Например, что такое электрический ток - есть множество определений, но ни одно из них не описывает его механизм в точности, без двусмысленности и неопределенности.
С другой стороны, электротехника достаточно сильно развитая наука, в которой с помощью математических формул подробно описываются любые электрические процессы.
Так вот почему бы не показать подобные процессы с помощью этих самых формул и компьютерной графики.
Но сегодня рассмотрим действие более простого процесса, чем электричество - силу тяготения. Казалось бы, что там сложного, ведь закон всемирного тяготения изучают в школе, но тем не менее… Математика описывает процесс так, как он проходит в идеальных условиях, в некоем виртуальном пространстве, где нет никаких ограничений.
В жизни обычно все не так и на рассматриваемый процесс непрерывно накладывается множество различных обстоятельств, незаметных или несущественных на первый взгляд.
Знать формулу и понимать её действие - это немножко разные вещи.
Итак, сделаем небольшой шаг к пониманию закона тяготения. Сам закон прост - сила тяготения прямо пропорциональна массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, но сложность заключается в невообразимом количестве взаимодействующих объектов.
Да, будем рассматривать только силу тяготения, так сказать, в полном одиночестве, что конечно неверно, но в данном случае допустимо, так как это просто способ показать невидимое.
И еще, в статье есть код JavaScript, т.е. все рисунки на самом деле нарисованы с помощью Canvas, поэтому целиком статью можно взять .
Отображение возможностей гравитации в Солнечной системе
В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками массы m 1 и m 2 , разделёнными расстоянием r , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния - то есть:где G - гравитационная постоянная, равная примерно 6,67384×10 -11 Н×м 2 ×кг -2 .
Но мне бы хотелось бы видеть картинку изменения силы тяготения по всей солнечной системе, а не между двумя телами. Поэтому массу второго тела m 2 возьмем равной 1, а массу первого тела обозначим просто m . (То есть, представляем объекты в виде материальной точки - размером в один пиксел, а силу притяжения измеряем относительно другого, виртуального объекта, назовем его «пробным телом», с массой 1 килограмм.) При этом формула будет иметь вид:
Теперь, вместо m подставляем массу интересующего тела, а вместо r перебираем все расстояния от 0 до значения орбиты последней планеты и получим изменение силы тяготения в зависимости от расстояния.
При наложении сил от разных объектов выбираем большую по величине.
Далее, выражаем эту силу не в цифрах, а в соответствующим им оттенках цвета. При этом получится наглядная картинка распределения гравитации в солнечной системе. То есть в физическом смысле, оттенок цвета будет соответствовать весу тела массой 1 килограмм в соответствующей точке солнечной системы.
Следует заметить, что:
- сила тяготения всегда положительна, не имеет отрицательных значений, т.е. масса не может быть отрицательной
- сила тяготения не может быть равна нулю, т.е. объект либо существует с какой-то массой, либо не существует вообще
- силу тяготения нельзя ни заэкранировать, ни отразить (как луч света зеркалом).
Давайте теперь рассмотрим как отобразить величины силы тяготения цветом.
Чтобы показать числа цветом нужно создать массив в котором индекс был бы равен числу, а значением являлось значение цвета в системе RGB.
Вот градиент цвета от белого к красному, затем желтому, зеленому, синему, фиолетовому и черному. Всего получилось 1786 оттенков цвета.
Количество цветов не так уж и велико, их просто не хватит для отображения всего спектра сил тяготения. Ограничимся силами тяготения от максимальной - на поверхности Солнца и минимальной - на орбите Сатурна. То есть, если силу притяжения на поверхности Солнца (270,0 Н) обозначить цветом, находящимся в таблице под индексом 1, то сила притяжения к Солнцу на орбите Сатурна (0,00006 Н) будет обозначена цветом, с индексом далеко за 1700. Так что все равно цветов не хватит для равномерного выражения величин силы тяготения.
Для того чтобы было хорошо видно самые интересные места в отображаемых силах притяжения нужно чтобы величинам силы притяжения меньше 1Н соответствовали большие изменения цвета, а от 1Н и выше, соответствия не так интересны - видно что сила притяжения, скажем Земли, отличается от притяжения Марса или Юпитера, да и ладно. То есть, цвет не будет пропорционален величине силы притяжения, иначе мы «потеряем» самое интересное.
Для приведения значения силы притяжения к индексу таблицы цвета воспользуемся следующей формулой:
Да, это та самая гипербола, известная ещё со средней школы, только предварительно из аргумента извлечен квадратный корень. (Взято чисто «от фонаря», только для того, чтобы уменьшить соотношение между самым большим и самым маленьким значениями силы притяжения.)
Посмотрите как распределятся цвета в зависимости от притяжения Солнца и планет.
Как видите на поверхности Солнца наше пробное тело будет весить около 274Н или 27,4 кГс, так как 1 Н = 0,10197162 кгс = 0,1 кгс. А на Юпитере почти 26Н или 2,6 кгс, на Земле наше пробное тело весит около 9,8Н или 0,98кгс.
В принципе, все эти цифры очень-очень приблизительные. Для нашего случая это не очень важно, нам нужно превратить все эти значения силы притяжения в соответствующие им значения цвета.
Итак, из таблицы видно, что максимальная величина силы притяжения равна 274Н, а минимальная 0,00006Н. То есть разнятся более чем в 4,5 миллиона раз.
Также видно что все планеты получились почти одного цвета. Но это неважно, важно что будет хорошо видно границы притяжения планет, так как силы притяжения малых значений достаточно хорошо изменяются по цвету.
Конечно, точность невелика, но нам и нужно просто получить общее представление о силах гравитации в Солнечной системе.
Теперь «расставим» планеты в места, соответствующие их удалению от Солнца. Для этого к полученному градиенту цвета нужно приделать какое-то подобие шкалы расстояний. Кривизну орбит, я думаю, можно не учитывать.
Но как всегда космические масштабы, в прямом смысле этих слов, не дают увидеть картинку целиком. Смотрим, Сатурн находится приблизительно в 1430 миллионах километров от Солнца, индекс соответствующий цвету его орбиты равен 1738. Т.е. получается в одном пикселе (если брать в этом масштабе один оттенок цвета равен одному пикселу) приблизительно 822,8 тысяч километров. А радиус Земли приблизительно 6371 километр, т.е. диаметр 12742 километра, где-то в 65 раз меньше одного пиксела. Вот и как тут соблюдать пропорции.
Мы пойдем другим путем. Так как нам интересна гравитация околопланетного пространства, то будем брать планеты по отдельности и раскрашивать их и пространство вокруг них цветом, соответствующим гравитационным силам от них самих и Солнца. Например, возьмем Меркурий - радиус планеты 2,4 тыс. км. и приравняем его к кругу диаметром 48 пикселов, т.е. в одном пикселе будет 100 км. Тогда Венера и Земля будут соответственно 121 и 127 пикселов. Вполне удобные размеры.
Итак, делаем картинку размером 600 на 600 пикселов, определяем значение силы притяжения к Солнцу на орбите Меркурия плюс/минус 30000 км (чтобы планета получилась в центре картинки) и закрашиваем фон градиентом оттенков цвета соответствующим этим силам.
При этом, для упрощения задачи, закрашиваем не дугами, соответствующего радиуса, а прямыми, вертикальными линиями. (Грубо говоря, наше «Солнце» будет «квадратным» и всегда будет находиться на левой стороне.)
Для того, чтобы цвет фона не просвечивался сквозь изображение планеты и зоны притяжения к планете, определяем радиус окружности, соответствующей зоне, где притяжение к планете больше притяжения к Солнцу и закрашиваем её в белый цвет.
Затем в центр картинки помещаем круг, соответствующий диаметру Меркурия в масштабе (48 пикселов) и заливаем его цветом, соответствующим силе притяжения к планете на её поверхности.
Далее от планеты закрашиваем градиентом в соответствии с изменением силы притяжения к ней и при этом постоянно сравниваем цвет каждой точки в слое притяжения к Меркурию с точкой с такими же координатами, но в слое притяжения к Солнцу. Когда эти значения становятся равными, делаем этот пиксел черным и дальнейшее закрашивание прекращаем.
Таким образом получим некую форму видимого изменения силы притяжения планеты и Солнца с четкой границей между ними черного цвета.
(Хотелось сделать именно так, но… не получилось, не смог сделать попиксельное сравнение двух слоев изображения.)
По расстоянию 600 пикселов равны 60 тыс. километров (т.е. один пиксел - 100 км).
Сила притяжения к Солнцу на орбите Меркурия и возле него изменяется лишь в небольшом диапазоне, который в нашем случае обозначается одним оттенком цвета.
Итак, Меркурий и сила тяготения в окрестностях планеты.
Сразу следует отметить, что восемь малозаметных лучей это дефекты от рисования окружностей в Canvas. Они не имеют никакого отношения к обсуждаемому вопросу и их следует просто не замечать.
Размеры квадрата 600 на 600 пикселей, т.е. это пространство в 60 тыс. километров. Радиус Меркурия 24 пиксела - 2,4 тыс. км. Радиус зоны притяжения 23,7 тыс. км.
Круг в центре, который почти белого цвета, это сама планета и её цвет соответствует весу нашего килограммового пробного тела на поверхности планеты - около 373 грамм. Тонкая окружность синего цвета показывает границу между поверхностью планеты и зоной, в которой сила тяготения к планете превышает силу тяготения к Солнцу.
Далее цвет постепенно изменяется, становится все более красным (т.е. вес пробного тела уменьшается) и наконец, становится равным цвету, соответствующему силе притяжения к Солнцу в данном месте, т.е. на орбите Меркурия. Граница между зоной где сила притяжения к планете превышает силу притяжения к Солнцу также отмечена синей окружностью.
Как видите, ничего сверхъестественного нет.
Но в жизни несколько другая картина. Например, на этом и всех остальных изображениях, Солнце находится слева, значит на самом деле, область притяжения планеты должна быть немного «сплющена» слева и вытянута справа. А на изображении - окружность.
Конечно, лучшим вариантом было бы попиксельное сравнение области притяжения к Солнцу и области притяжения к планете и выбор (отображение) большей из них. Но на такие подвиги ни я, как автор этой статьи, ни JavaScript не способны. Работа с многомерными массивами не является приоритетной для данного языка, зато его работу можно показать практически в любом браузере, что и решило вопрос применения.
Да и в случае Меркурия, и всех остальных планет земной группы, изменение силы притяжения к Солнцу не так велико, чтобы отобразить его имеющимся набором оттенков цвета. А вот при рассмотрении Юпитера и Сатурна изменение силы притяжения к Солнцу очень даже заметно.
Венера
Собственно, все тоже самое что и у предыдущей планеты, только размер Венеры и её масса значительно больше, а сила притяжения к Солнцу на орбите планеты меньше (цвет более темный, вернее, более красный), а планета большей массы, поэтому цвет диска планеты более светлый.Для того чтобы на рисунке 600 на 600 пикселов поместилась планета с зоной притяжения пробного тела массой 1 кг уменьшим масштаб в 10 раз. Теперь в одном пикселе 1 тысяча километров.
Земля+Луна
Чтобы показать Землю и Луну изменить масштаб в 10 раз (как в случае с Венерой) недостаточно, нужно увеличить и размер картинки (радиус орбиты Луны 384,467 тыс. км). Картинка получится размером 800 на 800 пикселей. Масштаб - в одном пикселе 1 тысяча километров (хорошо понимаем что ошибочность картинки ещё больше увеличится).
На картинке четко видно что зоны притяжения Луны и Земли разделены зоной притяжения к Солнцу. То есть, Земля и Луна это система из двух равнозначных планет с разной массой.
Марс с Фобосом и Деймосом
Масштаб - в одном пикселе 1 тысяча километров. Т.е. как Венера, и Земля с Луной. Помним, что расстояния пропорциональны, а отображение силы тяжести нелинейно.
Вот, сразу видно коренное отличие Марса со спутниками от Земли с Луной. Если Земля и Луна являются системой двух планет и, несмотря на разные размеры и массы, выступают как равные партнеры, то спутники Марса находятся в зоне силы притяжения Марса.
Сама планета и спутники практически «потерялись». Белая окружность это орбита дальнего спутника - Деймоса. Увеличим в 10 раз масштаб для лучшего просмотра. В одном пикселе 100 километров.
Эти «жуткие» лучи от Canvas достаточно сильно портят картинку.
Размеры Фобоса и Деймоса непропорционально увеличены в 50 раз, иначе их совсем не видно. Цвет поверхностей этих спутников также не логичен. На самом деле сила притяжения на поверхностях этих планетах меньше силы притяжения к Марсу на их орбитах.
То есть, с поверхностей Фобоса и Деймоса притяжением Марса «сдувает» все. Поэтому цвет их поверхностей должен быть равен цвету на их орбитах, но только для того чтобы было лучше видно, диски спутников окрашены в цвет силы притяжения при отсутствии силы притяжения к Марсу.
Эти спутники должны быть просто монолитны. Кроме того, раз уж на поверхности нет силы притяжения, значит они не могли сформироваться в таком виде, то есть и Фобос и Деймос раньше были частями какого-то другого, большего объекта. Ну или, как минимум, находились в другом месте, с меньшей силой притяжения, чем в зоне притяжения Марса.
Например, вот Фобос . Масштаб - в одном пикселе 100 метров.
Поверхность спутника обозначена синей окружностью, а сила притяжения всей массы спутника белой окружностью.
(На самом деле форма небольших небесных тел Фобоса, Деймоса и т.д. далеко не шарообразна)
Цвет кружка в центре соответствует силе притяжения массы спутника. Чем ближе к поверхности планеты, тем меньше сила притяжения.
(Здесь опять допущена неточность. На самом деле белая окружность - это граница, где сила притяжения к планете становится равной силе притяжения к Марсу на орбите Фобоса.
То есть, цвет снаружи от этой белой окружности должен быть таким же как и снаружи от синей окружности, обозначающей поверхность спутника. А вот показанный переход цвета должен быть внутри белой окружности. Но тогда вообще ничего не будет видно.)
Получается как бы рисунок планеты в разрезе.
Целостность планеты определяется только прочностью материала, из которого состоит Фобос. При меньшей прочности у Марса были бы кольца как у Сатурна, от разрушения спутников.
Да и похоже, что распад космических объектов не такое уж исключительное событие. Вот даже космический телескоп «Хаббл» «засёк» подобный случай.
Распад астероида P/2013 R3, который находится на расстоянии более 480 миллионов километров от Солнца (в поясе астероидов, дальше Цереры). Диаметр четырех крупнейших фрагментов астероида достигает 200 метров, их общая масса составляет около 200 тысяч тонн.
А это Деймос
. Все тоже, что и у Фобоса. Масштаб - в одном пикселе 100 метров. Только планета поменьше и соответственно полегче, а также находится дальше от Марса и сила притяжения к Марсу здесь поменьше (фон картинки потемнее, т.е. более красный).
Церера
Ну Церера ничего особенного не представляет, за исключением раскраски. Сила притяжения к Солнцу здесь меньше, поэтому цвет соответствующий. Масштаб - в одном пикселе 100 километров (такой же как на картинке с Меркурием).Маленькая синяя окружность это поверхность Цереры, а большая синяя - граница, где сила притяжения к планете становится равной силе притяжения к Солнцу.
Юпитер
Юпитер очень велик. Вот картинка размером 800 на 800 пикселей. Масштаб - в одном пикселе 100 тысяч километров. Это чтобы показать область притяжения планеты целиком. Сама планета - маленькая точка в центре. Спутники не показаны.Показана только орбита (внешняя окружность белого цвета) самого дальнего спутника - S/2003 J 2.
У Юпитера 67 спутников. Самые крупные Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.
Самый дальний спутник - S/2003 J 2 совершает полный оборот вокруг Юпитера на расстоянии в среднем 29 541 000 км. Его диаметр около 2 км, масса - около 1,5×10 13 кг. Как видите, она выходит далеко за пределы сферы тяготения планеты. Это можно объяснить ошибками в вычислениях (все-таки сделано довольно много усреднений, округлений и отбрасывания некоторых деталей).
Хотя имеется способ вычисления границы гравитационного влияния Юпитера, определямый сферой Хилла , радиус которой определяется формулой
где a jupiter и m jupiter большая полуось эллипса и масса Юпитера, а M sun масса Солнца. Таким образом получается радиус округлённо 52 миллиона км. S/2003 J 2 отдаляется на эксцентрической орбите на расстояние до 36 миллионов км от Юпитера
У Юпитера также имеется система колец из 4 основных компонентов: толстый внутренний тор из частиц, известный как «кольцо-гало»; относительно яркое и тонкое «Главное кольцо»; и два широких и слабых внешних кольца - известных как «паутинные кольца», называющиеся по материалу спутников - которые их и формируют: Амальтеи и Фивы.
Кольцо-гало с внутренним радиусом 92000 и внешним 122500 километров.
Главное кольцо 122500-129000 км.
Паутинное кольцо Амальтеи 129000-182000км.
Паутинное кольцо Фивы 129000-226000 км.
Увеличим картинку в 200 раз, в одном пикселе 500 километров.
Вот кольца Юпитера. Тонкая окружность - поверхность планеты. Далее идут границы колец - внутренняя граница кольца-гало, внешняя граница кольца-гало и она же внутренняя граница главного кольца и т.д.
Маленький кружок в левом верхнем углу - область, где сила притяжения спутника Юпитера Ио становится равной силе притяжения Юпитера на орбите Ио. Сам спутник в этом масштабе просто не виден.
В принципе, большие планеты со спутниками нужно рассматривать отдельно, так как перепад значений сил гравитации очень велик, как велики и размеры области притяжения планеты. Вследствие этого все интересные подробности просто теряются. А рассматривать картинку с радиальным градиентом не имеет особого смысла.
Сатурн
Картинка размером 800 на 800 пикселей. Масштаб - в одном пикселе 100 тысяч километров. Сама планета - маленькая точка в центре. Спутники не показаны.Четко видно изменение силы притяжения к Солнцу (помним что Солнце слева).
У Сатурна известно 62 спутника. Крупнейшие из них - Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет.
Самый дальний спутник - Форньот (временное обозначение S/2004 S 8). Также обозначается как Сатурн XLII. Средний радиус спутника около 3 километров, масса 2,6×10 14 кг, большая полуось 25146000 км.
Кольца у планет появляются только на значительном удалении от Солнца. Первая такая планета - Юпитер. Имея массу и размеры большие чем у Сатурна, его кольца не так впечатляют как кольца Сатурна. То есть, размеры и масса планеты для образования колец имеют меньшее значение, чем отдаленность от Солнца.
Зато смотрите дальше, пара колец окружает астероид Харикло (10199 Chariklo) (диаметр астероида около 250 километров), который вращается вокруг Солнца между Сатурном и Ураном.
Википедия о астероиде Харикло
Система колец состоит из плотного внутреннего кольца шириной в 7 км и внешнего кольца шириной в 3 км. Расстояние между кольцами около 9 км. Радиусы колец 396 и 405 км соответственно. Харикло является наименьшим объектом, у которого были открыты кольца.
Тем не менее, сила тяготения имеет к кольцам только опосредованное отношение.
На самом деле, кольца появляются от разрушения спутников, которые состоят из материала недостаточной прочности, т.е. не каменные монолиты типа Фобоса или Деймоса, а смерзшиеся в одно целое куски породы, льда, пыль и прочий космический мусор.
Вот его и утаскивает своим тяготением планета. Подобный спутник, не имеющий собственного притяжения (вернее имеющий силу собственного притяжения меньше силы притяжения к планете на своей орбите) летит по орбите оставляя после себя шлейф разрушенного материала. Так и образуется кольцо. Далее, под действием силы притяжения к планете, этот обломочный материал приближается к планете. То есть, кольцо расширяется.
На каком-то уровне, сила притяжения становится достаточно большой, чтобы скорость падения этих обломков увеличилась, и кольцо исчезает.
Послесловие
Цель публикации статьи - возможно кто-то, обладающий знаниями в программировании, заинтересуется данной темой и сделает более качественную модель гравитационных сил в Солнечной системе (да-да, трехмерную, с анимацией.А может быть даже сделает так, чтобы орбиты были не фиксированы, а также рассчитывались - это ведь тоже возможно, орбита будет местом, где сила притяжения будет компенсирована центробежной силой.
Получится почти как в жизни, как самая настоящая Солнечная система. (Вот где можно будет создать космическую стрелялку, со всеми тонкостями космической навигации в поясе астероидов. С учетом сил, действующих по реальным физическим законам, а не среди рисованной графики.)
И это будет прекрасный учебник физики, которую будет интересно изучать.
P.S. Автор статьи обычный человек:
не физик,
не астроном,
не программист,
не имеет высшего образования.
На других планетах,почему она возникает, для чего нужна, а также воздействие ее на различные организмы.
Космос
О путешествиях к звездам люди мечтали издревле, начиная с тех времен, когда первые астрономы рассмотрели в примитивные телескопы иные планеты нашей системы и их спутники, а значит, по их мнению, они могли быть обитаемы.
С тех пор прошло много веков, но увы, межпланетные и тем более полеты к другим звездам невозможны и сейчас. А единственным внеземным объектом, где побывали исследователи, является Луна. Но уже в начале XX века ученые знали, что сила тяжести на других планетах отличается от нашей. Но почему? Что она собой представляет, отчего возникает и может ли быть губительной? Эти вопросы мы и разберем.
Немного физики
Еще разработал теорию, согласно которой любые два объекта испытывают взаимную силу притяжения. В масштабах космоса и Вселенной в целом подобное явление проявляется очень явственно. Наиболее яркий пример - это наша планета и Луна, которая именно благодаря гравитации и вращается вокруг Земли. Видим проявление гравитации мы и в повседневной жизни, просто привыкли к нему и совсем не обращаем внимание. Это так называемая Именно из-за нее мы не парим в воздухе, а спокойно ходим по земле. Также она способствует удержанию нашей атмосферы от постепенного улетучивания в космос. У нас она составляет условные 1 G, но какая сила тяжести на других планетах?
Марс
Марс наиболее похож по физическим данным на нашу планету. Конечно, жить там проблематично из-за отсутствия воздуха и воды, но он находится в так называемой зоне обитаемости. Правда, весьма условно. На нем нет ужасающей жары как на Венере, многовековых бурь как на Юпитере, и абсолютного холода как на Титане. И ученые последние десятилетия все не оставляют попыток придумать методы его терраформирования, создания пригодных для жизни условий без скафандров. Однако каково такое явление как сила тяжести на Марсе?Она составляет 0,38 g от земной, это примерно в два раза меньше. Это значит, что на красной планете можно скакать и прыгать гораздо выше, чем на Земле, и все тяжести весить будут также значительно меньше. И этого вполне достаточно для удержания не только его нынешней, «хилой» и жидкой атмосферы, но и гораздо более плотной.
Правда, говорить о терраформации пока рано, ведь для начала нужно хотя бы просто высадиться на него и наладить постоянные и надежные полеты. Но все же сила тяжести на Марсе вполне пригодна для обитания будущих поселенцев.
Венера
Еще одной самой близкой к нам планетой (кроме Луны) является Венера. Это мир с чудовищными условиями и невероятно плотной атмосферой, заглянуть за которую долгое время никому не удавалось. Ее наличие, кстати, открыл не кто иной как Михаил Ломоносов.
Атмосфера является причиной парникового эффекта и ужасающей средней температуры на поверхности в 467 градусов по Цельсию! На планете постоянно выпадают осадки из серной кислоты и кипят озера жидкого олова. Такая вот негостеприимная Сила тяжести ее составляет 0,904 G от земной, что почти идентично.
Она также является кандидатом на терраформирование, а впервые ее поверхности достигла советская исследовательская станция 17 августа 1970 года.
Юпитер
Еще одна планета Солнечной системы. Вернее, газовый гигант, состоящий в основном из водорода, который ближе к поверхности из-за чудовищного давления становится жидким. По подсчетам кстати, в его глубинах вполне возможно однажды вспыхнет и у нас будет два солнца. Но если это и произойдет, то, мягко говоря, нескоро, так что беспокоиться не следует. Сила тяжести на Юпитересоставляет 2,535 g относительно земной.
Луна
Как уже говорилось, единственным объектом нашей системы (кроме Земли), где побывали люди, является Луна. Правда, до сих пор не утихают споры, были ли те высадки реальностью или мистификацией. Тем не менее из-за ее малой массы сила тяжести на поверхности составляет всего 0,165 g от земной.
Влияние силы притяжения на живые организмы
Сила притяжения также оказывает различные воздействия на живых существ. Попросту говоря, когда будут открыты другие обитаемые миры, мы увидим, что их обитатели сильно отличаются друг от друга в зависимости от массы их планет. К примеру, будь Луна обитаема, то ее населяли бы очень высокие и хрупкие существа, и наоборот, на планете массой с Юпитер жители были бы очень низкие, крепкие и массивные. А иначе на слабых конечностях в таких условиях попросту не выживешь при всем желании.
Сила притяжения сыграет важную роль и при будущей колонизации того же Марса. Согласно законам биологии, если чем-то не пользуешься, то это постепенно атрофируется. Космонавтов с борта МКС на Земле встречают с креслами на колесах, так как в невесомости их мышцы задействованы очень мало, и даже регулярные силовые тренировки не помогают. Так что потомство колонистов на других планетах будет как минимум выше и физически слабее своих предков.
Так что мы разобрались с тем, какая сила тяжести на других планетах.
21 марта 2016 года NASA представило на своем сайте новую наиболее подробною на сегодняшний день карту гравитации Марса, позволяющую заглянуть в скрытый интерьер Красной планеты.
«Гравитационные карты позволяют нам заглянуть внутрь планеты, подобно рентгену, который использует врач, чтобы увидеть внутренности пациента. Новая гравитационная карта будет полезна для будущего исследования Марса, потому что знания о гравитационных аномалиях помогут будущим миссиям более точно выходить на орбиту планеты. Кроме того, улучшенное разрешение нашей карты поможет понять тайны формирования некоторых регионов Марса», – сказал Антонио Дженова из Массачусетского технологического института, ведущий автор публикации об исследовании.
Улучшенная гравитационная карта предлагает новое объяснение того, как формируются некоторые особенности границы, отделяющей относительно пологие северные низменности от сильно кратерированного южного нагорья. Также команда исследователей путем анализа приливов в марсианской коре и мантии, вызванных гравитационным притяжением Солнца и двух спутников, подтвердила, что Марс имеет жидкое внешнее каменное ядро. И, наконец, наблюдая за изменением гравитации Марса в течение последних 11 лет, команда обнаружила огромное количество углекислого газа, который вымораживается из атмосферы над марсианскими полярными шапками в зимний период.
Карта марсианской гравитации. Взгляд на Северный полюс. Белым и красным цветом обозначены регионы с наибольшей гравитацией. Синий цвет обозначает районы с более низкой гравитацией. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
Карта была получена с помощью сети из трех космических аппаратов, кружащих на орбите Марса: Mars Global Surveyor (MGS), Mars Odyssey (ODY) и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Как и на других планетах, сила притяжения Марса ощущается космическими аппаратами, и их орбита немного изменяется. Например, притяжение над горой будет немного сильнее, а над каньоном – чуть слабее.
Незначительные изменения траектории полетов аппаратов фиксировались и отсылались на Землю. Именно эти колебания использовались для построения карты гравитационного поля Красной планеты.
Карта марсианской гравитации. Взгляд на Южный полюс. Белым и красным цветом обозначены регионы с наибольшей гравитацией. Синий цвет обозначает районы с более низкой гравитацией. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
«С новой картой мы смогли увидеть малые гравитационные аномалии около 100 километров в поперечнике. Мы определили мощность коры Марса с разрешением примерно 120 километров. Лучшее разрешение поможет интерпретировать, как кора планеты изменялась во многих регионах за марсианскую историю», – добавил Антонио Дженова.
Например, область с более низкой гравитацией между Acidalia Planitia и Tempe Terra объясняется системой подземных каналов, которые доставили воду и отложения из южного нагорья к северной низменности миллиарды лет назад, когда марсианский климат был влажным.
Карта марсианской гравитации, показывающая вулканический регион Tharsis. Синие регионы с наименьшей гравитацией могут быть трещинами в литосфере Марса. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
Альтернативное объяснение этой аномалии заключается в том, что она может быть связана с прогибом или изгибом литосферы, внешнего слоя Марса, в связи с образованием области Tharsis. Эта область представляет собой вулканическое плато, простирающееся на тысячи километров и содержащее крупнейшие вулканы в Солнечной системе. Когда вулканы росли, литосфера прогибалась под их огромным весом.
Новая гравитационная карта позволила команде подтвердить мнение, что Марс имеет внешнее жидкое каменное ядро, а также уточнить измерения марсианских приливов и отливов.
Изменения в марсианской гравитации ранее измерялись миссиями MGS и ODY по наблюдению за полярными льдами. MRO был впервые применен для мониторинга массы планеты. Ученые определили, что в зимний период из атмосферы вымораживается 3-4 триллиона тонн углекислого газа, из которого и формируются полярные шапки. Это примерно от 12 до 16 процентов массы всей атмосферы Марса.
Радиация
Самой серьезной проблемой на Марсе является отсутствие магнитного поля, защищающего от солнечной радиации. Магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разреженной атмосферой это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения.
Радиационный фон на орбите Марса в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции. Средняя доза составила примерно 220 миллирадов в день. Объем облучения, полученного в результате пребывания в таком фоне на протяжении трех лет, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов.
Невесомость
На Марсе гравитация (притяжение) составляет всего 38% от земной (0,38 g). Степень влияния гравитации на здоровье людей при ее изменении от невесомости до 1 g не изучена, однако ничего хорошего ученые от нее не ждут. На земной орбите предполагается провести эксперимент на мышах с целью исследования влияния марсианской силы притяжения на жизненный цикл млекопитающих, тогда вопрос будет лучше прояснен.
Метеоритная опасность
Из-за своей разреженной атмосферы Марс гораздо в большей степени, чем Земля, подвержен метеоритной угрозе. В связи с этим гости Красной планеты рискуют попасть под метеоритный дождь, по сравнению с которым инцидент в Челябинске покажется детским лепетом. Поэтому и становится особенно актуальной проблема защиты строительной техники в том числе. В том числе придется решить проблему защиты строительных вышек тур http://www.versona.org/ и другого оборудования как на этапе создания поселения, так и позже, когда начнет развиваться сфера услуг, в частности предоставление технки в аренду.
Вредная пыль
На Марсе здоровью космонавтов будут угрожать гораздо более серьезные опасности, чем обычно. Например, простая пыль на Марсе намного опаснее лунной. Ученые подозревают, что эта пыль содержит в себе очень неприятные компоненты - мышьяк и шестивалентный хром, способный при контакте вызывать серьезные ожоги кожи и глаз.
Гравитация на Марсе значительно ниже, чем на Земле, если точнее, то на 62% ниже. Это означает, что марсианская гравитация составляет 38% от Земной. Человек массой 100 кг, на Марсе весил бы 38 кг.
Сила тяжести
Марс меньше Земли и это определяет силу тяжести на планете. Ньютон использовал закон всемирного тяготения чтобы описать как работает сила притяжения, однако он описал только часть явления. Эйнштейн заявил, что гравитация это просто искривление пространства-времени, которое создается массой объекта.
Сообщество ученых по квантовой физике предложило теоретическую частицу, названную “гравитон”, которая создает притяжение, так что у нас теперь есть современное понимание тяжести, но это явление все еще покрыто тайной и является препятствием на пути к созданию универсальной теории всех взаимодействий во Вселенной.
Негативные моменты низкой гравитации
Известно, что люди страдают от потери костной массы, при низкой гравитации, поэтому при освоении таких планет как Марс, нужно учитывать долгосрочное влияние низкой силы тяжести на организм и проводить научные исследования, касающиеся влияния низкой силы тяжести.
Преодоление последствий низкой гравитации может быть отправной точкой для освоения человеком других планет.
| · · · · | |
| · | |