планета». Одно из неофициальных требований состоит в том, чтобы обе планеты вращались вокруг общего центра масс, именуемого также барицентром, который должен находиться над поверхностью этих планет.
Харон
Диаметр Харона - 1205 км - немногим более половины плутонианского, а массы их соотносятся как 1: 8. Это самый крупный спутник в Солнечной системе в сопоставлении со своей планетой . Расстояние между объектами очень маленькое - 19,6 тысяч км., а период обращения сателлита - около недели.
С 1985 по 1990 годы наблюдались достаточно нечастые явления: затмения. Они были попеременны: вначале одна планета затмевает другую, потом наоборот. Такие затмения имеют цикличность 124 года.
Анализ отраженного света позволяет заключить, что на поверхности Харона - слой водного льда, в отличие от метаново-азотного у Плутона. По данным обсерватории Джемини, на Хароне найдены гидрат аммиака и водяные кристаллы. Это делает вероятным существование криогейзеров.
Необычные, по сравнению с другими планетами Солнечной системы, параметры орбит планетарной пары и их скромные размеры рождают у учёных гипотезы об их происхождении. Считается, что планеты образовались в поясе Койпера, и уже оттуда были вырваны гравитацией планет-гигантов.
Другая гипотеза предполагает образование системы после столкновения уже состоявшегося Плутона с прото-Хароном. Из выброшенных обломков и образовался нынешний спутник. И теперь они вместе, Плутон и Харон — далёкая окраина Солнечной системы.
Как было упомянуто выше, система Плутон-Харон удовлетворяет определению двойной планеты. На настоящий момент это единственные тела в Солнечной системе, которые могут претендовать на такой статус.
Согласно проекту Резолюции 5 XXVI Генеральной ассамблеи МАС (2006) Харону предполагалось присвоить статус планеты. В примечаниях к проекту резолюции указывалось, что в таком случае Плутон—Харонбудет считаться двойной планетой. Основанием для этого служил тот факт, что каждый из объектов может считаться карликовой планетой, а их общий центр масс лежит в открытом пространстве. Однако на этой же ассамблее МАС ввёл определение понятий «Планета» и «Карликовая планета». Согласно введённым определениям Плутон классифицируется как карликовая планета, а Харон — его спутник, хотя в дальнейшем такое решение может быть пересмотрено
По мере того, как космический аппарат New Horizons продолжает свое путешествие к внешней границе Солнечной Системы, его цель - которая находится в поясе Койпера - становится ярче и четче. Новые снимки, сделанные благодаря камере LORRI (Long Range Reconnaissance Imager), ясно показывают Плутон и самый большой из его спутников - Харон - связанными в тесном орбитальном танце. Два объекта разделяет расстояние всего чуть более 18 000 километров.
Эти снимки, на которых показано, как Харон вращается вокруг Плутона, являются рекордсменами в смысле расстояния, с которого они сделаны: в 10 раз меньшего, чем расстояние от Плутона до Земли.
Мы уже видели снимки Плутона и Харона, однако, на этой анимации можно увидеть кое-что еще.
За 5 дней LORRI сделал 12 снимков системы Плутон-Харон, за это время Харон почти полностью совершил 1 оборот вокруг Плутона. Однако, по мере того, как Харон вращается по орбите, можно наблюдать отчетливые колебания позиции Плутона. Масса Харона (примерно 12 процентов от массы Плутона) оказывает сильное гравитационное влияние на Плутон, очень отчетливо оттягивая его “от центра” . Следовательно, оба объекта вращаются вокруг воображаемой точки над поверхностью Плутона. Эта точка называется центром тяжести системы Плутон-Харон.
Сравнительные размеры транснептуновых объектов по сравнению с Землей.
Это совершенно нетипичная ситуация для планет Солнечной Системы - лишь двойные системы астероидов могут иметь барицентры (центры тяжести) вне самих объектов. В результате, многие ученые пришли к выводу, что Харон нужно признать самостоятельной планетой, или же обозначить систему «Плутон-Харон» как двойную планету.
В 2012 году была опубликована статья, в которой указывалось, что четыре других спутника Плутона на самом деле не вращаются вокруг него. Они следуют по орбите вокруг центра тяжести системы Плутон-Харон, то есть являются спутниками Плутона и Харона, а не одного Плутона!
Однако, международная организация, которая занимается классификацией небесных объектов, должна еще раз исследовать этот факт. Скорее всего, Международному Астрономическому Союзу необходимо будет провести повторное исследование системы Плутона и Харона, особенно после того, как в следующем году будут получены снимки с близкого расстояния.
Две планеты сходного с земным размера, которые вращаются одна вокруг другой, возможно, существуют возле далеких звезд, заявляют исследователи.Большинство планет в нашей системе обладают собственными спутниками. Наши соседи такие как Сатурн и Юпитер, например, обладают более чем семьюдесятью спутниками. Не глядя на это, эти спутники, как правило, гораздо меньше, чем их планеты – Земля практически в четыре раза больше своего спутника и более чем в восемьдесят раз тяжелее.Однако, существуют и такие спутники размеры которых сопоставимы с размерами других планет. Например, Ганимед, самый большой спутник Юпитера, больше чем Меркурий, и составляет три четверти диаметра Марса. Кроме того, в нашей родной системе есть спутники по своим размерам сопоставимые с размерами их собственных планет. Самый большой спутник Плутона, Харон, составляет около половины диаметра своего карликового хозяина. В результате этого возникает довольно интересный вопрос, могут ли во вселенной существовать планеты имеющие одинаковый размер, которые бы обращались одна вокруг другой.
Двойные звезды – звезды вращающиеся друг возле друга, довольно распространенное явление в нашем Млечном пути. У большинства из этих двойных систем, как известно, даже имеются экзопланеты, которые можно назвать мирами с двумя солнцами. Также в нашей Солнечной системе известны двойные астероиды. Тем не менее существование,двойных планет, размеры которых могли бы сравниться с земными, в настоящее время встречается только в фантастических предположениях.Одним из возможных способов формирования двойных планет может быть тот случай когда две планеты, обращающиеся вокруг звезды в определенный момент своего существования сблизились на расстояние достаточное для их гравитационного взаимодействия.Чтобы убедиться, что такого рода системы возможны, исследователи, при помощи компьютерной программы, смоделировали два скалистых объекта, величиной с Землю, расположенных на маленьком по космическим меркам расстоянии. В своей работе исследователи изменяли массу, скорость и траектории сближения планет. В итоге учеными было создано около двух десятков моделей.
Не глядя на это, эти модели зачастую приводили к столкновению планет, в результате чего они соединялись превращаясь в одну большую по размерам планету. Порой после столкновения возле новой планеты образовывался диск из материалов выброшенных на орбиту из которых затем формировался спутник. Также были получены модели в которых планеты после скользящего столкновения на большой скорости, получали небольшие повреждения и просто улетали в противоположные стороны, а порой даже были выброшены за пределы своей звездной системы.Тем не менее, приблизительно в одной трети всех моделей удалось получить двойные планеты. В этих моделях планеты сближались довольно медленно и избежали столкновений.Эти двойные планеты обращаются довольно близко одна к одной, они удалены всего лишь на расстояние составляющее примерно половину диаметра планет. Со течением времени, скорость обращения вокруг своей оси у обеих планет выравнивается. В результате такого "выравнивания" планеты всегда смотрят одна на другую одним и тем же боком.Такие двойные системы могут существовать в течение многих миллиардов лет, говорят исследователи, если они располагаются на расстоянии хотя бы 0,4 а.е. от своей звезды, поскольку на таком расстоянии гравитация звезды не сможет нарушить их взаимодействие.