Валентина Турчанинова - Циклы, протекающие в пространстве и во времени

На рубеже XV и XVI столетий новой эры начался расцвет искусств, литературы и подъем в области наук. Это время ознаменовалось началом научной революции, и тогда же появился новый термин – «Возрождение». Это время можно назвать еще «Временем гигантов».

Звездная астрономия тоже не стояла на месте. Три закона выдающегося немецкого ученого Иоганна Кеплера (1571—1630) произвели переворот во взглядах на Вселенную. Они заставили отказаться от привычного представления о планетных орбитах как правильных окружностях. Сегодня мы формулируем законы Кеплера примерно так:

– каждая планета обращается вокруг Солнца по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце;

– радиус-вектор планеты за одинаковые промежутки времени описывает равные площади;

– квадраты звездных периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Законы Кеплера просто и точно описывают движения небесных тел. Но в своих законах Кеплер ни словом не обмолвился о причине такого движения.

Наступило время, когда перед людьми встали вопросы: почему небесные тела движутся столь точно по своим эллипсам вокруг Солнца? И какие силы управляют ими? Одним словом, людям понадобился закон, объясняющий движение планет.

Сам «законодатель небес» Кеплер искал первопричину в Солнце. По его мнению, именно силы, исходящие из могучего светила, должны были подталкивать планеты. Но в чем кроется причина этой силы, и какова ее природа? На эти вопросы Кеплер ответить так и не смог.

О природе солнечной силы и, следовательно, о движениях планет и их спутников задумался английский физик и астроном Исаак Ньютон (1642—1727).

В 1665—1666 годы 24-летний Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения. Современная формулировка закона всемирного тяготения такова: «Всякие два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними». На языке математики то же самое можно записать короче:

F ≈ R × М1 × М2 / r 2, где

F – сила притяжения; М1 и М2 – массы притягивающихся тел; r 2 – квадрат расстояния между тяготеющими телами; R – коэффициент пропорциональности, называемый гравитационной постоянной.

Несмотря на то, что формулу закона гениальный ученый вывел на примере движения Луны вокруг Земли, этот закон является всемирным, поскольку он распространяется абсолютно на все небесные тела.

В Солнечную систему входят, как известно, планеты и их спутники, многочисленные кометы, астероиды, метеоры, пыль в межпланетном пространстве и др. Каждое небесное тело Солнечной системы, будь то огромная планета или мельчайшая песчинка, гонимая ветром, обладает собственной силой. Однако подавляющая масса системы сосредоточена в Солнце. С открытием закона Ньютона стало возможным математически рассчитать числовую величину силы, массы и расстояния между Солнцем и каждым из его тел в отдельности или между Солнцем и всеми его телами вместе.

Закон Ньютона сыграл огромную роль в развитии и становлении теоретической астрономии при решении задачи двух тел. И ярким примером тому является система Земля – Луна.

Луна – наиболее изученное небесное тело. Диаметр Луны на экваторе в средней части равен 3475 км. Луна обращается вокруг Земли по орбите на среднем расстоянии в 384401 км. Многие силы отклоняют Луну от равномерного кругового движения. Так, например, при новолунии наш спутник на расстояние диаметра орбиты ближе к Солнцу, чем при полнолунии. Значит, сила солнечного притяжения меняется, и это ведет к замедлению и ускорению движения Луны в течение месяца. Кроме того, зимой Земля ближе к Солнцу, чем летом. Это тоже влияет на скорость движения Луны, но с годичным периодом.

Под гравитационным влиянием Солнца и Земли форма лунной орбиты изменяется от почти круговой до наиболее вытянутой (эллиптической) и медленно вращается в пространстве. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики на 5°8,7́. Период орбитального движения Луны вокруг Земли равен 27,3217 средних суток и называется звездным или сидерическим месяцем. По истечении звездного промежутка времени Луна занимает прежнее положение на фоне звездного неба.

При орбитальном движении Луна занимает различные положения по отношению к Солнцу, которое освещает и Луну, и Землю. В результате возникают лунные фазы. Промежуток времени между одноименными лунными фазами называется синодическим месяцем и равен 29,53059 суток.