Космический бильярд

Как плохо бы вы ни играли в бильярд, а все шары рано или поздно окажутся в лузах. Точно так же межзвездная пыль, астероиды и небесные камни, попадающие в поле притяжения Земли и Солнца, приближаются к точкам L4 или L5. И чаще всего там остаются.

Все это замечательно, скажешь ты, но, получается, что эти спутники Земли, ставшие узниками точек Лагранжа, действительно существуют? Никто этого не знает. Если да, то они имеют очень малые размеры, иначе их уже давно бы обнаружили. Впрочем, к чему гадать? Лучше всего всё увидеть собственными глазами. Поэтому-то астрономы с таким интересом и следят за полетом спутников "Стерео". Закончив съемку Солнца, эти спутники вплотную займутся поиском "лун-призраков".

И тогда, вполне возможно, найдет свое подтверждение старая гипотеза о происхождения Луны - не "призрачной", а настоящей. Многие считают, что наш естественный спутник появился на свет примерно 4,5 миллиардов лет назад, когда еще совсем юная Земля столкнулась с "небольшой" (размером примерно с Марс!) планетой, получившей название Тейя. Осталось лишь найти саму виновницу столкновения!

Есть, правда, основания полагать, что ее следы обнаружатся как раз в точках Лагранжа. Два американских ученых из Принстона, Эдвард Бэлбруно и Ричард Готт, убеждены в том, что в начальный период развития Солнечной системы Тейя сформировалась из так называемых планет езималей, достаточно крупных небесных тел, "строительных блоков" будущих планет, скопившихся возле L4 или, что более вероятно, L5.

Но если эта гипотеза верна, то тогда... почему бы не предположить, что некоторые планетезимали остались неиспользованными в те далекие времена и до сих пор, невидимые, следуют за нами? Если удастся их отыскать и определить, из какого вещества состояла Тейя, мы бы очень многое поняли о химическом составе древней Земли. Хочется надеяться, что очень скоро (тьфу, тьфу, тьфу, чтобы не сглазить!), мы получим первые ответы на интересующие нас вопросы.

Загадочный: Как найти точки Лагранжа? Проще всего представить себя пилотом космического корабля, который, используя двигатели, летит неподалеку от Земли по околосолнечной орбите. Земля будет представляться ему огромным шаром, неподвижно висящим в небе.

Но ведь у нашей планеты, в отличие от того же космического корабля, нет никаких двигателей, как же тогда ей удается, преодолевая могучую силу притяжения Солнца, удерживаться на орбите? От падения на Солнце Землю спасает центробежная сила, хорошо знакомая каждому из нас (вспомни, как тебя тянет в сторону, если ты сидишь в резко поворачивающем автомобиле). Центробежная сила Земли полностью уравновешивает силу притяжения Солнца.

Космонавт задается тогда вопросом: а нельзя ли ему воспользоваться теми же законами и, заглушив двигатели, продолжить движение по орбите со скоростью Земли? Для этого ему лишь надо найти точку, в которой центробежная сила уравновесила бы и притяжение Солнца, и притяжение Земли. Зная, что интенсивность центробежной силы зависит от удаленности от Солнца (чем дальше от его центра, тем она слабее), он быстро высчитывает три, казалось бы, заветные точки, расположенные на одной прямой: L1, L2 и L3.

Однако, увы, вскоре обнаруживается, что ни одна из точек стабильностью не отличаются и орбита его космического корабля, пусть и едва заметно, но сдвигается в сторону, так что, если он не включит снова двигатели, ему суждено в конце концов либо упасть на Солнце или на Землю, либо оказаться на окраине Солнечной системы.

Впрочем, существуют еще две точки равновесия: L4и L5. Быть бы им столь же ненадежными, если бы не вмешательство четвертой силы: инерционной силы Кориолиса, действующей во всех вращающихся системах. На поверхности Земли, например, именно она изменяет направление ветров и решает, в какую сторону крутиться циклонам. Сила Кориолиса всегда перпендикулярна направлению скорости движения тела.

Чтобы не перегружать твою голову сложными формулами и подсчетами, скажем лишь, что, если космонавт решит "залечь в дрейф" в точке L5 (или L4), его орбита, несмотря на кривизну траектории, будет достаточно устойчивой, чтобы он мог в течение длительного времени находиться на ней, практически не растрачивая топлива. На взгляд "неподвижного" наблюдателя, расположенного над Солнцем, астероиды, кружащиеся по орбите вокруг точки Лагранжа (в данном случае L4), представляют собой просто космические тела, которые, подобно Земле, совершают за год полный оборот вокруг Солнца (А).

А чтобы взглянуть на этот астероид глазами наблюдателя с Земли, нужно взять те же четыре рисунка и повернуть три из них соответственно на одну, две и три четверти круга, так, чтобы наша планета всегда находилась в левой части изображения, а затем разместить их друг над другом. И тогда получится, что астероид летит по эллипсу в форме фасоли вокруг уже знакомой нам точки земной орбиты - L4.

Центр орбиты астероида Круинья располагается хоть и близко к точке L4, но все-таки не в ней, а потому еле заметные отклонения его маршрута в результате воздействия силы земного притяжения постепенно накопились, и после стольких лет совместного полета по Вселенной "наша вторая луна" уже больше ею не является. Как и все другие планеты Солнечной системы. Земля образовалась из диска пыли и газа, оставшихся после формирования Солнца. А как по явилась Луна? Считается, что когда Земля набрала 80-90% своей нынешней массы, в нее врезалась другая планета, раза в два меньше по объему: Тейя.

Энергия произошедшего при их столкновении взрыва в 500-1000 миллиардов раз превышает энергию всего ядерного запаса, накопленного в наши дни. Тейя разлетелась на мелкие куски, а вот Земля выстояла, но ее верхние расплавившиеся слои были выброшены в космическое пространство, так что почти обнажилось металлическое ядро планеты. Большинство обломков обеих планет упа ли на поверхность Земли, и расплавленные тяжелые металлы утекли к центру Земли, увеличив тем самым ее ядро.

Остатки планетного вещества на орбите соединились, породив тем самым Луну. Такая гипотеза объясняет как то, почему у Луны маленькое металлическое ядро (значительная часть содержавшегося в Тейе железа оказалась на Земле), а у нашей планеты большое, так и сходство лунных и земных скальных пород (состав один и тот же!). Но откуда явилась к нам Тейя? Для того чтобы описанный выше сценарий сработал, требуется, чтобы она ударила.

Астрономы смоделировали на компьютере образование Луны: за какие-нибудь шестнадцать часов вокруг потревоженной Земли образовался широкий диск из каменных осколков (отмечены зеленым и синим цветом) и сгустков газа (отмечены оранжевым и красным). Из этого строительного материала через нескольких десятилетий и сформировалась Луна. Землю "в спину", не особенно нарушив ее орбиты. Такая точность попадания для небесного тела, летящего наугад по Вселенной, маловероятна.

Именно поэтому ученые предположили, что Тейя прилетела из точки L5. По мере того, как Земля "набирала вес", возрастала и значимость точек Лагранжа (до появления Земли их, разумеется, не существовало). По всей видимости, часть планет езималей, то есть небольших тел диаметром от нескольких миллиметров до нескольких километров, порожденных облаком газа и пыли, соединились в точке L5, образовав младшую сестру Земли - Тейю.

Впоследствии малейший толчок извне мог заставить Тейю колебаться вокруг этой точки, поскольку ее масса значительно превышает массу обычного астероида, то и взаимное притяжение, возникшее между ней и Землей, стало постепенно увеличиваться при каждом ее колебании. Уже через несколько месяцев после своего возникновения Тейя нанесла свой удар "сзади".

Далее: Новые увеличители

Главная   |  Научные исследования  |  Космический бильярд