Учебный материал
РОССИЙСКОЙ КОЛЛЕКЦИИ РЕФЕРАТОВ (с) 1996
http://referat.students.ru; http://www.referats.net;
http://www.referats.com
Главный персонаж Вселенной.
Практически все, что мы видем в космосе,- зто звезды, более
или мение похожие на Солнце. Разумеется, существует вещество и
вне звезд: планеты, их спутники, кометы и астероиды, межзвездные
газ и пыль. Но все это- незначительно по отношению к гигантским
звездам, объединенным в агрегаты различного масштаба: от
галактик до их скоплений. Но появляется аргименты, что во
вселенной присутствуют небарионные вещества, состоящие из
протонов и нейтронов, а из частиц неясной пока природы; его
взаимодействие с обычным веществом происходит толко через силу
гравитации.
Более 10 млрд. лет назад, когда происходило расширение
вселенной, наш мир был заполнен очень горячем однородным
веществом и излучением, причем по плотности энергии излучение
превосходило вещество. Но еще многие сотни миллионов лет после
того, как вещество стало основным компонентом вселенной оно
оставалось практически однородным; лишь звуковые волны, бегущиев
разных направлениях, слабо возмущали его плотность. Но до сих
пор астрономы не знают точно, как произошло деление подчти
однородного вещества на звезды. Принципиальных трудностей в
понимании этого процесса нет. Распространение звуковых волн
создает в космическом веществе перепады плотности. В космических
масштабах, в некоторых облостях повышенной плотности газа его
давление не способно противостоять его же собственному
тяготению, то случаино возникшее уплотнение продолжет сжиматься.
По-видемому, именнно такой процесс гравитационной неустойчивости
пордил звезды и звездные системы, власть в которых захватила
гравитация.
Итак, в мире звезд царствует гравитация. Остальные
физические взаимодействия: магнитные, ядерные_ практически
никакой роли в жизни звезд и в эволюции звездных систем не
играют. Сила гравитации чрезмерно простым законом, изложенным И.
Ньютоном в 1687г. и описывающим взаимодействие двух материальных
точек. Он применил их к большим телам, т. к. каждоеиз них можно
представить, как совокупность точек. Закон всемирного тяготения
ньютона гласит: две точки притягиваюттся друг к другу силой
прямопропорциональной произведению их масс и обратно
пропорциональна квадрату растояний между ними. Закон гравитации
прост для математики, но физик и астроном помнят, что реальные
тела не точки, а протяженные объекты. Значит, производя расчеты,
придется иметь дело с интегрированием, т. е. вычислением суммы
сил, действующих на пробное тело со стороны всех частей какой-
либо звезды или планеты. В наше время такую задачу нельзя
назвать сложной: компьютер решит ее за секунды. Но во время
Ньютона многократное суммирование было чрезвичаино трудоемкой
операцией, которую приходилось выполнять пером на бумаге.ньютон
продвинулся далеко в своих исследованиях благодоря двум
теоремам, которые он создал
Теорема 1. Сферическое тело постоянной плотности притягивает
m`undys~q снаружи материальную точку так, как будто вся масса
тела сосредоточена в его центре.
Эта теорема дала возможность небесным механикам, вычисляющим
движение звезд, планет и космических аппаратов, свести
большенство задач о взаимодействии космических тел к задаче о
притяжении двух точек. Счастье в том, что большенство небесных
тел можно уподобить последовательности вложенных друг в друга
сфер постоянной плотности. Например, у подчти шарообразной земли
плотность растет к центру; разбив ее на бесконечное количество
сферических слоев, мы убеждаемся, что каждыйиз них притягивает
внешнюю точки так, будто вся его масса сосредоточена в центре,
поэтому суммирования сил не требуется: с высокой степенью
точности Земля притягивает внешние тела как точка.
Теорема 2. Если материальную точку поместить внутри
однородной среды (причем в любом месте, а не только в центре),
то она не ощутит притяжения этой сферы, поскольку силы,
действующие на нее со стороны всех элементарных частей сферы, в
точности уравновесятся.
Эта теорема помогла тем специолистам, которые изучают недра
небесных тел: стало возможным решать задачи, мысленно поместив
наблюдателя внутрь планеты и не заботясь о тех слоях вещества,
которые находятся снаружи от него, поскольку их суммарное
притяжение равно нулю. Ньютон решил и задачу о том, как движутся
две материальные точки, например планета и ее спутник, взаимно
притягивающие друг друга по закону гравитации:они обращаются по
эллиптической орбите вокруг общего центра масс, лежащего в
фокусах элипсов. Если сила взаимодеиствия изменяется обратно
квадрату растояния, то спутник действительно должен двигаться по
элипсу. Но теория Ньютона не только объяснила уже извесные
закономерности- она открыла и перспективу:элипс окозался лишь
частным случаемтраектории; взависимости от начальной скорости
спутника ею могло быть любое коническое сечение- окружность,
парабола, гипербола или, в предельном случае, прямая.
Любопытно, что закон тяготения в формулировки Ньютона
справедлив только в нашем, трехмерном пространстве. Если бы мы
жили в геометрическом пространстве большего или меньшего числа
измерений, закон притяжения имел бы иную форму. Например в
четырехмерном пространствесила была бы обратно пропорциональна
кубу растояния. Но зачем издеваться над простым и изящьным
законом Ньютона, дающим зависимость 1/R2? Дело в том, что,
обращаясь к реальным небесным объектам, мы замечаем их отличие
от идеальных сфер. Форма Земли и Солнца лишь в первом
приближении похожа на сферу. Известно, что Земля по причине
вращения сплюснута вдоль полярной оси: расстояние между ее
северным и южным полюсами на 43 км меньше, чем между
противолежащими точками экватора. Из-за этого, к сожалению,
теория Ньютона в точности не выполняется, и Земля притягивает к
себе не как помещенная в ее центре массивная точка- а по более
сложному закону. Нарушается простота ньютоновского закона, а
значит, нарушается и простота взаимного движения тел. При этом
их орбиты получаются не замкнутыми и гораздо более сложными, чем
эллиптические.
Действительно, наблюдая за планетами, астрономы обнаружили,
что все они движутся не точно по эллипсам, а скорее по
'розеткам'. Разумеется, это никого не удивило, поскольку,
начиная с Ньютона, все ясно понимали, что простой эллипс, как и
сама задача о двух точках, лишь первое приближение к реальности.
Учитывая взаимное притяжение планет, обращающихся вокруг Солнца,
удалось подчти полностью объяснить форму их орбит. Траектории
qosrmhjnb, близких к своим планетам, в основном искажаются