Предел роша для земли


Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

Конечно, нашей планете повезло, что вокруг неё вращается довольно крупный спутник, но если бы вместо луны Землю окружали бы такие же кольца, как у Сатурна, небо над нами было бы гораздо живописней.

На самом деле, одно кольцо у Земли всё-таки было. Когда планета Тея столкнулась с Землёй, огромное количество её осколков было выброшено в космос. Эти осколки стали вращаться вокруг Земли, образуя пояс, но со временем соединились в одно целое — нашу Луну. Это произошло только благодаря тому, что фрагменты Теи вращались внутри так называемого «предела Роша».

Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна
Эдуард Рош

В 1848 году французский математик Эдуард Рош рассчитал, что если бы крупный спутник мог приблизиться к планете на достаточно близкое расстояние, то был бы разорван силой гравитации этой планеты. Дело в том, что сила притяжения планеты действует на спутник неравномерно: самое сильное притяжение испытывает та часть спутника, что находится к планете ближе всего, а самое слабое, соответственно, приходится на самую дальнюю от планеты точку. Чем ближе приближается спутник, тем больше разница этих сил, и в какой-то момент спутник просто разрывается на куски. У каждой планеты есть такой предел, который и называется пределом Роша.

По одной из версий, кольца Сатурна находятся как раз внутри этого предела. Материя, из которой они состоят, не образовала спутник, потому что сила притяжения Сатурна не позволяет частицам сгруппироваться.

Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

Другая популярная версия гласит, что когда-то у Сатурна имелся один или несколько спутников, вращавшихся за пределом Роша. Чем крупнее планета, тем большей силой притяжения она обладает, а чем больше сила притяжения, тем дальше предел Роша. По мере того, как Сатурн увеличивался в размерах, предел Роша отодвигался всё дальше, пока не достиг спутников. Спутники разорвало на кусочки, которые и стали кольцами Сатурна.


Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна
Спутники Сатурна

Согласно ещё одной теории, несколько сот миллионов лет назад один или несколько спутников Сатурна приблизились к пределу Роша и разорвались на части. Миллионы лет образовавшиеся фрагменты вращались вокруг газового гиганта, сталкиваясь друг с другом и разлетаясь на куски всё мельче и мельче, пока не раскрошились на частицы, которые сегодня и составляют материю колец.

Любой из этих сценариев мог бы сформировать кольца и вокруг нашей планеты. Этого не произошло, но мы можем пофантазировать, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна.

Если бы наши кольца были соразмерны кольцам Сатурна, то представить, как бы они выглядели с разных мест на Земле не так уж сложно.

Если смотреть с экватора, они находились бы прямо над головой и казались бы одной яркой линией, изогнувшейся от горизонта до горизонта. Вот так, к примеру, кольца смотрелись бы из столицы Эквадора Кито:


Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

Если отъехать немного севернее — до Гватемалы, то кольца начали бы распространяться по небу. Наблюдаемое из космоса сияние Земли стало бы во много раз ярче, поскольку от колец отражалось бы намного больше солнечного света, чем от Луны.

Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

Отправившись куда-нибудь в Полинезию, к тропику Козерога (23° южной широты), можно было бы увидеть совершенно другую, не менее живописную картину: каждую ночь в середине кольца появляется тёмный овал — тень от Земли. Ниже вы видите кольца такими, какими бы они выглядели в полночь, когда тень добралась бы до своей верхней точки. По краям тень обрамляет оранжево-розовая полоска — это солнечный свет проходит через земную атмосферу.

Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

Ближе к Вашингтону (38° широты) кольца начинают опускаться за горизонт, но всё равно хорошо видны и днём, и ночью.


Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

У Северного полярного круга кольца еле видны за горизонтом. Тем не менее, они заливают скупой ландшафт близ города Ном даже более ярким светом, чем наша полная луна. Только в отличие от солнца и луны они остаются на небосклоне и днём, и ночью — круглые сутки на одном и том же месте.

Посмотрите, как выглядела бы Земля, будь у неё такие же кольца, как у Сатурна

Источник: www.factroom.ru

С приближением массивного спутника к центральной планете его тело все более деформируется приливными силами и вытягивается вдоль продольной оси, соединяющей центры тяжести планет. Начиная с некоторого расстояния от центральной планеты до орбиты спутника, известного как предел Роша, приливная сила, действующая на спутник, становится больше силы его самогравитации.


я разрушения твёрдого спутника необходимо, чтобы разность этих сил превысила предел прочности пород спутника на разрыв, так как только в этом случае спутник теряет свою устойчивость и начинает разрушаться. Следовательно, для разрушения твёрдого спутника он должен как бы погрузиться в полость Роша на ту глубину, при которой притяжение со стороны центральной планеты превышает собственную силу тяжести спутника на величину, равную прочности его пород. В противоположность этому разрушение жидкого спутника путём перетекания его вещества на планету, начинается, как только спутник переходит на орбиту, равную пределу Роша. В астрофизике явления перетекания звёздного вещества от меньшей по массе звезды к большей в тесных двойных звёздных системах известны довольно широко (Физика космоса, 1986).

На пределе Роша угловые скорости вращения планеты и её спутника совпадают. Для Земли и Луны эта скорость приблизительно равнялась одному обороту за 6 ч. Для Луны радиус сферы Роша вокруг Земли был примерно равен 17 150 км и превышал радиус нашей планеты всего в 2,7 раза. Исходный радиус Протолуны составлял приблизительно 2 560 км, тогда как благодаря приливным деформациям на пределе Роша большая полуось спутника вытягивалась в 1,5 раза, т.е. до 3 840 км. Средний радиус Протоземли и тогда уже приблизительно равнялся радиусу современной Земли (6 370 км), с учётом же быстрого вращения Земли её экваториальный радиус тогда достигал 6 720 км. Отсюда можно подсчитать, что в момент перехода Протолуны на орбиту предела Роша она нависала над земной поверхностью на высоте всего около … 6 590 км (можно только догадываться, какое впечатление могло производить такое сближение планет!).


Разрушение жидкой и расслоённой (прошедшей дифференциацию) Протолуны при её переходе на орбиту критического предела с последующим постепенным погружением в сферу Роша должно было происходить за счёт стекания расплавленного вещества внутреннего (обращённого к центральной планете) приливного вздутия в сторону Протоземли. Сорванное с поверхности Протолуны силикатное вещество в форме небольших застывших «брызг» — лапиллий и «вулканических» бомб — должно было по широкой спирали устремляться к центральной планете, формируя вокруг Протоземли (в её экваториальной плоскости) достаточно плотные кольца раздробленного метеоритного материала вроде современных колец Сатурна, также возникших за счёт разрушения одного из спутников Сатурна на пределе Роша (рис. 23).

На первых этапах разрушения Протолуны осколки её внутреннего приливного горба неизбежно должны были выпадать на поверхность Протоземли, непосредственно передавая ей момент количества движения спутника. В дальнейшем выпадение осколков из плотных метеоритных роев на Протоземлю, по-видимому, происходило уже под влиянием возмущающего действия самого спутника на потоки осколочного вещества в кольцах и процессов столкновения в них отдельных частиц. Это, в свою очередь, должно было приводить к турбулизации потоков осколочного вещества, к гашению кинетической энергии их движения и к выпадению осколков на поверхность центральной планеты. В результате угловая скорость осевого вращения Протоземли повышалась, а скорость погружения остатков Протолуны в сферу Роша уменьшалась.


Многие черты развития катастрофы Протолуны определялись скоростью её погружения в сферу Роша. Изучение этого процесса и выполненные нами оценки показывают, что скорость сближения наших планет тогда была достаточно большой: за один оборот Протолуны с периодом около 6 ч она погружалась в сферу Роша приблизительно на 24-35 м, а за год — на 35-51 км.

Как видно из приведённых оценок, сближение Протолуны с Протоземлей действительно происходило стремительно. При такой скорости погружения Протолуны в сферу Роша даже расплавленное, но все-таки вязкое протолунное силикатное вещество из внутреннего приливного выступа спутника просто не успевало стекать с его поверхности в сторону Протоземли. В результате Протолуна в те трагические для неё времена, могла погружаться в сферу Роша значительно глубже, чем это допускается теорией, не учитывающей конечную вязкость вещества разрушаемого спутника.

Задача разрушения расслоённого спутника с маловязким (единицы пуаз), но плотным (около 8 г/см3) ядром и более вязкой (порядка 1010 П), но легкой (около 3,3 г/см3) оболочкой при быстром его погружении в сферу Роша строго ещё не решена.


чественное рассмотрение этой проблемы показывает, что ситуация, по-видимому, должна была резко измениться, как только приливное ускорение со стороны Протоземли превысило ускорение силы тяжести на поверхности протолунного ядра. После этого момента, при быстром погружении спутника в сферу Роша, в большей части его ядра должны были возникнуть значительные растягивающие напряжения. В таких условиях после преимущественного разрушения внутреннего приливного горба Протолуны могло произойти быстрое «выливание» маловязкого расплавленного железа из её ядра на земную поверхность.

Если катастрофический разрыв расплавленного железного ядра Протолуны действительно произошёл достаточно быстро и большая часть его вещества вместе с остатками внутреннего приливного вздутия устремилась к Земле, то внешний приливный горб, менее всего пострадавший от разрушения и почти лишённый остатков «ядерного» железа, должен был испытать инерционную отдачу и перейти на более удалённую орбиту, т.е. покинуть опасную зону предела Роша.

К этому времени, как показывают расчёты, благодаря выпадению на Протоземлю большей части протолунного вещества её масса возросла до массы современной Земли, а угловая скорость осевого вращения за счёт приливных взаимодействий с Протолуной увеличилась до критического значения, равного угловой скорости орбитального обращения спутника на пределе Роша (один оборот приблизительно за 6 ч.). Благодаря инерционной «отдаче» остатки Протолуны, которые теперь уже можно называть Луной, должны были перейти на орбиту с меньшей орбитальной скоростью её обращения вокруг Земли. В результате после этого приливные взаимодействия планет поменяли свой знак на противоположный и молодая Луна начала отодвигаться от Земли, что и спасло её от окончательного разрушения, а собственное осевое вращение Земля стало тормозиться (продолжается этот процесс и сейчас).


Начиная с этого момента можно говорить об образовании на околоземной орбите настоящей Луны — вечного и верного спутника нашей планеты. Но образовалась она около 4,6 млрд лет назад ценой разрушения более крупной материнской планеты — Протолуны, захваченной несколько ранее гравитационным полем растущей Земли с соседней близкой орбиты.

Источник: gemp.ru

Луна
Молодая Луна поднимается над Национальным заповедником дикой природы Seedskadee в Вайоминге, 16 сентября 2016 года. Авторы и права: USFWS.

В сравнении другими космическими объектами Луна находится очень близко к нам, но я бы хотел, чтобы она была ещё ближе. Настолько близко, чтобы я смог увидеть мельчайшие детали на её поверхности без телескопа или бинокля.


Конечно, такая близость повлекла бы за собой ужасные проблемы. Например, интенсивные приливы, полное отсутствие хороших тёмных ночей для наблюдения звездопадов, и что-то ещё… ах да, полное уничтожение жизни на Земле. Пожалуй, я передумал, Луне лучше оставаться там, где она есть.

Среднее расстояние до нашего спутника составляет 384 467 километров. Я говорю “среднее”, потому что Луна на самом деле движется по эллиптической орбите. В ближайшей точке, расстояние составляет всего лишь 363 104 километров, а в самой дальней – 405 696 километров.

Таким образом, свету, путешествующему со скоростью 300 000 км/c, понадобится чуть более секунды, чтобы достичь нашего спутника. Луна очень далеко.

Но что случится, если Луна будет находиться гораздо ближе? Насколько близко она может располагаться и при этом всё ещё оставаться нашим спутником?

Опять же, я должен напомнить вам, что это чисто теоретические рассуждения. Луна не приближается к нам, а наоборот – она медленно удаляется от нас почти на 4 сантиметра в год.

Давайте вернёмся в прошлое, на миллиарды лет назад, когда молодая Земля столкнулась с объектом размером с Марс. Это катастрофическое столкновение выбросило огромное количество материала на орбиту нашей планеты. Со временем под действием гравитации из этого материала и сформировалась Луна, которую мы видим сегодня.

Вскоре после своего формирования, Луна была намного ближе, а Земля вращалась быстрее. В то время продолжительность дня на Земле не превышала 6 часов, а Луна совершала один оборот вокруг Земли всего за 17 суток.

Предел Роша
На расстоянии, которое соответствует пределу Роша, приливные силы и силы самогравитации уравниваются. Таким образом любая неустойчивость приведёт к разрушению спутника. Авторы и права: Theresa Knott.

Сила тяжести Земли остановила вращение Луны, а сила тяжести Луны постепенно замедлила вращение Земли. Таким образом, для сохранения общего углового момента системы, Луна должна постоянно отдалятся от нас.

Но если вы рассмотрите другой сценарий, в котором Луна вращается быстрее, чем планета, то Луна должна будет приближаться к нам. И это не приведёт ни к чему хорошему.

Для любых гравитационных взаимодействий существует критическая точка, которая называется предел Роша. Предел Роша – это точка, в которой объект, удерживаемый силой тяжести, подходит настолько близко к другому небесному телу, что оно начинает разрушаться.

Предел Роша определяется массами, размерами и плотностями двух объектов. Например, предел Роша для Земли и Луны составляет около 9 500 километров, при условии, что Луна является твёрдым шаром. Другими словами, если расстояние до Луны составит 9 500 километров или около того, то гравитация Земли разорвёт наш спутник.

Всё что останется от Луны – это кольцо мелких объектов, вращающихся вокруг нашей планеты. С течением времени все эти мелкие объекты упадут на Землю и это будут очень плохие дни для всего живого на Земле.

Но вы можете не волноваться, этого никогда не случится с Землёй, но возможно вы удивитесь узнав, что это произойдёт с Марсом. Его самый большой спутник Фобос вращается быстрее, чем планета, а это значит, что через несколько миллионов лет, он пересечёт предел Роша и будет разорван своей планетой на куски.

Марс
Исследователи считают, что спутник Марса Фобос может когда-нибудь превратиться в кольцо вокруг Красной Планеты. Авторы и права: Celestia.

И ещё один момент. Прочитав эту статью, у вас может возникнуть следующий вопрос: ведь я тоже отдельный объект, и я нахожусь ближе, чем предел Роша, так почему меня всё ещё не разорвало?

На самом деле сила тяжести, удерживающая вас на поверхности, очень незначительна по сравнению с химическими связями, которые обусловливают устойчивость молекул, из которых вы состоите. Именно поэтому физики считают силу гравитации довольно слабой силой по сравнению со всеми другими силами Вселенной. Только гравитационные силы чёрной дыры смогут нарушить ваши химические связи и разорвать вас на части.

Итак, минимальное расстояние на котором Луна останется Луной составляет примерно 9 500 километров, в противном случае наш единственный спутник разрушится и погубит всё живое на Земле.

Источник: universetoday.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.