О. Деревенский - Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения

• Название: Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения
• Автор: О. Деревенский
• Жанр: Физика

Помните, как в школе мы все замирали словно кролики перед удавом перед законом про "всемирное тяготение" всех масс в мире друг к другу. Нам рисовали на доске двухэтажную формулу, а вместо её доказательства рассказывали анекдот про яблоко, поразившее в темечко спящего автора, который проснулся от удара и тут же этот самый закон записал. Особо сомневающимся в факте взаимного тяготения масс предлагалось для доказательства спрыгнуть откуда-нибудь повыше и посмотреть, что будет.

Позже, в институте, доказательство этого закона тоже как-то проскакивали на большой скорости, без ненужных подробностей.

И, как оказалось, далеко не случайно. Поскольку массы друг другу вовсе не притягиваются. А с тяготением всё и гораздо сложнее, и куда интереснее.

Но об этом лучше почитать в самой статье.

---

Оставался пустячок: объяснить, с какой это радости Земля покачивается с теми двумя периодами – годичным и чандлеровским. Насчёт годичного периода думали недолго: мало ли сезонных перераспределений масс, которые могут перекосить планету! Тут вам и зимнее накопление снежного покрова в Сибири, и летнее отрастание травяной и лиственной биомассы… кажется, единственное, про что забыли – это сезонные миграции копытных и пернатых. Причём, интрижка здесь в том, что сроки накопления снегов и зелени меняются от года к году, а годичные изменения координат полюсов происходят-то по идеальным синусоидам! Но, как говорится, лучше хоть какое-то объяснение, чем никакого… К тому же, главные приключения оказались связаны с чандлеровской компонентой. Она-то, со средним периодом в 428 дней, откуда берётся? Навскидку, 428 дней – это средний период биений между колебаниями с двумя характерными лунными периодами: синодическим и апогей-перигейным месяцами. Но – ш-ш-ш! Луну сюда привлекать не надо! Надо справиться собственными земными силами!.. И – о, счастье! Вон же Эйлер получил, что твёрдое тело, если оно не сферическое, может вращаться, покачиваясь около оси вращения. Нутация, ёлы-палы! Это хорошо! Правда, по Эйлеру, период свободной нутации Земли равен всего-то 305 дням. Это плохо! Но ведь этот период можно подрастить, если считать Землю не твёрдой, а как бы резиновой! Это хорошо! Правда, тогда свободная нутация должна затухать, а она отчего-то не затухает. Это плохо! Намыкавшись вот так, из огня да в полымя, теоретики решили: забудем всё плохое, а оставим только хорошее. Ну, и оставили: чандлеровы покачивания – это свободная нутация твёрдой Земли, но с периодом, как у Земли резиновой. Ух, как геофизики-то обрадовались! Они тут же кинулись разрабатывать монструозные теории о том, насколько они резиновы, свойства Земли, и где же они скрываются. Снаружи-то Земля вроде как твёрденькая! Но, мол, под этой обманчивой внешностью скрывается хлябь, превосходящая всяческое разумение. Посудите сами: даже если приписать этой хляби сверхтекучесть, всё равно период покачиваний не дотягивает до фактического значения в 428 дней! Как же она великолепна в своей загадочности, наша родная планетка!

Самое смешное в этой истории то, что с некоторых пор процветает международная (!) контора – служба вращения Земли – которая регулярно рассылает по белу светушку свежую информацию о том, куда и насколько Земля сейчас накренилась. Военных заверили, что оперативный учёт этого крена позволяет повысить точность наведения межконтинентальных ракет – причём, в случае чего, это повышение точности пойдёт на пользу всем заинтересованным сторонам. Военные и на этом остались страшно довольны. Как в анекдоте, в котором жильцы сумасшедшего дома хвалились: «А нам бассейн сделали, мы в него ныряем! А ещё обещали: когда поумнеем – тогда и воды в него нальют!» Ведь про главную-то компоненту «покачиваний» Земли – про суточную – военным не сказали! А её, если по-честному, тоже оперативно учитывать надо! Но служба вращения Земли прячет суточную компоненту так умело, что это происходит совершенно незаметно для клиентов. Понимаете, нельзя военным говорить про суточную компоненту. Не может Земля покачиваться так быстро, ей – простите за интимную подробность – инертные свойства не позволяют. Узнают об этом военные и призадумаются: если главная компонента «покачиваний» Земли – откровенная туфта, то чего же ждать от второстепенных? Сообразят, чего доброго, что никаких «покачиваний» Земли не существует в природе. Лишь отвесные линии уклоняются на Земле, да орбиты спутников колышатся в небесах…

Ну, конечно, и Луна ещё порхает – по траектории, которая сведёт с ума самого закалённого сторонника всемирного тяготения. Очень мало кто из них знает о том, как движется Луна. Отшучиваются: вопрос, мол, узкоспециальный, да теория движения Луны, мол, достаточно сложна… Да нет, всё проще: правда про движение Луны такова, что шутникам – если они не собираются валять дурака дальше – останется либо свихнуться, либо признать, что эта правда ну никак не вписывается в шаблоны всемирного тяготения.

А уж как стараются создать видимость того, что она в эти шаблоны отлично вписана! Многочисленные справочники и даже специализированные учебники внушают нам, что Луна движется вокруг Земли по простенькому эллипсочку – с такими-то максимальным и минимальным удалениями. Сопоставишь цифры из разных источников – и диву дашься: они разнятся на тысячи километров, и это при том, что нас заверяют насчёт сантиметрового уровня точности измерения расстояния до Луны! Как такое получается? Да легко: правда в том, что параметры орбиты Луны не остаются постоянными – максимальное и минимальное удаления периодически изменяются. Казалось бы – ну, и что тут такого? С чего об этом помалкивать? О, причина для того очень даже есть! Согласно закону всемирного тяготения, орбита невозмущённого движения спутника планеты является кеплеровой – в частности, тем самым простеньким эллипсочком. А возмущения из-за действия третьего тела – в данном случае, Солнца – приводят, якобы, к эволюции параметров орбиты. Но! Они должны эволюционировать согласованно: так, изменению большой полуоси должно соответствовать изменение периода обращения – в согласии с третьим законом Кеплера. Так вот: движение Луны является исключением из этого правила. Большая полуось её орбиты изменяется, с периодом в 7 синодических месяцев, на 5500 км. Размах соответствующего изменения периода обращения, согласно третьему закону Кеплера, должен составлять 14 часов. В действительности же, изменение длительности синодического месяца составляет всего 5 часов, причём периодичность этого изменения составляет не 7 синодических месяцев, а 14! То есть, в случае орбиты Луны, большая полуось и период обращения эволюционируют «в полном отвязе» друг от друга - как по амплитудам, так и по периодичности!

Если такое издевательское поведение никоим образом не следует из закона всемирного тяготения, то как же можно было строить теорию движения Луны на основе этого закона? Да никак. А как же строилась теория движения Луны? Да тоже никак. Никакой «теории движения Луны» не существует. Словосочетание такое имеется, но оно означает сводку проверенных практических рекомендаций для предвычисления положений Луны. И – ничего, кроме этого. Опять – всё тот же чисто описательный подход, основанный на ползучем эмпиризме… Так ведь, дорогие потребители, чего вам ещё надо от теории движения Луны, кроме возможности предвычислять её положения? Они же, несмотря ни на что, вычисляются правильно – ну так и вычисляйте, и при этом радуйтесь жизни! Правда, радость жизни несколько улетучивается, когда выясняется объём вычислений, который требуется провернуть. Понимаете, когда теория хотя бы в общих чертах адекватна физическим реалиям, то уже первое приближение этой теории даёт вполне сносный результат. Второе приближение ещё больше придвигает его к реальности, третье – ещё, и так далее. Весьма небольшого числа приближений оказывается достаточно для того, чтобы дальнейшие приближения стали ненужными: рассчитанное и фактическое значения уже совпадают с требуемой точностью. Математики в таких случаях говорят: «ряд быстро сходится». Так вот, при расчётах координат Луны, ряды сходятся – как бы это помягче выразиться – очень медленно. В современных «теориях» количество членов этих рядов исчисляется тысячами. Почувствуйте разницу, дорогие потребители!

Почувствовали? Но это ещё не всё! Всех нас учили, что, согласно закону всемирного тяготения, Земля и Луна обращаются в противофазе около их общего центра масс. Вообще-то, в вышеупомянутых «теориях», координаты Луны рассчитываются в системе отсчёта, связанной не с этим центром масс, а с центром Земли, как будто Земля около центра масс не обращается. Для описательного подхода так, конечно, практичнее. Но, мол, не следует забывать, что на самом-то деле по орбите вокруг Солнца «едет» не центр Земли, но центр масс Земли-Луны, а Земля выписывает около него кривую, подобную траектории движения Луны вокруг Земли, только с гораздо меньшим средним радиусом – около 4670 км. Мол, всё по закону, не извольте беспокоиться. Простите, где ж это – всё по закону? Если бы здесь всё было по закону, то не было бы проблемы с несогласованной эволюцией параметров орбиты Луны. Или, по-вашему, всемирный закон действует всё-таки избирательно – вот здесь, пожалуйста, смотрите, а вот здесь не смотрите? Давайте же аккуратненько разберёмся с движением Земли в паре Земля-Луна. Спрашивается: где доказательства того, что Земля действительно обращается около центра масс этой пары? Ну, как же, скажут нам, массу-то Луны определили как раз по величине динамической реакции Земли на Луну, т.е. по величине радиуса обращения Земли около центра масс. Но как именно был определён этот радиус обращения? А вот, мол, как: направление с Земли на Солнце изменяется не только из-за годичного движения Земли – ещё Солнце периодически сдвигается вдоль линии восток-запад. Это оттого, что Земля движется вокруг Солнца неравномерно: то несколько быстрее, то несколько медленнее среднего. И происходит это с периодом в синодический месяц. Вот, мол, и доказательство обращения Земли около центра масс! Нет, любезные, это не доказательство. Ясно лишь, что на ровное орбитальное движение Земли наложена болтанка, с периодом в синодический месяц, вдоль местного участка орбиты. Но при обращении Земли около центра масс была бы болтанка ещё и поперёк орбиты. Не хотим показаться назойливыми, но где же свидетельства об этой поперечной болтанке? Три таких свидетельства наберётся? – Нет, отвечают нам, многовато просите! – Ну, два-то наскребёте? – Нет-нет, это тоже слишком. – Ну, хоть одно, хоть самое захудалое? – Нет, нет, и нет!.. Да что же это делается?! Как будто мы просим о чём-то таком, что находится за пределами технических возможностей! Всё оно в пределах: синодическая болтанка Земли поперёк орбиты отлично могла быть засвидетельствована уже несколькими способами. Но разные группы исследователей, не сговариваясь, заладили – нет, нет, и нет! Отговорки-то у всех разные, а конечный результат один и тот же!