Статья опубликована в рамках: I Международной научно-практической конференции «Естественные и математические науки: теория и практика» (Россия, г. Новосибирск, 11 декабря 2017 г.)

Наука: Физика

Секция: Астрометрия и небесная механика

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Юдин В.В. ОСЕВОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИТЕМЫ // Естественные и математические науки: теория и практика: сб. ст. по матер. I междунар. науч.-практ. конф. № 1(1). – Новосибирск: СибАК, 2017. – С. 36-48.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

ОСЕВОЕ ВРАЩЕНИЕ ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИТЕМЫ

Юдин Виктор Васильевич

канд. техн. наук, Ульяновский филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук, главный инженер

РФ, г. Ульяновск

AXIAL ROTATION OF SOLAR SYSTEM’S PLANETS

Victor Yudin

сandidate of Engineering Sciences, Kotel'nikov Institute of Radioengineering and Electronics of Russian academy of sciences, Ulyanovsk branch, chief engineer

Russia, Ulyanovsk

АННОТАЦИЯ

Обоснован механизм осевого вращения планет Солнечной системы. Рассмотрено влияние силового поля со стороны Солнца на неравномерность вращения планет, устойчивость движения планеты по орбите. Показано, что взаимодействующим веществом с силовым полем является водород в составе планет. Раскрыта причина аномального вращения Венеры и   наклон оси вращения Земли.

ABSTRACT

The mechanism of axial rotation of Solar system’s planets is justified. The effect of the Sun’s force field on the irregularity of the planets’ rotation, the stability of the planetary motion are considered. It is shown that hydrogen, as a part of planet, interacts with a force field. The cause of the anomalous rotation of Venus and the slope of the Earth's rotation axis are revealed.

 

Ключевые слова: силовое поле, водород, планета, угловая скорость, вращение, орбита.

Keywords: force field; hydrogen; planet; angular velocity; rotation; orbit.

 

Угловая скорость осевого вращения Земли является исходной величиной для решения ряда прикладных задач в локации небесных тел, метеорологии, поэтому выявление причин, вызывающих вращение планет, является важной задачей. В работе [1, с. 119-127] получена линейная зависимость между угловой скоростью вращения планет, их диаметром и положением на орбите

                                                                    (1)

где ωi – угловые скорости осевого вращения планет Солнечной системы; ωплугловая скорость планеты на орбитах других планет; di – диаметры планет Солнечной системы; dпл – диаметр планеты. Тем самым было показано, что угловая скорость вращения планет Солнечной системы не является случайной величиной. Всякая смена планетой орбиты возможна как от изменения внешнего воздействия, так и величины внутренней одной и той же физической характеристики для всех планет. Наиболее вероятно, что внутренней физической характеристикой является химический элемент (вещество, взаимодействующее с внешним воздействием) в составе планетного вещества, так как внутренняя физическая характеристика по условию (1) ограничена диаметром планеты, в отличие от магнитных и электромагнитных полей, не имеющих чётких границ. Поскольку ни одно из веществ не может быть равномерно распределено по объему на всех планетах, то для выполнения условия (1) взаимодействие должно происходить в приповерхностном и поверхностном слоях. Для перехода планеты на другую орбиту  должно измениться количество взаимодействующего вещества.

В общем случае, под внешним воздействием будем понимать механический аналог сил любой природы. Механическая сила и взаимодействующее с этой силой вещество проявляют себя в ряде известных физических явлениях, параметры которых в достаточной степени  исследованы и измерены. Приведем несколько тезисов для тех физических явлений, в которых, как мы считаем, участвуют векторное силовое поле и взаимодействующее с ним вещество.

Тезисы 1. Неравномерность угловой скорости осевого вращение Земли.

Векторное силовое поле представляет собой силу , траектория которой закручена вращением Солнца в спираль, подобно траектории солнечного ветра. Сила  раскладывается на две составляющие – сила , направленная по касательной к силе  в центре планеты, и сила , направленная по касательной к орбите Земли. Траекторию силы можно определить по неравномерности угловой скорости вращения Земли в течение года. Наибольшей угловой скорости соответствует наибольший момент вращения Мвр. Неравномерность вращения Земли принято обозначать через безразмерную величину ν=(ωЗст)/ωст=(ТЗ-Тст)/Тст, где ωЗ, ωст – осевая угловая скорость вращения Земли и стандартная скорость вращения;  ТЗ, Тст – длительность суток Земли и стандартных суток, Тст = 86400 с [2, с. 20-21]. На изменение скорости вращения Земли известное влияние оказывает Луна и Солнце, образуя приливную составляющую, которая достаточно изучена. О механизме влияния неприливной составляющей единого мнения нет. Покажем, как на неприливную составляющую влияет векторное силовое поле, взаимодействующее с веществом планеты. Без учета приливной составляющей Земля имеет наибольшую осевую угловую скорость вращения ω в начале августа и в начале февраля, причем в августе скорость наибольшая, а наименьшая скорость вращения в начале декабря и в начале мая [2, с. 30]. Разность между наибольшей в начале декабря и наименьшей в начале августа длительности суток составляет 1 мс, угловые скорости и моменты вращения также мало различимы.

Определить точно расчетным методом незначительное отклонение угловой скорости не представляется возможным без наличия дополнительных, полученных экспериментальным путем данных о распределении и величине силового поля. Наша задача состоит в том, чтобы показать характер изменения момента вращения планеты для разных положений её на орбите.

На рис. 1 показано действующее на Землю со стороны Солнца силовое поле  при прохождении планеты по орбите в начале августа и в начале декабря с наибольшей и наименьшей угловыми скоростями осевого вращения ω. На рис. 2 показана распределенная сила q по площади и результирующие силы , действующие на планету в августе и вызывающие момент вращения Мвр. Для упрощения рисунка распределенные силы обозначены по контуру площади.

 

Рисунок 1. Положение Земли на орбите в начале августа и в начале декабря, соответствующее наибольшей разности угловых скоростей осевого вращения, где ω - угловая скорость осевого вращения Земли; Ω - угловая скорость вращения Земли вокруг Солнца, Θ – угловая скорость осевого вращения Солнца.

 

В августе  проекция b оси вращения p планеты совмещена с касательной к траектории силы . Угол γ между касательной и радиусом орбиты R равен γ = α+β. В афелии планета проходит по орбите за одни сутки 60 угловых минут.

 

Рисунок 2. Распределенные силы вращения планеты в плоскости эклиптики qe и в перпендикулярной орбите планеты плоскости qτ, соответствующие максимальной угловой скорости осевого вращения Земли в августе месяце
 

Угол α между линией афелии и линией летнего солнцестояния 22 июня планета проходит в среднем за 13 суток или 8,6о. От линии афелии до положения на орбите с наибольшей скоростью вращения планета пройдет ещё 27 суток, что соответствует углу β =18о. Сумма углов α+β=26,6о равна углу, образованному касательной к орбите планеты и перпендикуляром к направлению силы . Угол наклона φ оси вращения р Земли к плоскости эклиптики равен φ = 23,5о. Из рис. 1 и рис. 2 видно, что чем больше углы γ и φ, тем больше qe max и qpmax. Для Земли эти величины близки друг к другу. Распределенная сила qτe max не изменяется, а сила qτр max << qτe max в декабре месяце.

Момент вращения планеты в августе есть сумма положительного момента, образованного результирующей силой , и отрицательного тормозящего момента, образованного результирующей силой . Тормозящий момент, вызванный распределенной силой в плоскости оси вращения qp, отсутствует.

В начале декабря к вращению приводит результирующая распределенной силы в плоскости эклиптики . Результирующая распределенной силы в плоскости оси вращения  равна нулю. Тормозящий момент представлен результирующей силой и в плоскости эклиптики  и в плоскости оси вращения . Угол между линией действия силы , направленной по касательной к силе  (на участке орбиты между августом и декабрем линейная скорость планеты нарастает) отклоняется от величины угла γ из-за инерции движения Земли.

Были вычислены моменты вращения для случая qе=qp, qе=1,5qp геометрическим способом для августа и декабря месяцев. Тормозящий момент ослабевает в августе и усиливается в декабре. Так как тормозящий момент меньше момента вращения и ещё больше усиливает расхождение угловых скоростей в августе и декабре, то его оценку не проводим.

1.     qе=qp. Момент вращения в августе равен моменту вращения в декабре:

Mвр = 0,0156 qе max πd3cos(23,5o),

где d – диаметр планеты.

Для  этого случая угловая скорость вращения планеты ω не изменяется.

2.     qе=1,5qp. Момент вращения в августе:

 Mвр = 0,0174(qе max + qр max)πd3cos(23,5o).

Момент в ращения в декабре:

Mвр = 0,0156 qе max πd3cos(23,5o).

Расхождение моментов составило 11,5% при расхождении распределённых сил на 50%. В январе момент вращения меньше чем в августе. Это может быть вызвано большей орбитальной скоростью Земли. Прохождение Земли в перигелии за одни сутки составляет 62 угловые минуты.

Рассуждая аналогично, следует ожидать, что расхождение угловых скоростей осевого вращения Марса будет примерно равно расхождению для Земли, так как угол наклона оси вращения составляет φ=25,2о, но и угол γ тоже увеличивается по мере удаления от Солнца, т.е. соотношением между  qе max и qр max может сохраниться. Следует отметить, что геометрические вычисления для Марса останутся такими же, как и для Земли.

Тезисы 2. Устойчивость орбит планет Солнечной системы.

Силовое поля  вращает планету и стремится удалить её от Солнца. При этом сила  направлена по касательной q к силе  под углом γ. Сила  оказывает тормозящее действие осевому вращению, перемещает планету по орбите в направлении вращения и направлена по касательной к ней. Равнодействующая этих сил  является составной частью центробежной силы , уравновешивающей силу притяжения Ньютона , как показано на рис. 3. Известные теории устойчивости планет на орбитах вынуждены использовать разного рода приближения, например, представление тел точечными массами без учета строения планет, что приводит к противоречивым результатам. Равновесие силы гравитационного взаимодействия и центробежной силы допускает наличие любого расстояния от Солнца до орбиты планеты, что также отражается негативно на результаты численного моделирования устойчивости Солнечной системы [3].

 

Рисунок 3. Равновесие силы притяжения Ньютона   и центробежной силы с входящей в её состав равнодействующей силы 

 

Сила  является стабилизирующей силой и удерживает планету на орбите L. На рис. 4 а) показан случай, когда планета по какой-либо причине отклонилась от своей орбиты (без изменения количества взаимодействующего вещества планеты с силовым полем) и приблизилась к Солнцу. Силы  и  будут увеличиваться, и отношение сил / также будет увеличиваться. Однако из-за уменьшения угла γ скорость увеличения силы  будет меньше скорости увеличения силы . Равнодействующая сила  меняет направление и начинает тормозить планету, линейная скорость планеты на орбите уменьшается, и планета возвращается на прежнюю орбиту.

 

а)

б)

Рисунок 4. Стабилизация положения Земли на орбите посредством изменения направления равнодействующей силы : а) – при приближении к Солнцу; б) – при удалении от Солнца

 

 

Случай возврата планеты при удалении от Солнца, показан на рис. 4 б). Равнодействующая сила  будет ускорять движение планеты до тех пор, пока направление силы  и не совпадут.

Тезисы 3. Обратное вращение Венеры.

Общим веществом в поверхностном слое всех планет Солнечной системы является водород в свободном или в химически связанном состоянии. Распределение водорода по планетам подчиняется закономерности, выявленной Лариным В.Н [4, с. 17-29]. Он показал, что при формировании протопланетного диска из-за высокого потенциала ионизации водород беспрепятственно проходил через силовые линии магнитного поля небулы (Протосолнца). В результате в планетах, ближе расположенных к Солнцу, содержится наименьшее отношение массы водорода МН к общей массе планеты и это отношение монотонно растёт по мере удаления планет от Солнца.

Силовое поле со стороны Солнца взаимодействует с водородом в составе планетного вещества, при этом силы и q взаимодействия будут равны произведению ускорения поля на массу водорода , .

Пример селективного взаимодействия силового поля с водородом планет далеко не единственный в природе. Есть другие примеры селективного взаимодействия физического поля с веществом, например, электромагнитное поле сверхвысокой частоты разогревает радиопоглощающие материалы с большим тангенсом угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемостью материала (вода и др.). Радиопрозрачные материалы с низкими диэлектрическими показателями практически не нагреваются (стекло, фторопласт и др.).

Рассмотрим взаимодействие водорода с силовым полем со стороны Солнца на примере с Венерой, обратное осевое вращение которой не было убедительно объяснено. Под влиянием радиационного нагрева облака Венеры со стороны Солнца будут испытывать большее давление, чем на теневой стороне, как показано на рис. 5. В результате выравнивания давлений, на теневой стороне Венеры сосредоточено больше по массе облаков, чем на солнечной. Зонд «Венера-экспресс» показал, что облачный слой Венеры простирается гораздо выше на ночной стороне по сравнению с дневной. На дневной стороне облачный слой имеет толщину 20 км, а атмосферная дымка простирается приблизительно до 65 км, тогда как на ночной стороне облачный слой в форме плотного тумана достигает 90 км в высоту, проникая в мезосферу и даже выше (105 км), уже как прозрачная дымка [5]. У Венеры водород большей частью входит в состав водяного пара, по весу равному 3·10-5 массы планеты [6, с. 134]. Вода в недрах планеты составляет 3·10-9 массы планеты [6, с. 133].

 

Рисунок 5. Осевое вращение Венеры противоположно направлению вращения планет Солнечной системы на виде со стороны северного полушария
 

Результирующая сила  создает момент вращения облаков в обратном направлении по сравнению с направлением осевого вращения планет Солнечной системы из-за того, что водород распределен ассиметрично относительно касательной q. За счет сил трения в условиях больших температур на поверхности планеты вращение облаков увлекает за собой планету. Результирующие силы и  являются тормозящими к силам и  соответственно.

Твердое вещество планеты из-за незначительного количества водорода в его составе, имеет меньший момент вращения, чем момент вращения облаков. Момент вращения твердого вещества планеты совпадает с моментами вращения планет Солнечной системы и направлен встречно моменту вращения облаков. Направление суммарного момента совпадает с направление движения облаков. Это объясняет, почему передача движения облаками твердому веществу планеты недостаточна и имеет величину ниже расчетной [6, с. 136].

Тезисы 4. Наклон оси вращения Земли к плоскости эклиптики.

Рассмотрим случай, когда водород неравномерно распределен на поверхности и приповерхностном слое планеты, что характерно для Земли. Так как подавляющее количество водорода на поверхности Земли сосредоточено в мировом океане, то центр масс водорода не совпадает с центром масс Земли. Центр площади воды находится приблизительно около точки 55o ю.ш. и 162o з.д., и является географическим центром океанической поверхности Земли [7]. Центр масс водорода лежит на радиусе, проходящим через центр площади воды, недалеко от центра масс Земли.

 

Рисунок 6. Образование угла наклона оси вращения в результате действия сил и на центр масс водорода ЦН поверхностного слоя Земли

 

Земля является гироскопом и составляющие  и  силы действуют на центр масс водорода ЦН  как показано на рис. 6.  Центр масс водорода здесь показан условно в среднем положении на вертикали к плоскости эклиптики за один период оборота Земли вокруг своей оси. Под действием силы ось Земли со стороны северного полюса перемещается в плоскости, перпендикулярной к направлению действия силы. Такое движение оси называется прецессионным, и оно будет происходить в течение всего времени действия внешней силы. При приложении момента внешней силы полюс Земли стремится кратчайшим путем к полюсу силы, где полюс Земли – вид на направленную к наблюдателю ось с направлением вращения против часовой стрелки, полюс силы – вид на приложенную силу и ось вращения, образующих крутящий момент против часовой стрелки.

Прецессия оси р Земли вызвана как приливной, так и неприливной составляющей неравномерности угловой скорости вращения. Наименьшая угловая скорость Земли ωапр соответствует положению планеты  на орбите в апреле месяце, где неравномерность вращения равна ν = - 44∙10-10. Кинетический момент Земли Н при этом минимален Н = Iωапр, где I – момент инерции Земли, а угловая скорость прецессии максимальна ω прец = Z/H, где Z – момент внешней силы. В результате действия момента внешней силы  ось Земли  в северном полушарии переместится в плоскости, проходящей через линии p и b во внутрь орбиты. Прецессия в апреле месяце будет максимальной из-за минимальной угловой скорости осевого вращения Земли.  При действии момента силы  ось Земли переместится в перпендикулярной к орбите плоскости во внешнюю сторону и будет меньше прецессии, вызванной силой . Обратим внимание, что прецессия, вызванная только приливной составляющей (Луной и Солнцем при неравномерности угловой скорости ν = - 17∙10-10 в апреле и ν = - 4,9∙10-10 в ноябре) меньше прецессии, вызванной неприливной составляющей (ν = - 27∙10-10 в апреле и ν = - 30∙10-10 в ноябре).

При прохождении орбиты Землей в ноябре месяце наблюдается второй максимум прецессии. Неравномерность вращения в ноябре составляет ν = - 35∙10-10. Угол φ= 23,5о есть средний угол, на который  земная ось переместилась (наклонилась) за период обращения планеты по орбите.

Подобные процессы происходят на Марсе. Вода на Марсе скрыта под твердым слоем поверхности. Поверхность южного полушария Марса выше северного на 1 ÷ 2 км. Это привело к увеличению относительного содержания воды (соответственно – водорода) в объеме приповерхностного слоя, способствовало образованию неравномерного распределения водорода по поверхности южного полушария из-за изменения рельефа. У Меркурия и Венеры вода распределена в приповерхностном слое более равномерно. Поверхности этих планет в большей степени равнинные, поэтому наклон осей у них практически равен нулю.

Результаты работы показали, что в основе перечисленных физических явлений лежат процессы взаимодействия силового поля со стороны Солнца с водородом на планетах Солнечной системы, который находится в поверхностных и приповерхностных областях. Это взаимодействие способно объяснить причину вращения планет, неравномерность вращения, наклон оси вращения, устойчивость планетных орбит, аномалию вращения Венеры. Для более глубокого исследования темы необходимо экспериментальное подтверждение представленных в работе результатов. В техническом плане ограничений для проведения экспериментов нет.

 

 

Список литературы:

  1. Юдин В.В. Угловые скорости суточного вращения планет на взаимных орбитах / В.В. Юдин. Естественные и математические науки в современном мире. Сб. ст. по материалам XLIX междунар. научн. -практ. конф. № 12 (47) . Новосибирск: Изд. АНС «СибаК», 2016, стр. 119-127.
  2. Сидоренков Н.С. Физика нестабильности вращения Земли / Н.С. Сидоренков. – М.: Наука. Физматлит, 2002, - 384 с.
  3. Batygin K., Laughlin G. On the Dynamical Stability of the Solar System // The Astrophysical Journal, 683:1207-1216, 2008 August 20.
  4. Ларин В.Н. Наша Земля / В.Н. Ларин. – Москва: «Агар». 2005, - 243 с.
  5. Атмосфера_Венеры / - [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ (Дата обращения: 29.10.2017).
  6. Солнечная система / Ред. –сост. В.Г. Сурдин. – М.: Физматлит, 2008. – 400 с.
  7. Пат. 2090940 Российская Федерация, МПК7 G 09 В 25/00. Способ нахождения центра части земной поверхности / Фаизов Н.Г.; заявитель и обладатель Фаизов Н.Г. – № 0093026248/12; заявл. 07.05.1993; опубл. 20.09.1997.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий