Силы тяготения планет

Силы тяготения планет играют огромную роль в Солнечной системе и во Вселенной. Но, что же такое силы тяготения, то есть гравитация? Какова ее природа? Первым шагом в изучении свойств тяготения можно считать открытие Иоганном Кеплером законов движения планет вокруг Солнца. Ему удалось обнаружить, что движение планет происходит по эллипсам. Кеплер выяснил также закон изменения скорости движения планеты в зависимости от ее положении на орбите и открыл зависимость, связывающую периоды обращения планет с их расстояниями от Солнца.

Силы тяготения планет играют огромную роль в Солнечной системе и во Вселенной

Однако законы Кеплера еще ничего не говорили о природе тех сил, которые связывают планеты и Солнце в стройную систему и не дают им рассеяться в пространстве. Вопрос о том, почему планеты движутся, и какая сила управляет этим движением, возник уже тогда. Но получить ответ на него удалось далеко не сразу. В те времена ученые ошибочно полагали, что всякое движение, даже равномерное и прямолинейное, может происходить только под действием силы. Поэтому Кеплер искал в Солнечной системе силу, "подталкивающую" планеты и не дающую им остановиться. Решение пришло несколько позже, когда Галилео Галилей открыл закон инерции, согласно которому когда действующие на тело силы равны нулю, ускорение этого тела также равно нулю. Поэтому, стало очевидно, что в Солнечной системе надо искать не силу, "подталкивающую" планеты, а силу, превращающую их прямолинейное движение "по инерции" в криволинейное.

Закон действия этой силы, силы тяготения, был открыт великим английским физиком Исааком Ньютоном, которому удалось установить, что все тела на Земле и во Вселенной притягивают друг друга с силой, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Количественная сторона силы тяготения планет получена в точных математических расчетах и астрономических наблюдениях. Достаточно вспомнить хотя бы о "теоретическом открытии" Нептуна, восьмой планеты Cолнечной системы. Было замечено, что планеты в своем движении вокруг Солнца заметно отклоняются от кеплеровских орбит. На первый взгляд это, казалось, противоречило закону тяготения. Однако далеко не всякое противоречие опровергает теорию.

Если бы вокруг Солнца двигалась одна-единственная планета, ее путь в точности совпадал бы с орбитой, вычисленной на основе закона тяготения. Однако в действительности вокруг нашего дневного светила обращаются девять больших планет, взаимодействующих не только с Солнцем, но и друг с другом. Эти силы тяготения планет и приводит к тем самым отклонениям, о которых говорилось выше. Астрономы называют их "возмущениями".

Перемещение любого небесного тела в конечном счете полностью определяется действующей на него силой тяготения и той скоростью, которой оно обладает. Можно сказать, что в современном состоянии системы небесных тел однозначно заключено ее будущее. Поэтому основная задача и состоит в том, чтобы, зная взаимное расположение и скорости каких-либо небесных тел, рассчитать их будущие перемещения в пространстве. В математическом отношении задача эта весьма сложна. Дело в том, что в любой системе движущихся космических тел происходит постоянное перераспределение масс, а благодаря этому изменяется величина и направление сил, действующих на каждое тело. Поэтому даже для простейшего случая движения трех взаимодействующих тел до сих пор не существует полного математического решения. Точное решение этой проблемы, известной в "небесной механике" под названием "задачи трех тел", удается получить лишь в определенных случаях, когда имеется возможность ввести известное упрощение. Подобный случай имеет место, в частности, тогда, когда масса одного из трех тел ничтожна по сравнению с массами других.

Но именно так обстоит дело при расчете ракетных орбит, например, в случае полета к Луне. Масса космического корабля настолько мала в сравнении с массами Земли и Луны, что ее можно не принимать во внимание. Это обстоятельство делает возможным точные расчеты ракетных орбит.

Итак, законы действия сил тяготения планет нам хорошо известны, и мы с успехом научились пользоваться ими для решения целого ряда практических задач.

Инструменты