Добавь сайт в закладки! Инструкция по ссылке.
Но стоит разобраться в процессе чуть глубже и окажется, что за этим утверждением стоит совершенно реальный факт о природе гравитации. Другое дело, что он во многом гипертрофирован. Давайте разберём детали.
Два тела, одна физика
Начнём с основ. Когда говорят что-то в стиле «Земля вращается вокруг Солнца» или «Луна вращается вокруг Земли», это удобное, но неточное описание. Ньютоновская гравитация устроена иначе.
Два тела притягивают друг друга с одинаковой по модулю силой. Солнце тянет Землю и Земля тянет Солнце с той же самой силой. Просто Солнце в 333 000 раз массивнее, поэтому оно почти не двигается в ответ, а Земля описывает большую эллипсоидальную орбиту.
Ключевое слово здесь «почти». В действительности оба тела вращаются вокруг общего центра масс то есть точки, которую физики называют барицентром (от греческого barys — тяжёлый).
Представьте себе штангу с двумя гирями разного веса. Если поднять её за середину, она перевесит в сторону тяжёлой гири. Нужно найти такую точку опоры, чтобы система оказалась в равновесии — это и будет центр масс. Для штанги с гирями 1 кг и 10 кг центр масс будет в 10 раз ближе к тяжёлой гире, чем к лёгкой.
Вся Солнечная система работает по тому же принципу.
Барицентр или центр, которого нет на карте
Расстояния тел от барицентра обратно пропорциональны их массам. Чем тяжелее тело, тем ближе оно находится к общему центру.
Солнце массивнее Юпитера примерно в 1047 раз. Значит, Солнце находится в 1047 раз ближе к барицентру, чем Юпитер. Юпитер обращается на расстоянии около 778 миллионов километров от Солнца. Делим на 1048 (сумма коэффициентов) и получаем, что барицентр системы Солнце–Юпитер находится примерно в 742 000 километров от центра Солнца.
Радиус самого Солнца составляет около 696 000 километров.
Вы уже видите, к чему это ведёт. Барицентр системы Солнце-Юпитер находится за пределами Солнца — примерно в 1,07 его радиуса от центра, то есть чуть выше его поверхности. Не в глубинах светила, не где-то в пространстве на полпути к Юпитеру — а буквально у самого края звезды.
И это меняет всё описание физики движения системы.
Что на самом деле происходит
Строго говоря, ни Юпитер, ни Солнце не вращаются вокруг друг друга. Оба они вращаются вокруг барицентра — невидимой точки в пространстве. Юпитер описывает большую орбиту вокруг неё, Солнце — маленькую. Как в паре фигуристов, где один большой и тяжёлый почти стоит на месте, слегка покачиваясь, а другой носится вокруг на длинном радиусе.
Для всех остальных планет (Земли, Марса, Сатурна) барицентр соответствующей пары с Солнцем находится глубоко внутри звезды, практически совпадая с её геометрическим центром. Но это всё равно не то, что мы представляем. Для них приближение «вращается вокруг Солнца» работает с превосходной точностью. И это происходит не из-за того, что кто-то воткнул невидимый циркуль в точку центра Солнца и планеты стали уверенно крутиться вокруг этой точки.
Юпитер тут исключение. Его масса составляет 2,5 массы всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых. Он настолько тяжёл, что буквально «вытаскивает» барицентр за пределы Солнца.
Почему это не просто игра слов
Можно возразить… ну и что? Барицентр — это же абстрактная точка, математический артефакт. Разве важно, где именно она находится? Или написать в комментариях что-то в стиле а зачем мне это знать.
Оказывается, это важно. И очень практически.
Во-первых, именно этот эффект используется для поиска экзопланет. Когда мы наблюдаем за далёкой звездой и видим, что она слегка «покачивается» то есть периодически приближается и удаляется — это значит, что рядом с ней есть массивное тело, и оба вращаются вокруг общего барицентра. Именно так, например, была открыта первая достоверно подтверждённая экзопланета у солнцеподобной звезды — 51 Pegasi b — в 1995 году.
Во-вторых, положение барицентра влияет на долгосрочную стабильность орбит в планетарных системах. Система, где барицентр находится внутри центральной звезды, ведёт себя иначе, чем система с «внешним» барицентром.
В-третьих, это ещё одна прекрасная иллюстрация того, что интуитивные модели могут скрывать за собой более глубокую и интересную реальность.
Насколько покачивается Солнце?
Орбитальная скорость Юпитера вокруг барицентра составляет около 13 км/с. Что же насчёт Солнца? По третьему закону Ньютона и сохранению импульса Солнце движется со скоростью примерно 12,4 метра в секунду, чуть медленнее бегуна-спринтера. Это крошечная величина по астрономическим меркам, но вполне измеримая.
Орбита Солнца вокруг барицентра системы Солнце–Юпитер — это окружность радиусом 742 000 км, которую звезда проходит за 11,86 лет (орбитальный период Юпитера). Солнце буквально описывает небольшой круг в космосе, увлекаемое гравитацией газового гиганта.
Если добавить в расчёт все остальные планеты, особенно Сатурн, траектория центра Солнца превращается в сложную петляющую кривую. Центр нашей звезды никогда не стоит неподвижно.
Так что в итоге?
Так вращается ли Юпитер вокруг Солнца?
В строгом смысле нет. Оба тела вращаются вокруг общего барицентра, который находится за пределами Солнца. Это не метафора и не упрощение — это точное описание реального движения в системе отсчёта, где барицентр неподвижен.
Но утверждение «Юпитер не вращается вокруг Солнца» без контекста — это история, которая может ввести в заблуждение. Барицентр системы всё равно находится в непосредственной близости от Солнца (1,07 его радиуса — это буквально у поверхности), а не где-то на полпути к Юпитеру. Поэтому для большинства практических расчётов приближение «планеты вращаются вокруг Солнца» работает превосходно.
Так что реальность сложнее и интереснее любого упрощения — и при этом описывается одними и теми же уравнениями, которые мы знаем ещё со времён Ньютона.
Поделись видео: