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.

---

Напомним: она понадобилась, чтобы избежать оглушительного вывода о том, что неоднородности в распределении масс не оказывают воздействия на гравиметрические приборы. Если вышеизложенные факты из практики так и не убедили кого-то в том, что гипотеза об изостазии – это нелепость, то приведём ещё простенькое теоретическое соображение. Если в некотором регионе действительно имела бы место изостазия, обнуляющая влияние неоднородностей масс при измерениях силы тяжести, то тогда в этом регионе не имела бы место изостазия, обнуляющая влияние неоднородностей масс при наблюдениях уклонений отвеса. И наоборот. Дело в том, что никакое распределение заглублённых масс не могло бы скомпенсировать сразу и вертикальные, и горизонтальные силовые возмущения от поверхностных неоднородностей. Но ведь «изостатический эффект» повсеместно наблюдается и с помощью гравиметров, и с помощью отвесов! Значит, дело здесь вовсе не в компенсирующих распределениях масс. Следует либо придумать, вместо гипотезы об изостазии, другую спасительную гипотезу – поприличнее – либо признать-таки, что неоднородности в распределении масс не влияют на показания гравиметрических приборов.

Но что означало бы такое признание? Да то и означало бы, что тяготение порождается не веществом, не массами. Что вещество Земли, которое мы попираем своими стопами, собственного тяготения не имеет. Что нам только кажется, будто это самое вещество притягивает – пока оно входит в состав планеты Земля. Которая потому и является планетой, что удерживается в центре планетарной сферы тяготения. Которая и обеспечивает «притяженье Земли».

Причём, едва ли Земля находится на особом положении, когда не имеет собственного тяготения лишь вещество, входящее в её состав – а вещество в остальном космосе собственное тяготение очень даже имеет. Тяготение – как известно, свойство универсальное, и если на Земле оно порождается не веществом, то и в остальном космосе – тоже. А вещество – оно везде вещество. Поэтому вполне допустимы космические тела, не имеющие собственного тяготения. В смысле – не имеющие его вообще совсем. С чего тебе его иметь, если ты не звезда и не планета? Если ты всего-то – спутник планеты, да не Луна и не Титан? Говорите, оно по закону всемирного тяготения всем положено? Ага, щас мы вам всем вынем да положим! Вы – Фобос, Ганимед, Янус, Оберон и прочие – держите карманы шире! А вы – Тефия, Диона, Миранда, Нереида и прочие – держите шире лифчики! Ишь!..

Так оно было или примерно так, но у шести десятков спутников планет Солнечной системы никаких признаков собственного тяготения не наблюдается! Ни атмосфер у них нет, ни собственных спутничков – по теории вероятностей это ай-яй-яй просто. Но учёные, несмотря ни на что, пребывают в несокрушимой уверенности в том, что собственное тяготение у спутников есть. Иногда на этой почве до смешного доходило. Вот у Юпитера есть четыре крупных спутника. «Ясно же, как пень, - прикидывали учёные, - что эти четыре спутника друг друга притягивают. Значит, каждые три из них влияют на движение четвёртого. Рассмотрим-ка движение этой четвёрочки и выцарапаем их массы, по принципу: у кого масса больше, тот влияет сильнее, а влияется слабее!» Казалось бы – просто. Но эта простенькая задачка доводила исследователей до умопомрачения. Конфуций предупреждал: «Трудно искать чёрную кошку в тёмной комнате – особенно если её там нет». Исследователи про это знали, но думали, что Конфуций предупреждал дурачков каких-нибудь – а мы-то, мол, не дурачки. И вот что у них, не-дурачков, получалось. Брали в обработку движение той четвёрки на некотором интервале времени, делали все мыслимые и немыслимые натяжки, и получали на соплях «наиболее вероятные» значения масс. А потом – впадали в прострацию. Потому что на другом интервале времени натяжки приходилось делать совсем другие, и новые «наиболее вероятные» значения масс не совпадали с ранее полученными. И на третьем интервале – с тем же успехом! И – так далее! Это у них даже называлось соответственно: динамические определения масс спутников. Надинамившись до посинения, решили так: чтобы труды тяжкие не совсем зазря пропали, надо выбрать тот интервал времени, на котором значения масс получились самые-самые вероятные из набора «наиболее вероятных». Вот их-то и выдали. И примечание сделали: «Не повторять! Опасно!»

Укрепивши, таким образом, свою веру в мощь предсказательной силы закона всемирного тяготения, дождались времечка, когда уровень техники позволил работать даже с такой космической мелюзгой, как астероиды. «Есть у астероидов собственное тяготение, или нет?» - такой глупый вопрос даже не возникал. Опять же, было ясно, как пень, что тяготение у них есть, и задача виделась только в том, чтобы это доказать. Теория гласит: два астероида, достаточно сблизившиеся и имеющие достаточно малую взаимную скорость, из-за притяжения друг к другу непременно должны начать обращение вокруг их общего центра масс. Вот и кинулись искать двойные астероиды и доказывать их обращение. Поначалу это делалось неуклюже, по косвенным признакам. Обнаружат астероид с периодическим блеском и заявят: это из-за того, что спутник его периодически затмевает. Да нет, говорят им, проще допустить, что астероид сам вращается и блестит то светлой, то тёмной гранями. Тогда отыщут астероид с двойной периодичностью кривой блеска: уж тут-то точно спутник затмевает! Да нет, говорят им, проще допустить, что фигура астероида асимметрична – например, имеет вырост – и что такой астероид испытывает два вращения сразу. Тогда предъявят данные радиоастрономии: смотрите, вот радио-изображение чудной парочки – допплеровские сдвиги говорят о её обращении! Да нет, говорят им, это вращается один астероид, с перемычкой: радио-изображения будут такие же. Короче, настоятельно потребовались более достоверные свидетельства обращения двойных астероидов – фотографические. И вот однажды…

Как это иногда бывает, повод для сенсации оказался запечатлён случайно. Дальний космический зонд ГАЛИЛЕО, пролетая мимо астероида Ида, щёлкнул его несколько раз – в анфас и в профиль – а снимки затем передал по радиоканалу на Землю. Взглянув на них, специалисты ахнули. Там отчётливо просматривался небольшой объект вполне естественного происхождения, который назвали Дактилем. Он медленно двигался рядом с Идой. За короткое время фотосеанса он сдвинулся настолько незначительно, что не было возможности определить даже радиус кривизны этого кусочка траектории. Но специалисты ни минуты не сомневались в том, что какая-то кривизна у этого кусочка была, что не мог же Дактиль просто проплывать мимо Иды – специалистам, как обычно, всё было ясно, как пень. Впрочем, не совсем всё: масса Иды была неизвестна, а при различных значениях этой массы расчётные орбиты Дактиля получались очень-очень разные, так что их реконструировали целый набор – конечно, за исключением «пролётных мимо» вариантов. Извольте, дамы и господа – первое достоверное обнаружение спутника у астероида!

«А-а, так вот что вы называете спутником астероида, - обрадовались астрономы, которые вводили в строй новейшие телескопы с адаптивной оптикой. – Летит рядом – значит, это и есть спутник, да? Что же вы раньше-то молчали? Мы вам таких «рядом летящих» целый вагон накидаем!» И пошло-поехало. Если на протяжении нескольких ясных ноченек воспроизводился образ объекта на небольшом угловом расстоянии от астероида, то объект классифицировался как его спутник. Доказательств того, что этот «спутник» действительно обращался вокруг астероида, не приводилось. Откуда было взяться доказательствам, если выводы делались на основе минимального числа изображений? Лишь в единичных случаях сообщалось всего о трёх взаимных положениях «компаньонов», в большинстве же случаев обходились двумя. Поскольку при этом параметры орбиты определить невозможно, то для них приводились, в лучшем случае, «предварительные оценки». В частности, период обращения оценивался с учётом того, что плотности «компаньонов» должны иметь разумные значения – где-то между плотностями пуха лебяжьего и урана-238… И всё это делалось ударными темпами. Астрономы держали своё слово: к концу 2005 года насчитывалось уже семь десятков астероидов с объектами, причисленными к лику спутников на основе пары-тройки фоток, ретушированных компьютером.

Ну, а чтобы окончательно доказать наличие собственного тяготения у астероидов, провернули беспрецедентную космическую программу, которая официально называлась «вывод искусственного спутника на орбиту вокруг астероида». Американцы всё сделали по науке: отточенными командами с Земли подогнали космический зонд NEAR достаточно близко к астероиду Эрос, причём с нужным вектором скорости, который мало отличался от вектора скорости астероида на его околосолнечной орбите. И затаили дыхание, ожидая, что зонд захватится тяготением Эроса и станет его искусственным спутником… Но увы, с первого раза у зонда с Эросом ничего не получилось. Вышел, что называется, пролётный эффект – только медленно. «Так бывает, - понимающе протянули руководители полёта. – Эй, на штурвале! Давай разворачивай на второй заход!» Отточенными командами с Земли развернули зонд, сориентировали – к звёздам задом, к Эросу передом – и, включив ненадолго движок, попытались подъехать к астероиду с другого бока. Результат вышел тот же, что и на первый раз. Никак не становился зонд спутником Эроса! Вместо запланированного эротического сценария получалась явно какая-то порнография. С выключенным двигателем зонд рядом с Эросом долго не удерживался: уходил от него. Чтобы не отпустить зонд слишком далеко, в какой-то момент включали ненадолго двигатель и изменяли направление дрейфа зонда относительно астероида. Таким образом и гоняли зонд вокруг астероида по кусочно-ломаной траектории. Конечно, об этом не говорили громко, а любопытствующим объясняли, что двигатель включается для коррекции орбиты. Но странная потребность в большом числе незапланированных коррекций орбиты настолько бросалась в глаза, что по ходу дела пришлось придумывать оправдание происходящему. Официальных оправданий придумали два. Сначала выдвинули версию о том, что незапланированные коррекции орбиты требуются для того, чтобы аппарат, со своими солнечными батареями, поменьше находился в тени. Выдвинули – и ужаснулись: даже последний журналист мог бы заподозрить, что программу работы зонда разрабатывали идиоты. Ах, мол, извините: дело совсем в другом! «Видите ли: на зонде установлена куча научной аппаратуры, так вот одна её часть приспособлена для работы на малом удалении от астероида, а другая – на большом. И вот, представьте, прибегают учёные и просят подогнать зонд поближе к поверхности. Подгоняем! А через три дня прибегают другие учёные и просят отогнать его подальше. Отгоняем! А потом снова прибегают те. А потом – снова эти. Задёргали нас совсем!»