Сили тяжіння планет

Сили тяжіння планет відіграють величезну роль у Сонячній системі і у Всесвіті. Але що ж таке сили тяжіння, тобто гравітація? Яка її природа? Першим кроком у вивченні властивостей тяжіння можна вважати відкриття Йоганном Кеплером законів руху планет навколо Сонця. Йому вдалося виявити, що рух планет відбувається за еліпсами. Кеплер з'ясував також закон зміни швидкості руху планети в залежності від її положення на орбіті і відкрив залежність, яка пов'язує періоди обертання планет із їх відстанями від Сонця.

Однак закони Кеплера ще нічого не говорили про природу тих сил, які пов'язують планети та Сонце у струнку систему і не дають їм розвіятись у просторі. Питання про те, чому планети рухаються, і яка сила керує цим рухом, виникло вже тоді. Але отримати відповідь на нього вдалося далеко не одразу. У ті часи вчені помилково вважали, що будь-який рух, навіть рівномірний і прямолінійний, може відбуватися лише під дією сили. Тому Кеплер шукав у Сонячній системі силу, що "підштовхує" планети і не дає їм зупинитися. Рішення прийшло дещо пізніше, коли Галілео Галілей відкрив закон інерції, згідно з яким коли сили, що діють на тіло, рівні нулю, прискорення цього тіла також рівне нулю. Тому стало очевидно, що в Сонячній системі треба шукати не силу, яка "підштовхує" планети, а силу, яка перетворює їх прямолінійний рух "за інерцією" на криволінійний.

Закон дії цієї сили, сили тяжіння, був відкритий великим англійським фізиком Ісааком Ньютоном, якому вдалося встановити, що всі тіла на Землі та у Всесвіті притягують одне одного з силою, пропорційною їх масам і обернено пропорційною квадрату відстані між ними.

Кількісна сторона сили тяжіння планет отримана у точних математичних розрахунках та астрономічних спостереженнях. Досить згадати хоча б про "теоретичне відкриття" Нептуна, восьму планету Сонячної системи. Було помічено, що планети у своєму русі довкола Сонця помітно відхиляються від кеплерівських орбіт. На перший погляд це, здавалося, суперечило закону тяжіння. Однак далеко не всяка суперечність спростовує теорію.

Якби навколо Сонця рухалася одна-єдина планета, її шлях точно збігався б з орбітою, обчисленою на основі закону тяжіння. Однак насправді навколо нашого денного світила звертаються дев'ять великих планет, які взаємодіють не лише із Сонцем, а й одна з одною. Ці сили тяжіння планет і призводить до тих самих відхилень, про які йшлося вище. Астрономи називають їх "збуреннями".

Переміщення будь-якого небесного тіла в кінцевому рахунку повністю визначається дією на нього сили тяжіння і тією швидкістю, яку воно має. Можна сказати, що в сучасному стані системи небесних тіл однозначно укладено її майбутнє. Тому основне завдання і полягає в тому, щоб, знаючи взаємне розташування та швидкість якихось небесних тіл, розрахувати їх майбутні переміщення у просторі. У математичному відношенні завдання це дуже складне. Справа в тому, що в будь-якій системі космічних тіл, які рухаються, відбувається постійний перерозподіл мас, а завдяки цьому змінюється величина та напрямок сил, які діють на кожне тіло. Тому навіть для найпростішого випадку руху трьох тіл, які взаємодіють, досі не існує повного математичного рішення. Точне вирішення цієї проблеми, відомої в "небесній механіці" під назвою "задачі трьох тіл", вдається отримати лише у певних випадках, коли є можливість запровадити відоме спрощення. Подібний випадок має місце, зокрема, тоді, коли маса одного з трьох тіл нікчемна порівняно з іншими масами.

Але саме така ситуація при розрахунку ракетних орбіт, наприклад, у разі польоту до Місяця. Маса космічного корабля настільки мала в порівнянні з масами Землі та Місяця, що її можна не брати до уваги. Ця обставина уможливлює точні розрахунки ракетних орбіт.

Отже, закони дії сил тяжіння планет нам добре відомі, і ми з успіхом навчилися користуватися ними для вирішення низки практичних завдань.