Гравитация – ещё не всё: что на самом деле управляет телами в Солнечной системе

Со времен Исаака Ньютона, впервые описавшего гравитацию, эта сила считалась главной в Солнечной системе. Однако новое исследование раскрывает куда более сложную картину: оказывается, на космические объекты влияют и другие силы, о которых ученые раньше редко задумывались.

В научной работе подробно описывается механизм нескольких таких сил. Среди них – отдача при испарении льда, способная менять траекторию движения комет, давление солнечного излучения, выталкивающее вещество наружу, а также специфические релятивистские эффекты, под действием которых частицы могут совершать спиральное движение к Солнцу.

Несмотря на существование других факторов, гравитация остается фундаментальной силой, управляющей Солнечной системой и удерживающей небесные тела в их космическом танце. Солнце, обладающее колоссальной массой, создает мощнейшее гравитационное поле, которое заставляет планеты, астероиды, кометы и прочие объекты вращаться вокруг него. Каждая планетная орбита формируется в результате точного баланса между скоростью движения тела и силой притяжения – так создаются те самые эллиптические траектории, которые впервые описал в своих законах движения Иоганн Кеплер.

Такой же принцип действует и в системах планета-спутник: гравитационное поле планеты удерживает луны на их орбитах. Притяжение Луны, в свою очередь, вызывает изменения на Земле: например, приливы и отливы, влияющие не только на океаны, но и на движение земной коры.

Новую работу опубликовал в The Planetary Science Journal Дэвид Джевитт из Калифорнийского университета. Ученый детально исследовал факторы, которые наряду с гравитацией формируют облик Солнечной системы. Если движение массивных планет почти полностью подчиняется гравитации, то на небольшие объекты воздействуют и другие явления, причем порой довольно радикально.

Среди этих сил Джевитт выделяет несколько основных: отдача (возникающая согласно третьему закону Ньютона о равенстве действия и противодействия), вращательный момент, появляющийся при потере массы, давление излучения и ряд других физических эффектов.

Автор опирается на обширный массив предыдущих исследований, тщательно подбирая примеры, которые будут понятны даже тем, кто не специализируется в астрофизике.

Чтобы упростить расчеты, Джевитт использовал определенные допущения в своей модели. Например, он рассматривал орбиты небесных тел как идеальные окружности, хотя в реальности они эллиптические, а сами космические объекты далеки от правильной сферической формы. Такое упрощение, по словам ученого, все равно позволяет достаточно точно оценить законы Вселенной.

Среди всех негравитационных сил самой мощной оказалась отдача, возникающая при сублимации льда на кометах и астероидах. Это происходит, когда под воздействием солнечного тепла лед сразу превращается в газ, минуя жидкое состояние.

Процесс можно сравнить с выстрелом из ружья: когда лед испаряется, образовавшийся газ устремляется в космос и, согласно третьему закону Ньютона, создает реактивную силу, толкающую космическое тело в противоположную сторону. Чем выше температура поверхности кометы или астероида, тем интенсивнее происходит сублимация и тем сильнее это воздействие.

Характерные хвосты комет появляются благодаря еще одному физическому явлению – давлению света. Когда солнечные фотоны сталкиваются с частицами кометной пыли и газа, они передают им часть своей энергии, заставляя улетать прочь от Солнца. Чем ярче светит Солнце и чем лучше вещество отражает свет, тем сильнее действует эта сила. И хотя давление света относительно слабое, его влияния достаточно не только для формирования знаменитых кометных хвостов – со временем оно может даже изменить орбиты небольших космических тел.