kręci się, ale jak?


http://www.cosmographica.com/gallery/portfolio2007/content/bin/images/large/050_SaturnRings.jpg

Saturn
cosmographica.com

Trafiłem w internecie na Dziennik gwiazdowy, a w nim takie pytanie:

Dlaczego Saturn ma tylko dysk, a nie całą chmurę kamieni? To samo dotyczy galaktyk, dlaczego są płaskie, a nie kuliste? Czemu akurat TA płaszczyzna jest uprzywilejowaną płaszczyzną kumulowania się materii?

Pytanie pozornie banalne, ale kto potrafił je zadać? Odpowiedź wcale nie oczywista…
Co mówi kamieniowi, który znajdzie się poza dyskiem, żeby zjechał trochę niżej?
Środek ciężkości Saturna? Księżyc zjeżdża po osi obrotu własnego orbity wokół Saturna aż do płaszczyzny wspólnej z pełnym przekrojem – każdy obiekt (układ) dąży do stanu minimum energetycznego. Siła odśrodkowa wynika z ruchu satelity (komety nie pilnują się płaszczyzny Układu S.[1]) i jest równoważona przez siłę grawitacji centrum.

http://camillejr.files.wordpress.com/2012/10/saturn.png

W każdym punkcie poza płaszczyzną równikową istnieje siła wypadkowa, która powoduje ruch jakiegokolwiek znajdującego się tam obiektu. Jedynie na płaszczyźnie równikowej możemy zrównoważyć siłę odśrodkową z grawitacyjną.
~Dziennik gwiazdowy

Ważnym i rozstrzygającym o układzie sił elementem tego rysunku jest nie zaznaczona płaszczyzna orbity (tu oś pokrywa się z osią obrotu Saturna, ale mogłaby być dowolna). Rozkład sił zależy od osi i płaszczyzny orbity, oś obrotu własnego Saturna nie ma na to wpływu.
Zapytałem o taki problem astronoma (http://orion.pta.edu.pl/node/421) i dostałem nawet odpowiedź. Mam nadzieję, że ją zrozumiałem. Wynika z niej, że nie można rozważać tych orbit, jakby wyskoczyły z kapelusza, ale ewolucyjnie: satelity Słońca i planet ukształtowały się ewolucyjnie i nigdy nie miały początkowych, hipotetycznych orbit poza średnicą (zachowały moment pędu pierwotnego tworzywa). Inaczej orbitujące obiekty po prostu odpadałyby na zewnątrz lub spadały.

Oto pełna odpowiedź Jana Mietelskiego:
“Wymienione w Pańskim pytaniu standardowe ustawienie płaszczyzn orbitalnych i osi obrotu w układzie wielu ciał jest tłumaczone mechanizmem zachowania momentu pędu (MP), przejętego od dysku utworzonego niegdyś przez pierwotne tworzywo (pył i gaz) tego układu. Późniejsza fragmentacja dysku “porcjuje” także odpowiednio MP poszczególnym kondensacjom materii. Następnie trwa permanentna wymiana MP pomiędzy zaistniałymi już składnikami układu. Przykładami mogą być: rezonansowa synchronizacja okresów obrotu i obiegu Księżyca, przypływowe hamowanie obrotu Ziemi i tzw. wiekowe przyspieszenie ruchu orbitalnego Księżyca. W przypadku satelitów pochodzących z “łapanki” (wychwyt grawitacyjny) wstępne warunki geometryczne bywają oczywiście bardziej urozmaicone, ale mechanizm wymiany MP również funkcjonuje.
Planeta o zerowej prędkości obrotu jest przypadkiem teoretycznie możliwym, ale jedynie chwilowo (stała wymiana MP!). Obrót planety wpływa na ciężar ciał spoczywających na jej powierzchni, lecz w przypadku obiektów obiegających ją ma miejsce tylko ww. wymiana MP.
Pole magnetyczne planety wpływa wyraźnie na ruchy cząstek elementarnych i jonów, natomiast w przypadku krążących wokół niej obiektów makroskopowych może wywoływać jedynie drobne zakłócenia, zależne od ich własnych pól magnetycznych czy zawartości ferromagnetyków. Dominują jednak z reguły efekty grawitacyjne. Natomiast obecność magnetosfery (lub jej brak) nie wpływa istotnie na ew. powstanie księżyców danej planety.”

Cokolwiek ewolucja układu satelity z “planetą o zerowej prędkości obrotu” jest wciąż poza moimi możliwościami pojmowania… Muszę chyba poczytać o oddziaływaniu grawitacyjnym obiektów i orbitach.

Jakkolwiek to wygląda, nie ma problemu, by na orbitę wskoczył satelita o dowolnie pochylonej do osi obrotu własnego orbicie – wystarczy spojrzeć w niebo (oczywiście nic nie widać, ale te nasze maszynki gdzieś tam latają):

http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite

Animacja przedstawia orbity satelitów GPS na orbicie ziemskiej.
ze strony: http://en.wikipedia.org/wiki/Satellite

Również orbita geostacjonarna jest orbitą zawartą w płaszczyźnie równika, a nie dowolnego równoleżnika. W przeciwnym wypadku potrzebna byłaby energia na ciągłą korektę kursu. Satelita na tej orbicie zachowuje stałą pozycję nad wybranym punktem równika Ziemi, dzięki odpowiednim parametrom (wysokość, prędkość, czas okrążenia Ziemi równy dobie gwiazdowej).

Skoro ruch planet jest wynikiem ewolucyjnego tworzenia się satelitów Słońca, podobnie jak ruch pierścieni Saturna oraz księżyców wokół swoich planet, to zapewne w wyniku wielu zderzeń (oraz bezkolizyjnej wymiany MP) praobiektów w niestabilnych czasach powstawania dzisiejszego Systemu mamy teraz tak różne od siebie parametry osi obrotu własnego planet i osi obiegania Słońca. Poniższy przepiękny obrazek pokazuje różne pochylenie osi i płaszczyzn obrotu własnego planet do osi i płaszczyzny ekliptyki:

http://scienceblogs.com/startswithabang/2010/10/07/counterclockwise-but-there-are/

Kąt pomiędzy osią obrotu własnego planet i osią ekliptyki. Na schemacie jest jeszcze Pluton, który został zdegradowany w 2006 roku
Copyright 1999: Calwin J. Hamilton


[1]
Kometa Hale-Boppa: niebieska linia opisuje ruch ponad ekliptyką, zielona – pod płaszczyzną ekliptyki

http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/comets/hale-bopp.html

Kometa Hale-Boppa odwiedziła Układ Słoneczny 16 grudnia 1996.
Następna wizyta około roku 4385.

Kometa Halley’a porusza się w przeciwnym kierunku niż planety:

http://csep10.phys.utk.edu/astr161/lect/comets/halley.html

Kometa Halleya w 1996 roku. Widok Układu Słonecznego w płaszczyźnie ekliptyki.
Następna wizyta już w 2024 roku.


Reklamy
Ten wpis został opublikowany w kategorii Uncategorized i oznaczony tagami , , . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

2 odpowiedzi na „kręci się, ale jak?

  1. camillejr pisze:

    Przyznam, że rozwiązanie problemu wciąż jest dla mnie niewyraźne. Przypuszczalnie powinniśmy jeszcze znaleźć odpowiedź na pytanie dlaczego planety w ogóle się obracają wokół własnej osi 😛 Czyli gdyby teraz w pobliżu Saturna przeleciał kamień, i został wychwycony przez grawitację planety, mógłby sobie krążyć w zupełnie dowolnym miejscu?

    Znalazłam ten sam problem na Physics Forums:
    http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=418268&highlight=saturn

    Polubienie

    • darjusz pisze:

      Przyznaję, że nie czuję, by problem został wyjaśniony, do tego dziwi mnie, że tak mało informacji na ten temat gdziekolwiek, czyżby to był temat jakiejś bardzo zaawansowanej astrofizyki?

      Polubienie

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s