Айзък Азимов
Гравитационната гибел на вселената (7) (Колапсиращата вселена или историята на черните дупки)

Към текста

Метаданни

Данни

Включено в книгата
Оригинално заглавие
The Collapsing Universe (The Story of Black Holes), (Пълни авторски права)
Превод от
, (Пълни авторски права)
Форма
Научен текст
Жанр
Характеристика
  • Няма
Оценка
5,7 (× 24 гласа)

Информация

Сканиране
gogo_mir (2011 г.)
Корекция и форматиране
Ripcho (2011 г.)

Издание:

Айзък Азимов. Гравитационната гибел на вселената

Преводач: Радка Динекова

Рецензент: Валери Голев

Рецензенти на превода: Надка Стоянова, Красимира Абаджиева

Редактор: Валери Голев

Художник на корицата: Владимир Минчев

Художник-редактор: Димитър Петков

Технически редактор: Йорданка Иванова

Коректор: Славка Кръстева

Код: 01\9532421331\2332-2-90

Американска. Издание I.

Формат 70X90/32 Печ. коли 18,00 Изд. коли 10,51 УИК 12,19

Държавно издателство „Народна просвета“ — София, 1990 г.

Държавна фирма „Полипринт“ — Враца

История

  1. — Добавяне

Другите планети

Определянето на масата на Земята не е важно само за себе си, но и поради факта, че е дало възможност на астрономите да определят масите на голям брой други обекти във Вселената.

Да вземем за пример Луната, единствения земен спътник, която е на 384 000 километра от нас и която обикаля Земята за 27 и 1/3 денонощия.

Ако трябва да сме точни, Земята и Луната имат общ гравитационен център. Законите на механиката изискват разстоянието от всяко тяло до този център да зависи от масата му. С други думи, ако масата на Луната е 1/2 от тази на Земята, тя трябва да бъде 2 пъти по-далеч от гравитационния център, отколкото Земята. Ако масата на Луната е 1/3 от земната, тя трябва да бъде 3 пъти по-далеч от гравитационния център, и т.н.

Положението на гравитационния център на системата Земя — Луна е определено от астрономите и е на 1650 km под земната повърхност или на 4720 km от центъра на Земята. (Помнете, че при гравитационните процеси е съществен гравитационният център.) Луната обикаля около тази точка, същото прави и Земята. Центърът на земното кълбо описва малък кръг около гравитационния център веднъж на всеки 27 и 1/3 денонощия.

Разстоянието от центъра на гравитация до лунния център е 81,3 пъти по-голямо от разстоянието му до земния център, понеже масата на Луната е 1/81,3 или 0,0123 от масата на Земята. Масата на Луната всъщност е 7,36 X 1025 g, но е по-удобно тя да се изразява в части от земната маса.

Астрономите изразяват масите на другите планети в Слънчевата система спрямо масата на Земята. Един от начините е да се сравняват влиянието на планетата върху нейния спътник и влиянието на Земята върху Луната.

Времето, за което малкият спътник прави една обиколка по орбитата си около планетата, зависи само от две неща: от разстоянието между спътника и центъра на планетата и от интензитета на гравитационното поле на планетата.

Например планетата Юпитер има спътник, наречен Йо, който се намира почти точно на същото разстояние от Юпитер както Луната от Земята. Но Йо обикаля Юпитер за 1 и 3/4 денонощия, докато на Луната са й необходими 27 и 1/3 денонощия.

Лесно е да се пресметне, че за да може Юпитер да застави Йо да го обикаля толкова бързо, гравитацията му трябва да бъде 317,9 пъти по-голяма от земната. С други думи, Юпитер трябва да е 317,9 пъти по-масивен от Земята. Използувайки метода на спътниците, както и други методи, могат да се определят масите на всички обекти в Слънчевата система, които имат достатъчно големи размери.

В таблица 5 по реда на разстоянието им до Слънцето са посочени масите и плътностите на 9-те планети от Слънчевата система, както и на нашата Луна.

Таблица 5. Маси и плътности на планетите
Маса (Земя=1) Плътност (g/cm3)
Меркурий 0,055 5,4
Венера 0,815 5,2
Земя 1,000 5,52
Луна 0,0123 3,3
Марс 0,108 3,96
Юпитер 317,9 1,34
Сатурн 95,2 0,71
Уран 14,6 1,27
Нептун 17,2 1,7
Плутон 0,1 4,0

Интензитетът на гравитационното поле на всяко едно от тези тела е пропорционален на масата им и, както се вижда, Земята няма нито най-големия гравитационен интензитет, нито най-голямата маса сред планетите в Слънчевата система. Има четири по-масивни планети от Земята — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Юпитер е гигантът на планетната система. Той е около 2,5 по-масивен от всички останали 8 планети, взети заедно.

Интензитетът на гравитационното поле на планетите (или на което и да е тяло) намалява с квадрата на разстоянието, което означава, че относителният интензитет на гравитационното поле на две тела с различни маси се запазва непроменен при каквото и да е разстояние.

Например един космически кораб, който се намира на милиони километри от центъра на Юпитер, ще почувствува неговото гравитационно поле 317,9 пъти по-силно, отколкото това на Земята, ако е на същото разстояние и от земния център.

Ако космическият кораб увеличи разстоянието си от центъра на Юпитер двойно, например от един милион километра на два милиона, то на новото място гравитационното поле на Юпитер ще бъде само 1/4 от това, което е било в предишното място. Ако корабът направи същата маневра около Земята, то гравитационното поле на Земята също ще отслабне до 1/4 от първоначалното. Гравитационното поле на Юпитер на новото място на кораба ще остане 317,9 пъти по-силно от това на Земята.

И така, гравитационното поле на Юпитер ще бъде 317,9 пъти по-силно от гравитационното поле на Земята във всяка двойка съответствуващи си точки. Но какво ще стане, ако точките не си съответствуват?

Има само един случай, когато ние сме принудени да останем на разстояние от центъра на една планета, което е различно от разстоянието до центъра на друга планета. Това става, когато трябва да кацнем на повърхността първо на едната планета, а след това — на повърхността на другата, като размерите на двете планети са различни.

Можем най-добре да илюстрираме това, като сравним Земята и Луната, понеже хората вече са стъпвали и на двата свята и предвижданията на теорията са били потвърдени.

Масата на Земята е 81,3 пъти по-голяма от тази на Луната и интензитетът на гравитационното поле на Земята за точки, намиращи се на равни разстояния от центровете на двете тела, винаги е 81,3 пъти по-голям от този на Луната.

Да предположим, че сме на повърхността на Луната. Следователно ние се намираме на 1738 km от центъра на Луната. А когато сме на повърхността на Земята, ние всъщност се намираме на 6371 km от земния център.

Интензитетът на гравитационното поле на повърхността на едно тяло се нарича повърхностна гравитация на това тяло (много важно понятие по пътя ни към черните дупки) и за да я пресметнем, трябва да вземем предвид разликите в разстоянията, до съответните центрове. Разстоянието от повърхността на Земята до центъра й е 3,666 пъти по-голямо от разстоянието, на което се намира лунната повърхност от центъра на Луната.

Гравитационният интензитет отслабва с квадрата на разстоянието, така че земната повърхностна гравитация ще намалее 3,666 X 3,666, или 13,44 пъти заради разликата в разстоянията. Следователно трябва да разделим пълния интензитет на земното гравитационно поле, който е 81,3 по-голям от лунния, на 13,44 — ще получим 6,05.

И така, Земята има маса 81,3 пъти по-голяма от масата на Луната, но при все това нейната повърхностна гравитация е само 6,05 пъти по-голяма от лунната. Иначе казано, повърхностната гравитация на Луната е около 1/6 от земната.

По същия начин можем, да изчислим повърхностните гравитации на всички тела от Слънчевата система. Четирите планети гиганти създават проблеми, защото това, което ние виждаме като техни „повърхности“, представляват всъщност външните слоеве на огромните им атмосфери, чиито дебелини не е лесно да бъдат определени. Ние даже не сме сигурни дали някъде вътре в тях въобще съществува твърда или течна повърхност. Ако обаче претендираме, че можем да стъпим по някакъв начин върху горната част на облачния слой, и изчислим интензитета на гравитационното поле в това място, можем да наречем получилата се стойност „повърхностна гравитация“. Вземайки предвид тези съображения, можем да съставим таблица 6.

Таблица 6. Повърхностна гравитация
Повърхностна гравитация (Земя = 1)
Меркурий 0,37
Венера 0,88
Земя 1,00
Луна 0,165
Марс 0,38
Юпитер 2,64
Сатурн 1,15
Уран 1,17
Нептун 1,18
Плутон 0,4