Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Пояс Койпера и мифология. Первый открытый транснептуновый объект, не считая Плутона и Харона, долгое время фигурировал под рабочим названием 1992 QB1, которое присвоили ему первооткрыватели (энтузиаст исследования занептунщины Дэвид Джуитт и его аспирантка Джейн Лу, работавшие в Обсерватории Мауна-Кеа на Гавайях). Та часть имени, которая идет после года открытия, читается примерно как «кьюбиван»; нерезонансные транснептуновые объекты иногда называют «кьюбивано» (мн. ч.) – cubiwano, что несколько созвучно с Оби-Ваном (Кеноби). Большинство идентифицированных транснептуновых тел фигурируют под обозначениями типа 2002 TX300, которые ближе к C3PO, чем к «настоящему» имени, но некоторые получают и полноценные имена, такие как Хаумеа. Для нерезонансных объектов из пояса Койпера по быстро установившейся традиции имена стали заимствоваться из мифологии коренных народов; например, Квавар (первоначально известный как 2002 LM60) – это бог-творец мира у народа тонгва, исходно обитавшего в районе современного Лос-Анджелеса; Хаумеа происходит из гавайской мифологии, Макемаке – с острова Пасхи. Первый кьюбиван 1992 QB1 получил также название Альбион по имени изначального (!) человека в мифологии Уильяма Блейка. Все время хочется проделать параллельный экскурс в этнографию. Это упражнение можно превратить в совсем сумасшедшее, если попробовать связать общим сюжетом богов самых разных народов – с довольно разными, наверное, характерами и историями деяний, – руководствуясь тем, что они летают где-то по соседству друг с другом. Троянцы и греки поблекнут.
Признания и литературные комментарии
Видимая материя во Вселенной, в противовес темной, называется барионной, что несколько неуклюже напоминает о том, что ее массу почти целиком составляют протоны и нейтроны. Написание фамилии Эйри, а не чуть более приближенное к английскому звучанию Эри отражает мое воспитание: «функция Эйри» Ai постоянно на слуху. Впрочем, редакторам русского перевода книги [19] точно такая же осведомленность о функции Ai не помешала проявить принципиальность, и у них везде [сэр Джордж] Эри. После системы звезды TRAPPIST-1 был найден еще один замечательный пример резонансных орбит: пять из шести планет TOI-178 движутся в резонансе 12: 9: 6: 4: 2 [86] (это, кстати, одно из дополнений, сделанных научным редактором Владимиром Сурдиным, который заодно решительно не одобряет моего «Эйри»). Взаимоотношения Януса и Эпиметея обсуждались в статье [104], а Талассы и Наяды – в [48]. Астероид 2015 XX169, орбита которого близка к орбите Земли, описан вместе с двумя другими астероидами в [73]. Рисунок 3.15 взят с сайта https://medium.com/starts-with-a-bang/dark-matter-rises-to-its-biggest-challenge-6aa4991572f6, где он приведен со ссылкой на NASA, ESA, T. Brown and J. Tumlinson (STScI). Уникальный набор резонансов, установившихся среди планет TRAPPIST-1, положен на музыку, которую можно услышать здесь: https://youtu.be/WS5UxLHbUKc (а на сайте https://system-sounds.com можно найти музыкальные интерпретации и других частей Вселенной). Схема на рис. 3.4 позаимствована из [44]. Из той же работы взято замечание о массе и периоде обращения Вулкана, на которые мог бы указывать поворот перигелия Меркурия.
Наблюдательные данные о прецессии перигелия Меркурия, приведенные в [58], показывают, что полный эффект составляет 574,10′′ ± 0,65′′ (угловых секунд) в столетие. Из них 532,3035′′ и в самом деле удается объяснить влиянием других планет, 0,0286′′ – несферичностью Солнца и небольшие –0,0020′′, как известно сейчас, но не в XIX в., – эффектами специальной теории относительности. Не хватает упрямых 43 угловых секунд (42,9799′′). Они и описываются теоретическим выражением, которое нельзя вывести из ньютоновской теории (см., например, [4], где не только приведен вывод, но и обсуждаются разнообразные сопутствующие аспекты): за один оборот планеты ее эллипс поворачивается на
Здесь v – скорость планеты в точке максимального приближения к Солнцу, c – скорость света, а ε – эксцентриситет орбиты, равный для Меркурия 0,2056. Числовая дробь (третий множитель) поэтому равна 2,064. Скорость v составляет 58,98 км/с, так что отношение скоростей в квадрате дает не очень большое число 3,87 × 10–8. Чтобы найти поворот орбиты за один земной год, надо еще умножить все выражение на 4,15 – отношение периодов обращения Земли и Меркурия. Когда Эйнштейн получил из теории в точности ту поправку, которой и не хватало, он, по его собственным словам, «несколько дней был вне себя от восторга».
Движение на прогулке 3
Движение видимых частей Вселенной – способ систематического получения информации о невидимых и неизвестных частях. Планета Нептун в Солнечной системе была предсказана, а затем открыта в середине XIX в. исходя из аномалий в движении известной планеты – Урана. В XXI в. планеты у других звезд открывают по наблюдаемому движению самой звезды, вызванному существованием планет; из этого движения иногда удается узнать даже о существовании планет, похожих на Землю.
Обращение звезд вокруг центра масс своих галактик во множестве случаев оказалось аномально быстрым для наблюдаемого в этих же галактиках количества вещества, притяжение которого должно обеспечивать движение звезд. Наблюдения такого рода привели к идее о существовании во Вселенной невидимого вещества (темной материи) в количестве, в несколько раз превышающем количество известной материи. Предположительные гало темной материи в несколько раз превосходят по размерам видимую часть галактик и образованы частицами, связанными между собой только гравитационно. Прямое обнаружение частиц, из которых состоит темная материя, или какой-либо другой способ разрешения загадки вращения звезд в галактиках – один из современных вызовов, стоящих перед наукой о Вселенной.
Планеты, карликовые планеты, астероиды и кометы, движущиеся вокруг Солнца, испытывают воздействие наиболее массивных участников этого движения. Из-за этого возникают регулярности в организации ряда орбит: они оказываются в резонансе друг с другом, т. е. периоды обращения по ним соотносятся как целые числа. Резонансы возникают и в орбитах ряда спутников больших планет; спутники, кроме того, могут периодически «обмениваться» орбитами. Резонансы в организации планетных систем обнаруживаются и у других звезд. Набор регулярностей (корреляций) в орбитах, по которым движутся некоторые транснептуновые тела в Солнечной системе, весьма вероятно, служит указанием на ранее никак не
