Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
Сила тяжести на других планетах. МАОУ «Лицей №8» Презентация:Гилевой Владиславы, Осиповой Ксении. Руководитель:Голдобина Ольга Валерьевна.
2
слайд
Описание слайда:
Цель. Узнать подробнее о силе притяжения и силе тяжести. Выяснить на какой планете человек тяжелее, а на какой легче всего!?
3
слайд
Описание слайда:
Сила притяжения (сила тяжести). Представим себе, что мы отправляемся в путешествие по Солнечной системе. Какова сила тяжести на других планетах? На каких мы будем легче, чем на Земле, а на каких тяжелее? Пока мы еще не покинули Землю, проделаем такой опыт: мысленно опустимся на один из земных полюсов, а затем представим себе, что мы перенеслись на экватор. Интересно, изменился ли наш вес?
4
слайд
Описание слайда:
Известно, что вес любого тела определяется силой притяжения (силой тяжести). Она прямо пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату ее радиуса (об этом мы впервые узнали из школьного учебника физики). Следовательно, если бы наша Земля была строго шарообразна, то вес каждого предмета при перемещении по ее поверхности оставался бы неизменным. Сила притяжения (сила тяжести).
5
слайд
Описание слайда:
Где же мы легче??? Но Земля - не шар.. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного на 21 км. Выходит, что сила земного притяжения действует на экваторе как бы издалека. Вот почему вес одного и того же тела в разных местах Земли неодинаков. Тяжелее всего предметы должны быть на земных полюсах и легче всего - на экваторе. Здесь они становятся легче на 1/190 по сравнению с их весом на полюсах.
6
слайд
Описание слайда:
Небольшое уменьшение веса предметов на экваторе происходит также за счет центробежной силы, возникающей вследствие вращения Земли. Таким образом, вес взрослого человека, прибывшего с высоких полярных широт на экватор, уменьшится в общей сложности примерно на 0,5 кг.
7
слайд
Описание слайда:
Следует заметить, что для планет-гигантов значения веса даны на уровне верхнего облачного слоя, а не на уровне твердой поверхности, как у земноподобных планет (Меркурия, Венеры, Земли, Марса) и у Плутона. На поверхности Венеры человек окажется почти на 10% легче, чем на Земле. Зато на Меркурии и на Марсе уменьшение веса произойдет в 2,6 раза. Что же касается Плутона, то на нем человек будет в 2,5 раза легче, чем на Луне, или в 15,5 раза легче, чем в земных условиях.
8
слайд
Описание слайда:
Теперь условимся, что на Земле космонавт-путешественник весит ровно 70 кг. Тогда для других планет получим следующие значения веса (планеты расположены в порядке возрастания веса): Плутон:4,5 Меркурий:26,5 Марс:26,5 Сатурн:62,7 Уран:63,4 Венера:63,4 Земля:70,0 Нептун:79,6 Юпитер:161,2
9
слайд
Описание слайда:
… Как видим, Земля по напряжению силы тяжести занимает промежуточное положение между планетами-гигантами. На двух из них - Сатурне и Уране - сила тяжести несколько меньше, чем на Земле, а на двух других - Юпитере и Нептуне - больше. Правда, для Юпитера и Сатурна вес дан с учетом действия центробежной силы (они быстро вращаются). Последняя уменьшает вес тела на экваторе на несколько процентов.
10
слайд
Описание слайда:
Как известно, масса "красной планеты" в 9,31 раза меньше массы Земли, а радиус в 1,88 раза уступает радиусу земного шара. Следовательно, из-за действия первого фактора сила тяжести на поверхности Марса должна быть в 9,31 раза меньше, а из-за второго - в 3,53 раза больше, чем у нас (1,88 * 1,88 = 3,53). В конечном счете она составляет там немногим более 1/3 части земной силы тяжести (3,53: 9,31 = 0,38). Таким же образом можно определить напряжение силы тяжести на любом небесном теле.
Like Love Haha Wow Sad Angry
21 марта 2016 года NASA представило на своем сайте новую наиболее подробною на сегодняшний день карту гравитации Марса, позволяющую заглянуть в скрытый интерьер Красной планеты.«Гравитационные карты позволяют нам заглянуть внутрь планеты, подобно рентгену, который использует врач, чтобы увидеть внутренности пациента. Новая гравитационная карта будет полезна для будущего исследования Марса, потому что знания о гравитационных аномалиях помогут будущим миссиям более точно выходить на орбиту планеты. Кроме того, улучшенное разрешение нашей карты поможет понять тайны формирования некоторых регионов Марса», – сказал Антонио Дженова из Массачусетского технологического института, ведущий автор публикации об исследовании.
Улучшенная гравитационная карта предлагает новое объяснение того, как формируются некоторые особенности границы, отделяющей относительно пологие северные низменности от сильно кратерированного южного нагорья. Также команда исследователей путем анализа приливов в марсианской коре и мантии, вызванных гравитационным притяжением Солнца и двух спутников, подтвердила, что Марс имеет жидкое внешнее каменное ядро. И, наконец, наблюдая за изменением гравитации Марса в течение последних 11 лет, команда обнаружила огромное количество углекислого газа, который вымораживается из атмосферы над марсианскими полярными шапками в зимний период.
Карта марсианской гравитации. Взгляд на Северный полюс. Белым и красным цветом обозначены регионы с наибольшей гравитацией. Синий цвет обозначает районы с более низкой гравитацией. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
Карта была получена с помощью сети из трех космических аппаратов, кружащих на орбите Марса: Mars Global Surveyor (MGS), Mars Odyssey (ODY) и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Как и на других планетах, сила притяжения Марса ощущается космическими аппаратами, и их орбита немного изменяется. Например, притяжение над горой будет немного сильнее, а над каньоном – чуть слабее.
Незначительные изменения траектории полетов аппаратов фиксировались и отсылались на Землю. Именно эти колебания использовались для построения карты гравитационного поля Красной планеты.
Карта марсианской гравитации. Взгляд на Южный полюс. Белым и красным цветом обозначены регионы с наибольшей гравитацией. Синий цвет обозначает районы с более низкой гравитацией. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
«С новой картой мы смогли увидеть малые гравитационные аномалии около 100 километров в поперечнике. Мы определили мощность коры Марса с разрешением примерно 120 километров. Лучшее разрешение поможет интерпретировать, как кора планеты изменялась во многих регионах за марсианскую историю», – добавил Антонио Дженова.
Например, область с более низкой гравитацией между Acidalia Planitia и Tempe Terra объясняется системой подземных каналов, которые доставили воду и отложения из южного нагорья к северной низменности миллиарды лет назад, когда марсианский климат был влажным.
Карта марсианской гравитации, показывающая вулканический регион Tharsis. Синие регионы с наименьшей гравитацией могут быть трещинами в литосфере Марса. Credits: MIT/UMBC-CRESST/GSFC
Альтернативное объяснение этой аномалии заключается в том, что она может быть связана с прогибом или изгибом литосферы, внешнего слоя Марса, в связи с образованием области Tharsis. Эта область представляет собой вулканическое плато, простирающееся на тысячи километров и содержащее крупнейшие вулканы в Солнечной системе. Когда вулканы росли, литосфера прогибалась под их огромным весом.
Новая гравитационная карта позволила команде подтвердить мнение, что Марс имеет внешнее жидкое каменное ядро, а также уточнить измерения марсианских приливов и отливов.
Изменения в марсианской гравитации ранее измерялись миссиями MGS и ODY по наблюдению за полярными льдами. MRO был впервые применен для мониторинга массы планеты. Ученые определили, что в зимний период из атмосферы вымораживается 3-4 триллиона тонн углекислого газа, из которого и формируются полярные шапки. Это примерно от 12 до 16 процентов массы всей атмосферы Марса.
Like Love Haha Wow Sad Angry
Роман Захаров
главный редактор
Например, что такое электрический ток - есть множество определений, но ни одно из них не описывает его механизм в точности, без двусмысленности и неопределенности.
С другой стороны, электротехника достаточно сильно развитая наука, в которой с помощью математических формул подробно описываются любые электрические процессы.
Так вот почему бы не показать подобные процессы с помощью этих самых формул и компьютерной графики.
Но сегодня рассмотрим действие более простого процесса, чем электричество - силу тяготения. Казалось бы, что там сложного, ведь закон всемирного тяготения изучают в школе, но тем не менее… Математика описывает процесс так, как он проходит в идеальных условиях, в некоем виртуальном пространстве, где нет никаких ограничений.
В жизни обычно все не так и на рассматриваемый процесс непрерывно накладывается множество различных обстоятельств, незаметных или несущественных на первый взгляд.
Знать формулу и понимать её действие - это немножко разные вещи.
Итак, сделаем небольшой шаг к пониманию закона тяготения. Сам закон прост - сила тяготения прямо пропорциональна массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, но сложность заключается в невообразимом количестве взаимодействующих объектов.
Да, будем рассматривать только силу тяготения, так сказать, в полном одиночестве, что конечно неверно, но в данном случае допустимо, так как это просто способ показать невидимое.
И еще, в статье есть код JavaScript, т.е. все рисунки на самом деле нарисованы с помощью Canvas, поэтому целиком статью можно взять .
Отображение возможностей гравитации в Солнечной системе
В рамках классической механики гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками массы m 1 и m 2 , разделёнными расстоянием r , пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния - то есть:где G - гравитационная постоянная, равная примерно 6,67384×10 -11 Н×м 2 ×кг -2 .
Но мне бы хотелось бы видеть картинку изменения силы тяготения по всей солнечной системе, а не между двумя телами. Поэтому массу второго тела m 2 возьмем равной 1, а массу первого тела обозначим просто m . (То есть, представляем объекты в виде материальной точки - размером в один пиксел, а силу притяжения измеряем относительно другого, виртуального объекта, назовем его «пробным телом», с массой 1 килограмм.) При этом формула будет иметь вид:
Теперь, вместо m подставляем массу интересующего тела, а вместо r перебираем все расстояния от 0 до значения орбиты последней планеты и получим изменение силы тяготения в зависимости от расстояния.
При наложении сил от разных объектов выбираем большую по величине.
Далее, выражаем эту силу не в цифрах, а в соответствующим им оттенках цвета. При этом получится наглядная картинка распределения гравитации в солнечной системе. То есть в физическом смысле, оттенок цвета будет соответствовать весу тела массой 1 килограмм в соответствующей точке солнечной системы.
Следует заметить, что:
- сила тяготения всегда положительна, не имеет отрицательных значений, т.е. масса не может быть отрицательной
- сила тяготения не может быть равна нулю, т.е. объект либо существует с какой-то массой, либо не существует вообще
- силу тяготения нельзя ни заэкранировать, ни отразить (как луч света зеркалом).
Давайте теперь рассмотрим как отобразить величины силы тяготения цветом.
Чтобы показать числа цветом нужно создать массив в котором индекс был бы равен числу, а значением являлось значение цвета в системе RGB.
Вот градиент цвета от белого к красному, затем желтому, зеленому, синему, фиолетовому и черному. Всего получилось 1786 оттенков цвета.
Количество цветов не так уж и велико, их просто не хватит для отображения всего спектра сил тяготения. Ограничимся силами тяготения от максимальной - на поверхности Солнца и минимальной - на орбите Сатурна. То есть, если силу притяжения на поверхности Солнца (270,0 Н) обозначить цветом, находящимся в таблице под индексом 1, то сила притяжения к Солнцу на орбите Сатурна (0,00006 Н) будет обозначена цветом, с индексом далеко за 1700. Так что все равно цветов не хватит для равномерного выражения величин силы тяготения.
Для того чтобы было хорошо видно самые интересные места в отображаемых силах притяжения нужно чтобы величинам силы притяжения меньше 1Н соответствовали большие изменения цвета, а от 1Н и выше, соответствия не так интересны - видно что сила притяжения, скажем Земли, отличается от притяжения Марса или Юпитера, да и ладно. То есть, цвет не будет пропорционален величине силы притяжения, иначе мы «потеряем» самое интересное.
Для приведения значения силы притяжения к индексу таблицы цвета воспользуемся следующей формулой:
Да, это та самая гипербола, известная ещё со средней школы, только предварительно из аргумента извлечен квадратный корень. (Взято чисто «от фонаря», только для того, чтобы уменьшить соотношение между самым большим и самым маленьким значениями силы притяжения.)
Посмотрите как распределятся цвета в зависимости от притяжения Солнца и планет.
Как видите на поверхности Солнца наше пробное тело будет весить около 274Н или 27,4 кГс, так как 1 Н = 0,10197162 кгс = 0,1 кгс. А на Юпитере почти 26Н или 2,6 кгс, на Земле наше пробное тело весит около 9,8Н или 0,98кгс.
В принципе, все эти цифры очень-очень приблизительные. Для нашего случая это не очень важно, нам нужно превратить все эти значения силы притяжения в соответствующие им значения цвета.
Итак, из таблицы видно, что максимальная величина силы притяжения равна 274Н, а минимальная 0,00006Н. То есть разнятся более чем в 4,5 миллиона раз.
Также видно что все планеты получились почти одного цвета. Но это неважно, важно что будет хорошо видно границы притяжения планет, так как силы притяжения малых значений достаточно хорошо изменяются по цвету.
Конечно, точность невелика, но нам и нужно просто получить общее представление о силах гравитации в Солнечной системе.
Теперь «расставим» планеты в места, соответствующие их удалению от Солнца. Для этого к полученному градиенту цвета нужно приделать какое-то подобие шкалы расстояний. Кривизну орбит, я думаю, можно не учитывать.
Но как всегда космические масштабы, в прямом смысле этих слов, не дают увидеть картинку целиком. Смотрим, Сатурн находится приблизительно в 1430 миллионах километров от Солнца, индекс соответствующий цвету его орбиты равен 1738. Т.е. получается в одном пикселе (если брать в этом масштабе один оттенок цвета равен одному пикселу) приблизительно 822,8 тысяч километров. А радиус Земли приблизительно 6371 километр, т.е. диаметр 12742 километра, где-то в 65 раз меньше одного пиксела. Вот и как тут соблюдать пропорции.
Мы пойдем другим путем. Так как нам интересна гравитация околопланетного пространства, то будем брать планеты по отдельности и раскрашивать их и пространство вокруг них цветом, соответствующим гравитационным силам от них самих и Солнца. Например, возьмем Меркурий - радиус планеты 2,4 тыс. км. и приравняем его к кругу диаметром 48 пикселов, т.е. в одном пикселе будет 100 км. Тогда Венера и Земля будут соответственно 121 и 127 пикселов. Вполне удобные размеры.
Итак, делаем картинку размером 600 на 600 пикселов, определяем значение силы притяжения к Солнцу на орбите Меркурия плюс/минус 30000 км (чтобы планета получилась в центре картинки) и закрашиваем фон градиентом оттенков цвета соответствующим этим силам.
При этом, для упрощения задачи, закрашиваем не дугами, соответствующего радиуса, а прямыми, вертикальными линиями. (Грубо говоря, наше «Солнце» будет «квадратным» и всегда будет находиться на левой стороне.)
Для того, чтобы цвет фона не просвечивался сквозь изображение планеты и зоны притяжения к планете, определяем радиус окружности, соответствующей зоне, где притяжение к планете больше притяжения к Солнцу и закрашиваем её в белый цвет.
Затем в центр картинки помещаем круг, соответствующий диаметру Меркурия в масштабе (48 пикселов) и заливаем его цветом, соответствующим силе притяжения к планете на её поверхности.
Далее от планеты закрашиваем градиентом в соответствии с изменением силы притяжения к ней и при этом постоянно сравниваем цвет каждой точки в слое притяжения к Меркурию с точкой с такими же координатами, но в слое притяжения к Солнцу. Когда эти значения становятся равными, делаем этот пиксел черным и дальнейшее закрашивание прекращаем.
Таким образом получим некую форму видимого изменения силы притяжения планеты и Солнца с четкой границей между ними черного цвета.
(Хотелось сделать именно так, но… не получилось, не смог сделать попиксельное сравнение двух слоев изображения.)
По расстоянию 600 пикселов равны 60 тыс. километров (т.е. один пиксел - 100 км).
Сила притяжения к Солнцу на орбите Меркурия и возле него изменяется лишь в небольшом диапазоне, который в нашем случае обозначается одним оттенком цвета.
Итак, Меркурий и сила тяготения в окрестностях планеты.
Сразу следует отметить, что восемь малозаметных лучей это дефекты от рисования окружностей в Canvas. Они не имеют никакого отношения к обсуждаемому вопросу и их следует просто не замечать.
Размеры квадрата 600 на 600 пикселей, т.е. это пространство в 60 тыс. километров. Радиус Меркурия 24 пиксела - 2,4 тыс. км. Радиус зоны притяжения 23,7 тыс. км.
Круг в центре, который почти белого цвета, это сама планета и её цвет соответствует весу нашего килограммового пробного тела на поверхности планеты - около 373 грамм. Тонкая окружность синего цвета показывает границу между поверхностью планеты и зоной, в которой сила тяготения к планете превышает силу тяготения к Солнцу.
Далее цвет постепенно изменяется, становится все более красным (т.е. вес пробного тела уменьшается) и наконец, становится равным цвету, соответствующему силе притяжения к Солнцу в данном месте, т.е. на орбите Меркурия. Граница между зоной где сила притяжения к планете превышает силу притяжения к Солнцу также отмечена синей окружностью.
Как видите, ничего сверхъестественного нет.
Но в жизни несколько другая картина. Например, на этом и всех остальных изображениях, Солнце находится слева, значит на самом деле, область притяжения планеты должна быть немного «сплющена» слева и вытянута справа. А на изображении - окружность.
Конечно, лучшим вариантом было бы попиксельное сравнение области притяжения к Солнцу и области притяжения к планете и выбор (отображение) большей из них. Но на такие подвиги ни я, как автор этой статьи, ни JavaScript не способны. Работа с многомерными массивами не является приоритетной для данного языка, зато его работу можно показать практически в любом браузере, что и решило вопрос применения.
Да и в случае Меркурия, и всех остальных планет земной группы, изменение силы притяжения к Солнцу не так велико, чтобы отобразить его имеющимся набором оттенков цвета. А вот при рассмотрении Юпитера и Сатурна изменение силы притяжения к Солнцу очень даже заметно.
Венера
Собственно, все тоже самое что и у предыдущей планеты, только размер Венеры и её масса значительно больше, а сила притяжения к Солнцу на орбите планеты меньше (цвет более темный, вернее, более красный), а планета большей массы, поэтому цвет диска планеты более светлый.Для того чтобы на рисунке 600 на 600 пикселов поместилась планета с зоной притяжения пробного тела массой 1 кг уменьшим масштаб в 10 раз. Теперь в одном пикселе 1 тысяча километров.
Земля+Луна
Чтобы показать Землю и Луну изменить масштаб в 10 раз (как в случае с Венерой) недостаточно, нужно увеличить и размер картинки (радиус орбиты Луны 384,467 тыс. км). Картинка получится размером 800 на 800 пикселей. Масштаб - в одном пикселе 1 тысяча километров (хорошо понимаем что ошибочность картинки ещё больше увеличится).
На картинке четко видно что зоны притяжения Луны и Земли разделены зоной притяжения к Солнцу. То есть, Земля и Луна это система из двух равнозначных планет с разной массой.
Марс с Фобосом и Деймосом
Масштаб - в одном пикселе 1 тысяча километров. Т.е. как Венера, и Земля с Луной. Помним, что расстояния пропорциональны, а отображение силы тяжести нелинейно.
Вот, сразу видно коренное отличие Марса со спутниками от Земли с Луной. Если Земля и Луна являются системой двух планет и, несмотря на разные размеры и массы, выступают как равные партнеры, то спутники Марса находятся в зоне силы притяжения Марса.
Сама планета и спутники практически «потерялись». Белая окружность это орбита дальнего спутника - Деймоса. Увеличим в 10 раз масштаб для лучшего просмотра. В одном пикселе 100 километров.
Эти «жуткие» лучи от Canvas достаточно сильно портят картинку.
Размеры Фобоса и Деймоса непропорционально увеличены в 50 раз, иначе их совсем не видно. Цвет поверхностей этих спутников также не логичен. На самом деле сила притяжения на поверхностях этих планетах меньше силы притяжения к Марсу на их орбитах.
То есть, с поверхностей Фобоса и Деймоса притяжением Марса «сдувает» все. Поэтому цвет их поверхностей должен быть равен цвету на их орбитах, но только для того чтобы было лучше видно, диски спутников окрашены в цвет силы притяжения при отсутствии силы притяжения к Марсу.
Эти спутники должны быть просто монолитны. Кроме того, раз уж на поверхности нет силы притяжения, значит они не могли сформироваться в таком виде, то есть и Фобос и Деймос раньше были частями какого-то другого, большего объекта. Ну или, как минимум, находились в другом месте, с меньшей силой притяжения, чем в зоне притяжения Марса.
Например, вот Фобос . Масштаб - в одном пикселе 100 метров.
Поверхность спутника обозначена синей окружностью, а сила притяжения всей массы спутника белой окружностью.
(На самом деле форма небольших небесных тел Фобоса, Деймоса и т.д. далеко не шарообразна)
Цвет кружка в центре соответствует силе притяжения массы спутника. Чем ближе к поверхности планеты, тем меньше сила притяжения.
(Здесь опять допущена неточность. На самом деле белая окружность - это граница, где сила притяжения к планете становится равной силе притяжения к Марсу на орбите Фобоса.
То есть, цвет снаружи от этой белой окружности должен быть таким же как и снаружи от синей окружности, обозначающей поверхность спутника. А вот показанный переход цвета должен быть внутри белой окружности. Но тогда вообще ничего не будет видно.)
Получается как бы рисунок планеты в разрезе.
Целостность планеты определяется только прочностью материала, из которого состоит Фобос. При меньшей прочности у Марса были бы кольца как у Сатурна, от разрушения спутников.
Да и похоже, что распад космических объектов не такое уж исключительное событие. Вот даже космический телескоп «Хаббл» «засёк» подобный случай.
Распад астероида P/2013 R3, который находится на расстоянии более 480 миллионов километров от Солнца (в поясе астероидов, дальше Цереры). Диаметр четырех крупнейших фрагментов астероида достигает 200 метров, их общая масса составляет около 200 тысяч тонн.
А это Деймос
. Все тоже, что и у Фобоса. Масштаб - в одном пикселе 100 метров. Только планета поменьше и соответственно полегче, а также находится дальше от Марса и сила притяжения к Марсу здесь поменьше (фон картинки потемнее, т.е. более красный).
Церера
Ну Церера ничего особенного не представляет, за исключением раскраски. Сила притяжения к Солнцу здесь меньше, поэтому цвет соответствующий. Масштаб - в одном пикселе 100 километров (такой же как на картинке с Меркурием).Маленькая синяя окружность это поверхность Цереры, а большая синяя - граница, где сила притяжения к планете становится равной силе притяжения к Солнцу.
Юпитер
Юпитер очень велик. Вот картинка размером 800 на 800 пикселей. Масштаб - в одном пикселе 100 тысяч километров. Это чтобы показать область притяжения планеты целиком. Сама планета - маленькая точка в центре. Спутники не показаны.Показана только орбита (внешняя окружность белого цвета) самого дальнего спутника - S/2003 J 2.
У Юпитера 67 спутников. Самые крупные Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.
Самый дальний спутник - S/2003 J 2 совершает полный оборот вокруг Юпитера на расстоянии в среднем 29 541 000 км. Его диаметр около 2 км, масса - около 1,5×10 13 кг. Как видите, она выходит далеко за пределы сферы тяготения планеты. Это можно объяснить ошибками в вычислениях (все-таки сделано довольно много усреднений, округлений и отбрасывания некоторых деталей).
Хотя имеется способ вычисления границы гравитационного влияния Юпитера, определямый сферой Хилла , радиус которой определяется формулой
где a jupiter и m jupiter большая полуось эллипса и масса Юпитера, а M sun масса Солнца. Таким образом получается радиус округлённо 52 миллиона км. S/2003 J 2 отдаляется на эксцентрической орбите на расстояние до 36 миллионов км от Юпитера
У Юпитера также имеется система колец из 4 основных компонентов: толстый внутренний тор из частиц, известный как «кольцо-гало»; относительно яркое и тонкое «Главное кольцо»; и два широких и слабых внешних кольца - известных как «паутинные кольца», называющиеся по материалу спутников - которые их и формируют: Амальтеи и Фивы.
Кольцо-гало с внутренним радиусом 92000 и внешним 122500 километров.
Главное кольцо 122500-129000 км.
Паутинное кольцо Амальтеи 129000-182000км.
Паутинное кольцо Фивы 129000-226000 км.
Увеличим картинку в 200 раз, в одном пикселе 500 километров.
Вот кольца Юпитера. Тонкая окружность - поверхность планеты. Далее идут границы колец - внутренняя граница кольца-гало, внешняя граница кольца-гало и она же внутренняя граница главного кольца и т.д.
Маленький кружок в левом верхнем углу - область, где сила притяжения спутника Юпитера Ио становится равной силе притяжения Юпитера на орбите Ио. Сам спутник в этом масштабе просто не виден.
В принципе, большие планеты со спутниками нужно рассматривать отдельно, так как перепад значений сил гравитации очень велик, как велики и размеры области притяжения планеты. Вследствие этого все интересные подробности просто теряются. А рассматривать картинку с радиальным градиентом не имеет особого смысла.
Сатурн
Картинка размером 800 на 800 пикселей. Масштаб - в одном пикселе 100 тысяч километров. Сама планета - маленькая точка в центре. Спутники не показаны.Четко видно изменение силы притяжения к Солнцу (помним что Солнце слева).
У Сатурна известно 62 спутника. Крупнейшие из них - Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет.
Самый дальний спутник - Форньот (временное обозначение S/2004 S 8). Также обозначается как Сатурн XLII. Средний радиус спутника около 3 километров, масса 2,6×10 14 кг, большая полуось 25146000 км.
Кольца у планет появляются только на значительном удалении от Солнца. Первая такая планета - Юпитер. Имея массу и размеры большие чем у Сатурна, его кольца не так впечатляют как кольца Сатурна. То есть, размеры и масса планеты для образования колец имеют меньшее значение, чем отдаленность от Солнца.
Зато смотрите дальше, пара колец окружает астероид Харикло (10199 Chariklo) (диаметр астероида около 250 километров), который вращается вокруг Солнца между Сатурном и Ураном.
Википедия о астероиде Харикло
Система колец состоит из плотного внутреннего кольца шириной в 7 км и внешнего кольца шириной в 3 км. Расстояние между кольцами около 9 км. Радиусы колец 396 и 405 км соответственно. Харикло является наименьшим объектом, у которого были открыты кольца.
Тем не менее, сила тяготения имеет к кольцам только опосредованное отношение.
На самом деле, кольца появляются от разрушения спутников, которые состоят из материала недостаточной прочности, т.е. не каменные монолиты типа Фобоса или Деймоса, а смерзшиеся в одно целое куски породы, льда, пыль и прочий космический мусор.
Вот его и утаскивает своим тяготением планета. Подобный спутник, не имеющий собственного притяжения (вернее имеющий силу собственного притяжения меньше силы притяжения к планете на своей орбите) летит по орбите оставляя после себя шлейф разрушенного материала. Так и образуется кольцо. Далее, под действием силы притяжения к планете, этот обломочный материал приближается к планете. То есть, кольцо расширяется.
На каком-то уровне, сила притяжения становится достаточно большой, чтобы скорость падения этих обломков увеличилась, и кольцо исчезает.
Послесловие
Цель публикации статьи - возможно кто-то, обладающий знаниями в программировании, заинтересуется данной темой и сделает более качественную модель гравитационных сил в Солнечной системе (да-да, трехмерную, с анимацией.А может быть даже сделает так, чтобы орбиты были не фиксированы, а также рассчитывались - это ведь тоже возможно, орбита будет местом, где сила притяжения будет компенсирована центробежной силой.
Получится почти как в жизни, как самая настоящая Солнечная система. (Вот где можно будет создать космическую стрелялку, со всеми тонкостями космической навигации в поясе астероидов. С учетом сил, действующих по реальным физическим законам, а не среди рисованной графики.)
И это будет прекрасный учебник физики, которую будет интересно изучать.
P.S. Автор статьи обычный человек:
не физик,
не астроном,
не программист,
не имеет высшего образования.
Теги:
- визуализация данных
- джаваскрипт
- физика
- гравитация
Предстоящий полет человека на Марс всколыхнул все земное сообщество, став самой обсуждаемой темой за последние полвека. Это и вправду знатное событие в истории земной цивилизации, от которого мы ждём не только колонизации Марса, но также эволюционного витка к «человеку космического масштаба «.
Марсианские города — будущее Четвертой планеты
Отправляясь в путешествие по неизведанным дорогом, надо оценивать и опасность задуманного предприятия. Космос не любит торопливых, ведь хорошо известно — космическое пространство не отличается покладистостью доброго нрава.
Большинство проблем, связанных с большой продолжительностью космического полета (без учета радиационных влияний) уменьшаются или устраняются с помощью искусственной гравитации.
Тогда как неблагоприятное влияние отсутствия гравитации и влияние радиационной обстановки выступают крупнейшими препятствиями на пути освоения Солнечной системы.
Передовые позиции в изучении Марса занимает NASA, активно наступающая на территории Красной планеты. Подобную миссию преследует «Элон Маск и К°», сосредоточив серьёзные мощности на .
Но ведь если кто-то хочет выйти за пределы низкой околоземной орбиты, то Луна представляется более очевидным выбором, поскольку низкие эффекты гравитации могут быть исследованы более тщательно, причём в трёх днях пути от дома.
Наша ближайшая соседка отличное место для тестирования технологий длительных полётов в космосе, не так ли? На Луне можно хорошо «обкатать» и доработать по максимуму конструкции обитаемых баз в условиях чуждой окружающей среды.
И ещё момент — при отработке лунных задач, конструкции космических аппаратов могут найти более совершенные технологии для длительных путешествий. Вы согласны с этим?
Так почему же НАСА не желает вернуться на Луну, отдавая предпочтение человеческому присутствию на Марсе? Почему Space X, так настойчиво игнорирует Луну, устремляясь к Марсу?
Впрочем, мы сейчас не преследуем цели теории заговора, якобы: «там явно что-то знают о катастрофе идущей на Землю», поэтому они хотят уйти на Красную планету. Нам просто интересен вопрос дальних странствий.
Слабое притяжение искусственной гравитации.
Концепция искусственной гравитации вызывается в воображении кадрами гигантских вращающихся модулей космических станций, как например в «Космической Одиссее 2001». Это выглядит самым приемлемым решением в плане длительных космических полётов. Да, это взгляд на вопрос глазами не специалиста, но потенциального путешественника.
Однако, создание даже примитивных конструкций, для получения искусственной силы тяжести, видимо более сложная задача, чем та, что НАСА или Space X готово решить при современном уровне технологий.Невесомость может быть, как восхитительна, так и коварна. С одной стороны, это позволяет астронавтам совершать невозможные на Земле вещи: например, перемещение крупногабаритного оборудования лёгким движением руки. И, конечно же, представляет серьезный интерес для ученых: начиная от биологии до материальных наук гидродинамики.
Длительное пребывание человека в условиях невесомости изучалось в течение многих десятилетий, и вывод тревожен — серьезные последствия для здоровья космонавтов. Исследователи набрали , от хрупкости костей и потери мышечной массы до утери зрения.
НАСА планирует космические полеты за пределы околоземной орбиты, на Марс, длительностью от шести до девяти месяцев. Там разрабатывают способы по устранению последствий невесомости. Противоборство в основном заключается в составлении ежедневных часовых упражнениях, что является приоритетом для агентства.
Да, специалисты разрабатывают комплекс упражнений для противодействия невесомости, вымывающий кальций из костей. При этом никто не ведет эксперименты с контрмерой — созданием гравитации. А ведь это давно предложено в качестве средства для обеспечения по меньшей мере частичной тяжести, возможно достаточной, для снятия проблем со здоровьем.
Тем не менее, как это ни удивительно, искусственная гравитация является низким приоритетом в НАСА и Space X. Может быть, агентства еще не готовы в полной мере выйти в космос, слишком торопятся, отправляя людей и в без того опасный путь?
Ни один космический корабль марсианской миссии с человеком на борту, не предусматривает вращающихся конструкций в той или иной форме, для создания эффекта гравитации.
Даже гигантский космический аппарат «Межпланетная транспортная система Space X», запланированный перевозить 100 человек разом, не создаёт искусственную силу тяжести, — а ведь в сущности, это уже обитаемая станция в космосе.
Специалисты о проблеме гравитации говорят:
Майкл Барратт, астронавт НАСА и врач, пояснил причины, почему агентство не приняло искусственную гравитацию как меру противодействия невесомости: Мы можем сохранить кости и мышцы, сердечно-сосудистую систему в порядке, сказал он в ходе конференции 2016 года в сентябре в Лонг-Бич, штат Калифорния. Мы не нуждаемся в искусственной гравитации.
Точку зрения астронавта поддержали руководители НАСА: Потеря костной ткани, потеря мышечной массы, работа вестибулярного аппарата, это те виды вещей, чью нормальную работу мы можем контролировать с помощью упражнений, говорит Билл Герстенмайер.Элон Маск, представляя проект марсианской миссии, не был озабочен проблемой невесомости, отклоняя создание местной гравитации для экипажа кораблей. «Я думаю, что вопросы по существу проблемы решены», считает вдохновитель Space X.
Попутно говоря, что длительных полетов на МКС намного больше, чем время в запланированном путешествии на Марс.
Техническая реализация искусственной гравитации.
Тем не менее, эксперты рассматривали варианты по созданию силы тяжести. Серьёзной проблемой выступает техническая сторона проекта космического корабля, реализующего идею искусственной гравитации, либо посредством вращающегося модуля, либо созданием некой центрифуги.
«Мы рассмотрели много конструкций транспортных средств, пытаясь обеспечить искусственную гравитацию различными способами. На самом деле, это просто не работает, — поясняет Герстенмайер. Это существенная модернизация космического аппарата. Очень большая работа, тогда как есть задача просто попасть на Марс.
Хуже того, полагают специалисты: включение одной секции корабля поддерживающую силу тяжести, может создать новую череду проблем, потому что астронавты должны будут регулярно реадаптироваться между невесомостью и силой тяжести.
В свою очередь, это может спровоцировать синдром адаптации пространства. Астронавтам придётся пересекать зоны с невесомостью и гравитацией по нескольку раз в сутки, что может быть более проблематичным, чем просто пребывание в невесомости.
Баррет отметил, что он и его коллеги имеют технические озабоченности по поводу конструкции космических аппаратов, реализующих искусственную гравитацию. Космонавты боятся искусственной гравитации. Почему? Мы не любим большие движущиеся части.
Проблемы со зрением отмечали у некоторых астронавтов, что может привести к переоценке важности искусственной гравитации. В то же время, причина нарушения зрения не известна, и нет гарантии, что сила тяжести сможет устранить проблему.Есть много идей о том, почему это происходит. Одним из факторов является повышение уровня углекислого газа, полагают специалисты. Так, уровень углекислого газа на МКС в десять раз выше, чем в нормальных атмосферных условиях на Земле.
— Скорее всего, отсутствие гравитации связано с недостатком технологий, которых для решения вопроса на сегодня попросту нет. Ведь даже Герстенмайер, несколько скептически относясь к необходимости силы тяжести, не исключает этого полностью.
Да, как мы теперь понимаем гравитация на космических кораблях-станциях дело технологий будущего.
Сегодня же, участники марсианской гонки стремятся первыми прибыть на Марс и развернуть там хоть что-то пригодное для жизни.
Человечеству нужен подвиг: ослабленные долгим перелетом, на чужой планете, в непригодной для жизни атмосфере, — колонисты будут строить убежища, и выстраивать жизнь на Красной планете.
Но кто-нибудь, может мне сказать, к чему такая спешка, когда наступление похоже на бегство?
На других планетах,почему она возникает, для чего нужна, а также воздействие ее на различные организмы.
Космос
О путешествиях к звездам люди мечтали издревле, начиная с тех времен, когда первые астрономы рассмотрели в примитивные телескопы иные планеты нашей системы и их спутники, а значит, по их мнению, они могли быть обитаемы.
С тех пор прошло много веков, но увы, межпланетные и тем более полеты к другим звездам невозможны и сейчас. А единственным внеземным объектом, где побывали исследователи, является Луна. Но уже в начале XX века ученые знали, что сила тяжести на других планетах отличается от нашей. Но почему? Что она собой представляет, отчего возникает и может ли быть губительной? Эти вопросы мы и разберем.
Немного физики
Еще разработал теорию, согласно которой любые два объекта испытывают взаимную силу притяжения. В масштабах космоса и Вселенной в целом подобное явление проявляется очень явственно. Наиболее яркий пример - это наша планета и Луна, которая именно благодаря гравитации и вращается вокруг Земли. Видим проявление гравитации мы и в повседневной жизни, просто привыкли к нему и совсем не обращаем внимание. Это так называемая Именно из-за нее мы не парим в воздухе, а спокойно ходим по земле. Также она способствует удержанию нашей атмосферы от постепенного улетучивания в космос. У нас она составляет условные 1 G, но какая сила тяжести на других планетах?
Марс
Марс наиболее похож по физическим данным на нашу планету. Конечно, жить там проблематично из-за отсутствия воздуха и воды, но он находится в так называемой зоне обитаемости. Правда, весьма условно. На нем нет ужасающей жары как на Венере, многовековых бурь как на Юпитере, и абсолютного холода как на Титане. И ученые последние десятилетия все не оставляют попыток придумать методы его терраформирования, создания пригодных для жизни условий без скафандров. Однако каково такое явление как сила тяжести на Марсе?Она составляет 0,38 g от земной, это примерно в два раза меньше. Это значит, что на красной планете можно скакать и прыгать гораздо выше, чем на Земле, и все тяжести весить будут также значительно меньше. И этого вполне достаточно для удержания не только его нынешней, «хилой» и жидкой атмосферы, но и гораздо более плотной.
Правда, говорить о терраформации пока рано, ведь для начала нужно хотя бы просто высадиться на него и наладить постоянные и надежные полеты. Но все же сила тяжести на Марсе вполне пригодна для обитания будущих поселенцев.
Венера
Еще одной самой близкой к нам планетой (кроме Луны) является Венера. Это мир с чудовищными условиями и невероятно плотной атмосферой, заглянуть за которую долгое время никому не удавалось. Ее наличие, кстати, открыл не кто иной как Михаил Ломоносов.
Атмосфера является причиной парникового эффекта и ужасающей средней температуры на поверхности в 467 градусов по Цельсию! На планете постоянно выпадают осадки из серной кислоты и кипят озера жидкого олова. Такая вот негостеприимная Сила тяжести ее составляет 0,904 G от земной, что почти идентично.
Она также является кандидатом на терраформирование, а впервые ее поверхности достигла советская исследовательская станция 17 августа 1970 года.
Юпитер
Еще одна планета Солнечной системы. Вернее, газовый гигант, состоящий в основном из водорода, который ближе к поверхности из-за чудовищного давления становится жидким. По подсчетам кстати, в его глубинах вполне возможно однажды вспыхнет и у нас будет два солнца. Но если это и произойдет, то, мягко говоря, нескоро, так что беспокоиться не следует. Сила тяжести на Юпитересоставляет 2,535 g относительно земной.
Луна
Как уже говорилось, единственным объектом нашей системы (кроме Земли), где побывали люди, является Луна. Правда, до сих пор не утихают споры, были ли те высадки реальностью или мистификацией. Тем не менее из-за ее малой массы сила тяжести на поверхности составляет всего 0,165 g от земной.
Влияние силы притяжения на живые организмы
Сила притяжения также оказывает различные воздействия на живых существ. Попросту говоря, когда будут открыты другие обитаемые миры, мы увидим, что их обитатели сильно отличаются друг от друга в зависимости от массы их планет. К примеру, будь Луна обитаема, то ее населяли бы очень высокие и хрупкие существа, и наоборот, на планете массой с Юпитер жители были бы очень низкие, крепкие и массивные. А иначе на слабых конечностях в таких условиях попросту не выживешь при всем желании.
Сила притяжения сыграет важную роль и при будущей колонизации того же Марса. Согласно законам биологии, если чем-то не пользуешься, то это постепенно атрофируется. Космонавтов с борта МКС на Земле встречают с креслами на колесах, так как в невесомости их мышцы задействованы очень мало, и даже регулярные силовые тренировки не помогают. Так что потомство колонистов на других планетах будет как минимум выше и физически слабее своих предков.
Так что мы разобрались с тем, какая сила тяжести на других планетах.
