Про аномалию, о которой здесь пойдет речь, всех учили еще в школе. Но далеко не все о ней помнят - за ненадобностью. Правда, и те, кто помнит в силу профессионального образования, крайне редко говорят о ней, особенно на широкой публике. Дело в том, что она известна очень давно, можно сказать, привычна, а, следовательно, для непрофессионалов неинтересна, лишена налета свежести, сенсационности...
Речь идет о Венере. Это единственная планета солнечной системы, направление осевого вращения которой противоположно направлению ее орбитального вращения. Последнее же совпадает для ВСЕХ планет, с ним совпадает направление осевого вращения также всех планет и их спутников, а также самого Солнца.
До сих пор нет исчерпывающе точной и строго доказанной теории происхождения нашей системы, хотя на эту тему написаны библиотеки научных трудов. Упрощая проблему, скажем, что наиболее общепризнанным является ряд гипотез, предполагающих, что солнечная система возникла из некоего единого газопылевого облака, имевшего свой собственный единый момент вращения (момент количества движения). В силу этого принимается, что НАПРАВЛЕНИЯ векторов моментов вращения (как осевых, так и орбитальных) всех результирующих тел системы должны в целом совпадать между собой и естественно с направлением этого вектора исходного протооблака. О величине этих векторов говорить не будем. Здесь есть определенные сложности, порождающие споры среди исследователей в трактовке конкретных механизмов сложения результирующих тел системы. Но то, что направления векторов моментов вращения этих тел должны совпадать, представляется несомненным всем.
Понятно, что "поведение" Венеры выглядит явной физической аномалией, требующей объяснения. Но, хотя данной проблеме не один десяток лет, удовлетворительного объяснения нет до сих пор. Нам представляется, что его можно дать, по крайней мере, на качественном уровне, пользуясь известными законами механики. Прежде всего, напомним, что момент вращения (момент количества движения) свободно вращающегося тела есть величина постоянная, описывающаяся формулой Мвр = J w, где J - момент инерции данного тела; w - угловая скорость его вращения. Для планеты как для реального физического тела Мвр не может быть строго постоянным, т.к. всегда имеется некая диссипация энергии вращения за счет разного рода деформаций от приливных сил Солнца и других планет, а также от внутренних планетарных напряжений. Но их учет здесь для нас несущественен.
Важно другое. Коль скоро Венера - планета земной группы и по главным своим параметрам (плотности, объему и массе) наиболее близка Земле, то на нее могут быть перенесены главные параметры тех моделей геоида или физического тела, которыми пользуются геофизики для решения своих задач. Таких моделей множество. Если отбросить крайние (Земля как абсолютно твердое тело и как тело неупругое), то остальные модели при всем их различии приписывают геоиду как минимум одно общее свойство - способность к упругим деформациям. Иначе говоря, деформации, вызываемые собственным вращением и (или) приливными воздействиями, способны выправляться за счет упругих свойств планеты, хотя и не полностью, т.е. с некоторыми потерями на пластические деформации (дефекты структуры тела).
Теперь предположим следующее:
1. Сказанное о геоиде приложимо к Венере как физическому телу;
2. Когда-то Венера как и все прочие планеты солнечной системы имела момент осевого вращения, вектор которого совпадал по направлению с вектором орбитального вращения и был наклонен под каким-то углом к плоскости эклиптики.
Тогда следует, что Венера, как и любое упругое осесимметричное правильное тело вращения имело форму эллипсоида вращения. Подобно Земле она прецессировала в силу гироскопического эффекта, вызванного воздействием притяжения Солнца на экваториальное вздутие, не лежащее в плоскости эклиптики. Эффект прецессии известен очень давно и точно описан для Земли как качественно, так и количественно. Подчеркнем, что прецессия всегда направлена в сторону, противоположную осевому вращению планеты, а ось прецессии перпендикулярна плоскости эклиптики. Иначе говоря, ось вращения планеты описывает конус вокруг перпендикуляра к плоскости эклиптики с вершиной в центре масс планеты. Угол при вершине конуса равен углу наклона оси вращения планеты к этому перпендикуляру. Скорость же прецессии зависит от момента пары сил, воздействующих на ее экваториальное вздутие со стороны Солнца и стремящихся как бы "выправить" вертикальную ось планеты, т.е. "поставить" ее строго перпендикулярно плоскости эклиптики. Понятно, что величина момента пары сил будет в конечном счете зависеть от величины экваториального вздутия и от расстояния планеты от Солнца. Величина же этого вздутия (степень отличия формы планеты от правильной сферы в сторону роста ее "эллипсоидности") зависит от скорости ее осевого вращения. Это, конечно, при условии, что планеты земного типа не являются абсолютно твердыми телами, а подвержены упругим деформациям.
Теперь напомним, что для рассматриваемых нами тел выполняется условие Мвр = J w = const. Из этого следует, что если на каком-то этапе жизни планеты в силу неких причин изменится ее момент инерции (при сохранении массы), то немедленно изменится скорость ее осевого вращения.
Момент инерции для шара J = 2/5mR2 (R - радиус, m - масса шара). Спрашивается, может ли планета с постоянной массой изменить свой радиус? Современная физика Земли говорит - да, может. Любая из планет, по крайней мере, земной группы должна была испытать хотя бы однократное изменение объема за счет фазового перехода вещества в новое состояние под действием внутреннего разогрева, вызванного гравитационным сжатием, на ранних этапах формирования.
Для нас важно, что если планета во время такого изменения вела себя как достаточно упругое тело, то изменение ее радиуса, а стало быть, и момента инерции незамедлительно вызвало противофазное изменение угловой скорости ее вращения. Но у упругого тела вращения, например, рост скорости вращения сразу же вызывает рост полюсного сжатия и экваториального вздутия (рост эллипсоидности). Однако рост последней (т.е. рост экваториального радиуса) - это рост момента инерции, а, следовательно, падение величины угловой скорости вращения. Иначе говоря, для планеты как упругого тела вращения в рассматриваемом варианте изменения объема начинается автоколебательный процесс - противофазное колебание скорости ее осевого вращения и эллипсоидности ее фигуры.
Не беремся судить о параметрах этих колебаний - частоте, амплитуде, скорости затухания за счет потери энергии вращения в пластических деформациях планеты. Насколько известно, этого еще никто не делал ни для Земли, ни тем более для других планет. И все же наши элементарные физические рассуждения приводились для того, чтобы показать главное - полный момент количества движения планеты должен включать как момент осевого вращения, так и момент прецессионного вращения, а также момент орбитального вращения:
М = Мвр + Мпр + Морб.
Последний нас не очень волнует - это, как известно, один из самых устойчивых параметров солнечной системы (его колебания для планет носят очень плавный и длинно периодический характер). Да и момент инерции для него вычисляется отдельно. А вот для моментов вращения и прецессии можно записать:
М = Мвр + Мпр = J wос + Jwпр = J(wос + wпр ) = const,
где wос - осевая скорость вращения, wпр - скорость прецессионного вращения.
Для точности скажем, что обе эти величины векторны. Их векторы направлены в разные стороны и лежат не на одной оси. Да и момент инерции для планеты, чья фигура отлична от правильной сферы, для Мвр и Мпр несколько разный. Но для нашей качественной модели и с учетом того, что любая из планет земной группы имеет не слишком значительный угол наклона оси вращения к плоскости эклиптики, а их фигура не очень отличается от сферы, эти замечания можно не учитывать.
Гораздо интереснее другое. Величины wпр, Мэр и момент пары сил L, действующий на экваториальное вздутие со стороны Солнца, связаны следующей формулой L = J wос wпр, где все величины, кроме J, векторны. Отсюда следует, что если Мвр = const, то рост величины L вызывает рост скорости прецессии wпр. Понятно, что рост L идет с ростом эллипсоидности планеты, т.е. тогда, когда J растет до максимума, а wос подает до минимума. Становится очевидным, что процесс падения угловой скорости вращения wос УСУГУБЛЯЕТСЯ неизбежным ростом скорости прецессии wпр. А отсюда нетрудно предствить ситуацию, когда wос обратится в нуль и ее практически "подменит" wпр.
Итак, если планета как физическое упругое тело вошла в описанный режим противофазных колебаний скорости осевого вращения и момента инерции (степени "эллипсоидности" своей фигуры), тогда в ПРИНЦИПЕ возможна следующая ситуация. Действие момента пары сил со стороны Солнца приводит ее к "передаче" момента осевого вращения момент к прецессии, т.е. осью ее вращения может стать бывшая ось прецессии. Если это происходит, то:
1) планета начнет вращаться в сторону, противоположную своему исходному вращению;
2) ось ее нового вращения будет перпендикулярна плоскости эклиптики;
3) при достаточной упругости планеты процесс перехода на новую ось и направление вращения будет сопровождаться хотя и с отставанием, перестройкой эллипсоидности фигуры относительно новых полюсов вращения, что, в конце концов, приведет к возникновению экваториального вздутия в плоскости эклиптики;
4) впредь планета будет избавлена от воздействия на свое экваториальное вздутие со стороны Солнца и, тем самым, от прецессии оси вращения.
Все это в принципе могло произойти с Венерой. Разумеется, наша модель достаточно груба, но, думается, внутренне непротиворечива. Надеемся, что она может послужить стимулом для специалистов, способных более строго описать реально существующую космическую аномалию - аномалию планеты Венера.
Павел Черносвитов
22.12.2014 18:43:00
