Несколько маленьких вещей о Солнечной системе

Несколько небольших вещей о Солнечной системе

О Солнечной системе

12 мая 2004

**Небольшое предварительное замечание, интересное: **

Мы уже упоминали моделирование на 2D-сферах и проекты расширения на S3-сферах. Все, что будет следовать, относится к планетарным системам и, следовательно, может быть обработано в трехмерном евклидовом вычислительном пространстве, в "R3". Если объект покидает систему из-за гравитационного маневра, это часть игры, случайности планетарной жизни. Множество объектов были выброшены из солнечной системы во время ее формирования, из-за гравитационного маневра и никогда не возвращались.

Солнечная система хранит много тайн. Мы не знаем, как она сформировалась. Мы не знаем "почему она в таком состоянии, с такими уникальными аспектами" и мы также не знаем, в каком направлении она стремится, и что произойдет в ближайшем или далеком будущем. Все это можно исследовать в рамках проекта Epistémotron, и даже сейчас. Для этого нужно:

• Модели планет - Модели звезд

Вот они. Эти небесные тела образовались под действием силы тяжести. Следовательно, нужно задать точки-массы, которые притягиваются по закону Ньютона. Но планеты не являются полностью газообразными объектами. Когда мы погружаемся в Юпитер, мы находим газообразное состояние, затем на 100 км ниже - жидкое, затем твердое и даже ... металлическое. Аномалии гравитации даже предполагают, что гигантские планеты, такие как Юпитер и Сатурн, могли проглотить "земную" планету, поглощенную в неопределенное время.

Как создать сфероидальный систему, которая сохраняет свою целостность под действием силы тяжести, но отказывается коллапсировать под действием репульсивных сил? Ответ: введя силу:

Почему пятая степень? Эффективное сечение столкновения (см. раздел о кинетической теории газов) является интегралом:

Кроме того, когда сила является ньютоновской, она ... расходится, что означает необходимость создания "отсечки". Я не буду вас утомлять этим, нам это не понадобится. Позже, если проект Epistémontron развивается и мы рассматриваем явления, связанные с "самогравитирующими плазмами" с приложениями к квазарам. Прочтите или перечитайте "Мы потеряли половину Вселенной" (Hachette, серия Pluriel). Все идеи, которые там есть, подходят для моделирования. Я думаю, что у меня было бы достаточно, чтобы занять хорошую группу студентов отдела "Науки о Вселенной" CNRS. Но время больше не подходит для этих университетских стратегий. Слишком сложно, слишком медленно, слишком тяжело. Оставим керамические изделия на полках. Если вещи пойдут так, как я надеюсь, эти идеи выйдут из своей коробки Пандоры и разлетятся по всему миру.

Я всегда думал об одной вещи и написал об этом в одном из своих первых книг: не ученые захватывают идеи, а наоборот, идеи захватывают ученых. Если "прививка" сработает, все пойдет довольно быстро. То, что можно предположить, это то, что астрофизики (и планетологи) вряд ли будут первыми, кто отреагирует. Ну, если так будет, то им не повезет. Но вернемся к закону 1/r5. Эффективное сечение в принципе зависит от скорости (относительной) двух взаимодействующих объектов. У нас есть:

Q = Q ( C ), где C - это термальная скорость, используемая.

Можно определить среднее значение < Q >, которое обычно очень близко к Q ( < C > ). Особенность закона 1/r5 в том, что эффективное сечение не зависит от скорости. Таким образом, он отлично подходит для модели, называемой "шары для бильярда". Закон силы, предложенный выше, поэтому напоминает динамику шаров для бильярда, удерживаемых силой тяжести. Читателю предстоит попытаться определить параметры a и b. Это пустая территория, где все зависит от чувства. В зависимости от выбора, можно создать вид звезды, где плотность увеличивается по мере погружения в центр, или вид "жидкой капли", или твердое тело с довольно вязкой плотностью, почти постоянной повсюду. Начальные условия: разместите N точек по сферической распределению с постоянной плотностью, а затем отпустите все. Это может колебаться. Даже возможно смоделировать рассеяние энергии, отключив всю термическую скорость частиц, находящихся на поверхности, что смоделирует охлаждение за счет излучения инфракрасного излучения. Тогда можно сойти к "холодной планете", вроде Луны.

В системе совместного вычисления здесь есть место для множественных исследований. Можно даже воспроизвести конвекционные потоки, тектонику плит. Создавая ввод энергии в ядро, можно смоделировать работу звезды (даже взрыв сверхновой), как и поддержание температуры за счет энергии, связанной с распадом радиоэлементов.

Среди явлений, которые нас интересуют, есть одно, довольно увлекательное: приливной эффект. Это просто. Когда вы воссоздадите свою "планету", приблизьте точечную массу M. Она должна деформироваться, принимая форму вытянутого эллипсоида. Регулировка ваших параметров a и b определит "отклик" вашей планеты или звезды на такое воздействие. И именно здесь вы сталкиваетесь с одной из множества идей Сорияу. Посмотрите его работу по планетологии, которую я представляю на своем сайте, которая никогда не публиковалась! Не ошибайтесь: крупнейший специалист по планетологии во Франции - это не Андре Брахик, это Жан-Мари Сорияу. Второй займет свое место в истории науки. Для первого я думаю, что это менее вероятно.

Если вы не посмотрите на эти страницы, несколько слов. Начало Сорияу - анализ периодов орбит различных планет. Затем он выбирает период Земли: 365 дней и Венеры: 225 дней и рассчитывает, как вверх, так и вниз, соответствующую последовательность Фибоначчи (или типа Фибоначчи, где каждый член является суммой двух предыдущих). Мы знаем, что в этих условиях отношение двух последовательных чисел этой последовательности стремится к золотому сечению.

Сорияу получает следующее:

30 Солнце (29 дней) 55 Ничего 85 Меркурий (88 дней) 140 Ничего 225 Венера 365 Земля 590 (1 год и
7 месяцев) Марс (1 год и 10 месяцев) 955 Ничего 1545 (4 года и 3 месяца) Церера-Паллада (пояс
астероидов )

2500 Ничего

4045 (11 лет)

Юпитер

( 11 лет и 10 месяцев)

6545 Ничего

10590 (29 лет)

Сатурн

( 29 лет и 5 месяцев)

17135 Ничего

27725 (76 лет)

Уран

(84 года)

44860 Ничего

72585 (199 лет)

Нептун

(164,765 лет),

Плутон

(274 года)

Затем появляется концепция резонанса. Возьмите струнный инструмент. В любом колледже вы сможете измерить частоту двух струн. Назовем T1 и T2 периоды этих собственных частот. Если отношение равно единице, и вы натянете одну из струн, ответ второй будет максимальным. Он останется приемлемым, если отношение этих периодов является

рациональной дробью

Пифагор, к нам!

Настройте натяжение одной из струн так, чтобы это отношение было близко к иррациональному числу, например,

1,41421....

Вы увидите, что эффект резонанса исчезнет. Он будет минимальным, если отношение равно золотому сечению:

Возьмите две планеты, например, Нептун-Плутон. Отношение их "лет" близко к

Сорияу выводит, что орбиты Нептуна и Плутона будут взаимно влиять друг на друга. Но как? По его мнению, Солнце служит "резонатором". Каждая планета создает на своей поверхности приливной эффект. Если вы создадите модель сфероидального объекта и хотите, чтобы его поведение приближалось к поведению Солнца, вам нужно, чтобы планета, такая как Сатурн, поднимала свою поверхность на сантиметр. Вам также нужно проверить, что приливной эффект изменяется как 1/r3, что означает, что приливной эффект, созданный этой планетой, должен быть сравним с приливным эффектом маленького Меркурия, но который находится ближе к солнцу.

Ограничьте свою солнечную систему тройкой Солнце - Нептун - Плутон. Дайте ей "некоторое время", как говорил Фернанд Рейнанд. Численные модели позволяют делать такие вещи. Орбиты будут изменяться и стремиться к соотношению, где обмен энергией будет минимальным, то есть к 1,6180...

По крайней мере, это то, что мы предполагаем. Интересный вычислительный эксперимент.

Планетологи выдают глупости, игнорируя явления диссипации в своих расчетах, хотя они явно присутствуют. Таким образом, вы могли прочитать выводы, которые давали "хаотики". Но, как говорил Сорияу:

*Теория хаоса не включает диссипативные процессы, которые являются ключом к формированию и эволюции планетарных систем. *

Как говорил однажды Science et vie, назвав так свою обложку:

Хаос управляет мыслью

С помощью хорошо настроенных N-телевых систем, включающих приливные эффекты и диссипативные процессы, можно выявить множество вещей. Можно создать таблицу:

Планета

Масса

Скорость на орбите

Расстояние до Солнца

Момент импульса

Меркурий 0,005 M T, то есть 3 10 22 к 4,789 10 4 м/с 0,387 UA, то есть 5,76 10 10 м 8,27 10 36
| Венера | 0,815 M | T | то есть
4,87 10 | 24 | 3,5 10 | 4 | м/с | 0,723 UA, то есть 1,1 10 | 11 | м | 1,87 10 | 40 | |
Земля 5,98 10 24 к = M T 2,98 10 4 м/с 1 UA = 1,49 10 11 м 2,65 10 40
Марс 0,107 M T, то есть 6,4 10 23 к 2,414 10 4 м/с 1,524 UA, то есть 2,27 10 11 м 3,9 10 39
Юпитер 317 M T, то есть 1,9 10 27 1,306 10 4 м/с 5,2 UA, то есть 7,75 10 11 м 1,92 10 42
Сатурн 92,2 M T, то есть 5,51 10 27 к 9,64 103 м/с 9,55 UA, то есть 1,43 10 12 м 7,59 10 42
Уран 14,5 M T, то есть 8,67 10 25 6,81 10 3 м/с 19,22 UA, то есть 2,86 10 12 1,72 10 42
Плутон 0,002 M T (?) то есть 1,2 10 22 4,74 10 3 м/с 39,4 UA, то есть 5,9 10 12 м 3,35 10 39

• Масса Солнца: 2 10 30 к
• Радиус: 7 108 м. Периферия: 4,4 10 9 м - Период вращения сидерального: 30 дней на экваторе, то есть 2,6 106 сек

Угловая скорость:

w = 3,85 10 -7 радиан / секунда

Момент инерции однородной сферы массы M и радиуса R:

I = 2/5 M R2 = 1.55 10 49

Момент импульса:

I w = 5.96 10 42

Сравним с моментом импульса M R V Юпитера.

• Масса Юпитера: 1,9 10 27 килограмм - Радиус орбиты: R = 7.78 10 11 метров - Скорость на орбите: 1,3 10 4 м/с

Момент импульса:

MRV = 1,92 10 43

В три раза больше, чем у Солнца.

Рассчитаем MRV для Сатурна:

• Масса Сатурна: 5.68 19 26 килограмм - Средний радиус орбиты: 1.43 10 123 метров - Орбитальная скорость: 9.137 10 3 м/с

MRV = 7.37 10 42

*Юпитер действительно является царем богов. *

Он приведет все планеты в свой орбитальный план, который станет плоскостью эклиптики. Он выровняет ось вращения Солнца, которая сейчас составляет угол 7° 25 с плоскостью эклиптики. Ось вращения Солнца прецессирует. По какой период: это загадка.

Можно написать докторскую диссертацию, моделируя все это. Машины достаточно мощные, чтобы представить Солнце как жидкую сферу, состоящую из N точечных масс. Можно представить различные планеты как точечные массы и разместить их немного как угодно, но на орбитах, близких к окружностям. Эта жидкая звезда играет роль резонатора. Орбиты станут круговыми и лягут в орбитальный планеты-владыки: Юпитер. Солнце выровняет свою ось.

Если у вас достаточно точечных масс, связанных законом силы, вы можете смоделировать все небесные тела. Вы даже можете смоделировать диссипативные процессы, периодически отключая всю термическую скорость точек на поверхности. Такая цифровая машина могла бы восстановить всю историю формирования Солнечной системы. Общая идея в том, что Солнечная система плюс планеты сами собой приходят в состояние минимального резонанса. Это идея Сорияу. Симуляции в распределенных вычислениях должны позволить воплотить эти идеи. Сложная часть - моделирование диссипации, явление, при котором движения вибрации внутри небесных тел, независимо от их природы, питаемые приливными эффектами, приводят к нагреву и в конечном итоге к излучению, которое теряется в космосе. С точки зрения этого планетарная система - "машина, преобразующая гравитационную энергию в излучение". Все это не просто, потому что в момент формирования Солнечной системы расплавы молодых планет все еще были жидкими, и этот среда должна была быть объектом конвекционных потоков. Также вероятно, что многое произошло в то же время. Планеты увеличивали свои массы, поглощая то, что находилось на их пути. Напротив, они выбрасывали с помощью гравитационного маневра, либо прямо за пределы Солнечной системы, либо в ее отдаленной окраине, маленькие объекты, которые станут будущими кометами и астероидами. Все это должно быть очень весело моделировать.

Лично я думаю, что то, что момент импульса Солнечной системы в основном принадлежит внешним планетам, заставляет меня думать, что он мог быть приобретен во время столкновений между протосистемами планет (формирующимися звездами, более дисками газа и пыли, удерживаемыми давлением излучения). Это модель "яичницы в трех измерениях". По моему мнению, спиральные галактики приобретают вращательное движение, которое влияет на "население диска" (белое), а не на "население гало", то есть "желтое", которое не вращается. Фосильное изображение галактики - это все 500 шаровых скоплений, которые ... статичны и имеют сферическую форму. Согласно этой идее, газ и пыль гало быстро образуют плоский диск (тороидальную структуру, которая постепенно теряет энергию из-за излучения, что также можно смоделировать). Все это составляет довольно увлекательный космический "Меккано".

Я воспользуюсь этим, чтобы сказать производителям галактик в 2D или 3D, что модель с двумя популяциями, простая, состоит в том, чтобы связать центральный комок, который не вращается, где силы тяжести уравновешены силами давления и который представляет 90% видимой массы, с диском газа, который вращается. Они в процессе найдут форму кривых вращения, с периферийными скоростями, которые становятся возможными благодаря наличию геммальной репульсивной материи рядом.

Еще одно замечание о 2D-симуляциях, на сфере. Некоторые, в "вычислительных экспериментах", видят, что геммальная, конфинированная материя собирается на противоположных сторонах галактики, на сфере S2. Это потому, что она не достаточно "горячая" и ее 2D-дистанция Джейнса меньше окружности сферы. Увеличьте скорость вибрации в этой популяции, и вы увидите, как она распространяется по сфере, образуя почти постоянную плотность, до "пустоты", внутри которой галактика будет размещаться (в 3D, в "дыре в сыре").

С этими цифровыми планетоидами можно смоделировать разрушение объектов из-за приливных эффектов, во время прохождения в пределах Роша планеты. Элементарная теория, но достаточно для этого ссылка. Это просто понять, но увидеть должно быть довольно красиво. Мы не знаем, сколько лет имеют кольца Сатурна, и не знаем, были ли это структуры, сформированные миллиард лет назад или всего тысячу лет назад. Все, что мы знаем, это то, что их внешняя граница соответствует пределу Роша планеты (в 2,5 раза больше ее радиуса). Бомбардируя Сатурн фрагментируемыми объектами (модель, предложенная), мы могли бы увидеть формирование колец Сатурна.

Почему бы не заставить Землю столкнуться с объектом размером с Марс и смоделировать рождение Луны? Это уже начинается, но техника распределенных вычислений позволяет играть на равных с профессионалами, а иногда даже оставлять их далеко позади, если у вас есть лучшие идеи.

Играя с этим, вы можете вывести различные сценарии формирования Солнечной системы. Но то, что интересно, это восстановить ее текущее состояние. По мнению Сорияу, этот набор на самом деле сформировался, чтобы стать "наименее резонансным возможным" (иначе он эволюционировал). При нерезонансе, иррациональные числа, начиная с самого иррационального, золотого сечения.

Анализируя Солнечную систему в терминах нерезонанса и исключая пару Нептун-Плутон, которая, кажется, играет в другую игру (это пара, наоборот, очень "резонансная"), Сорияу выявил распределение, соответствующее приведенной ниже кривой:

Предсказания, соответствующие "Золотому закону", довольно хорошо подходят. w - это золотое сечение

Радиусы орбит тогда вписываются по геометрической прогрессии, с коэффициентом:

1,9n

Вот две кривые: закон Боде и Золотой закон. Закон Боде:

2,4 ( 0,4 + 0,3 2n)

**Сравнение двух законов, определяющих
радиусы орбит (в логарифмических координатах) **

Поэтому есть работа, чтобы показать, почему и как планетарная система могла эволюционировать, чтобы соответствовать "Золотому закону" Сорияу. В случае, если кто-то заинтересован в приключении, Сорияу, вероятно, согласится управлять таким работой. Я задал ему вопрос.

Солнечная система ставит множество проблем:

• Почему ось вращения Урана лежит так, что она ... в плоскости эклиптики?

• Почему Венера вращается "в обратную сторону"?

• Почему пара Нептун-Плутон "резонансная"?

• и т.д.

**Моделирование прецессии равноденствий: ** - Масса Земли: 6 1024 килограмм - Радиус: 6,4 106 м

Момент инерции:

I = 2/5 M R2 = 9,83 1037

Земля вращается вокруг своей оси за 24 часа, то есть покрывает 6,28 радиан за 86400 секунд. Угловая скорость w, следовательно, равна 7,27 10-5 радиан/секунду

Момент импульса:

I w = 7.14 10 33

• Масса Луны: 7,34 1022 килограмм - Расстояние до Земли: 3,84 108 м
• Орбитальная скорость: 1034 м/с

Момент импульса

MRV = 2,88 10 34

Лунный MRV превышает момент импульса Земли в 4 раза. Большинство момента импульса системы Земля-Луна принадлежит спутнику. Поэтому Луна будет стремиться выровнять Землю, чтобы ось вращения Земли стремилась стать перпендикулярной к плоскости лунной орбиты

Когда волчок падает на стол, его ось вращения подвергается прецессии. Предположим, что точка контакта волчка и стола фиксирована. Конец оси волчка будет описывать спираль, нарисованную на полусфере.

**Явление прецессии: как волчок падает на стол **

Ось вращения Земли выравнивается, но прецессирует. Отсюда прецессия равноденствий. Это тоже движение прецессии, связанное с выравниванием оси вращения Земли. Можно представить систему, которая будет прецессировать, выравниваясь в противоположном направлении. Подвесьте гироскоп так:

**Подвешенный гироскоп прецессирует и постепенно приближается к вертикали **

Явление прецессии оси вращения Земли, которое вызывает "явление прецессии равноденствий", имеет ту же природу и отражает стремление оси вращения Земли выровняться, чтобы стать перпендикулярной к плоскости лунной орбиты. Почему это так? Потому что Земля не является идеальной сферой, а является эллипсоидом (немного сплющенным). Следовательно, состояние равновесия - это когда плоскость экватора этого эллипсоида совпадает с плоскостью лунной орбиты.

Прецессия оси вращения Земли

Все затухает из-за диссипативных процессов. Можно ли оценить время, через которое ось вращения Земли будет находиться строго перпендикулярно к плоскости орбиты Луны?

В конце концов, очевидно.

**Развлекайтесь: смоделируйте конец света: **

Я не считаю невозможным, что во время формирования Солнечной системы крупный объект, скажем, в 4 раза больше Земли, мог быть помещен на сильно эллиптическую орбиту и в плоскости, отличной от плоскости эклиптики, просто из-за гравитационного маневра (взаимодействия с гигантской планетой). Если это приведет к объекту, период которого составляет несколько тысяч лет, он не будет достаточно часто присутствовать в Солнечной системе, чтобы "успокоиться", взаимодействуя с другими планетами из-за приливных эффектов (резонатор: Солнце). Его орбита может оставаться таковой, очень вне плоскости эклиптики и не круговой.

Нелепо, скажут астрономы. Такой объект мы бы наблюдали! Нет, если, пролетая достаточно близко к гигантской планете, которая отправила его в отдаленные места из-за гравитационного маневра, он прошел через ее "сферу Роша". Тогда это не будет планетой, которая время от времени будет создавать беспорядок в нашей Солнечной системе, а красивый набор гравия, смешанного с крупными градинами. Иногда этот опасный поток будет проходить на разных расстояниях. Если один из этих камней или льдинок ударит по континенту, мы вернемся в эру динозавров с ядерной зимой в 18 месяцев (время, которое потребуется частицам диаметром в 1 микрон, чтобы вернуться из стратосферы, куда их отправил удар. Если объект упадет в океан, это меньшее зло. Энергия создает гигантское облако. Как в кумулюсах, недостаток света охлаждает основу облака, вода собирается в капли и идет дождь ... 40 дней и 40 ночей.

Вы заметили, что все больше астероидов проходят рядом с Землей и все ближе. Могут ли это быть "предвестниками", блоками, разбросанными по орбите, которую мы можем пересечь в ближайшее время?

**Во время этого я вспомнил идею, которую я имел несколько лет назад, которая также может составить тему диссертации по планетологии. **

Мы обнаружили много экзопланет. Обычно эти планеты массивные, вроде Юпитера. Есть немедленный приливной эффект между небесным телом и его спутником. Таким образом, Луна, проходя ежедневно, каждые 24 часа, над Землей, создает "земную приливную волну" высотой 50 см. Она деформирует Землю, превращая ее в эллипсоид. Земля обладает пластичностью, о которой мы не осознаем на наших масштабах. Таким образом, на поверхности Земли создается "волна", которая проходит по поверхности Земли. Она "мешает" Земле в процессе, этот процесс нагревает магму (очень немного). Следовательно, сопутствующий диссипативный процесс. Земля делает оборот вокруг себя за 24 часа. Луна орбитирует за 28 дней. Это намного медленнее. Следовательно, эта эллиптическая форма, которую принимает Земля, будет впереди по фазе по сравнению с Луной. Вы можете сравнить это с управлением лошади в конюшне, когда тренер тянет повод в направлении, указывающем лошади, что она должна ускорить ход. Земля делает то же самое с Луной. Эта небольшая ускорение увеличивает радиус лунной орбиты на 4 см в год. Зная, что расстояние Земля-Луна составляет около 400 000 км, каков характерный срок удаления Луны.

Мы находим, что этот срок составляет порядка 10 миллиардов лет. Это только порядок величины, поскольку чем ближе Луна была к Земле, тем быстрее был этот процесс. Зная, что приливной эффект и обратный кубу расстояния, мы можем пересчитать это время удаления и, возможно, определить, в какое время Луна, которая была только что оторвана от Земли, "была гораздо ближе к ней.

В противоположном случае спутник Фобос вращается быстрее, чем Марс. Поэтому он замедляется своей планетой и приближается к ней. То же явление. Соответствующий приливной бугор, связанный с марсианским приливом, "отстает". Мы имеем изображение тренера, тянущего повод, чтобы замедлить лошадь. Какова скорость приближения Фобоса. Когда он столкнется с планетой. Интересный вопрос.

"Лунный месяц" был короче в прошлом, потому что Луна была ближе к Земле. В обратном случае приливной эффект замедляет вращение Земли. Дни были короче. На сколько?

Солнце также вращается быстрее, чем, например, Юпитер. "Год" Меркурия составляет 87 дней. Солнце вращается вокруг себя за время порядка 25-30 дней. Таким образом, оно стремится ускорить все планеты, вращающиеся вокруг него. Все орбиты увеличиваются по радиусу. Меркурий, Юпитер и другие удаляются от Солнца. С какой скоростью? В то же время этот приливной эффект замедляет вращение Солнца? Какова была его период вращения x миллиардов лет назад? Как выглядела Солнечная система в ее раннем детстве? Планетолог Андре Брахик, настоящий "мельница слов", задавал ли он себе этот вопрос?

Вернуться к руководству Вернуться на главную страницу

Количество просмотров этой страницы с 12 мая 2004 года :