Вокруг чего движется солнце
Вокруг чего вращается Солнце?
Почти все известные нам тела участвуют во вращательном движении. Земля вращается как вокруг собственной оси, так и вокруг Солнца. Луна обращается вокруг Земли и также имеет собственную ось вращения. А вращается ли Солнце, и если да, то вокруг чего?
Наше светило также совершает сразу два вращательных движения. Во-первых, у нее есть своя ось вращения. Интересно, что ось Солнца не перпендикулярна плоскости эклиптики, в которой находятся орбиты планет Солнечной системы, а имеет наклон, равный 7,25°. Ученые до сих пор затрудняются в объяснении причин такого наклона солнечной оси.
Надо понимать, что Солнце не является монолитным твердым телом, а состоит из разогретых газов, поэтому разные участки звезды совершают один оборот вокруг оси за разный период времени. На экваторе этот период вращения составляет 24,47 дней, а на полюсах звезды он возрастает до 38 дней. При этом речь идет о скорости вращения внешних слоев, которые можно наблюдать с Земли. Ядро Солнца может вращаться с совсем другой скоростью. Последние исследования показывают, что солнечное ядро совершает один оборот всего лишь за неделю.
Однако Солнце и вся Солнечная система также вращается вокруг центра нашей галактики, в котором находится черная дыра Стрелец А. Масса этой черной дыры превышает солнечную массу в 4,3 млн раз! Галактическая орбита нашей звезды имеет почти круговую форму. Ее радиус оценивается примерно в 27 тыс. св. лет. Хотя линейная скорость движения Солнечной системы относительно галактического центра составляет 220-240 км/с, один оборот вокруг Стрельца А наша звезда совершает за 225-250 млн лет! Этот период времени называют галактическим годом. Получается, что за всё время своего существования Солнце совершило лишь 18-19 полных оборотов вокруг центра галактики.
Список использованных источников
Вокруг чего вращается Солнце?
Все мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца. Исходя из этого, возникает закономерный вопрос: вращается ли само Солнце? И если да, то вокруг чего? Ответ на этот вопрос астрономы получили только в XX столетии.
Наша звезда действительно движется, причем если Земля имеет два круга вращения (вокруг Солнца и вокруг своей оси), то у Солнца их три. Мало того, вся Солнечная система вместе с планетами и другими космическими телами постепенно отдаляется от центра галактики, сдвигаясь с каждым оборотом на несколько миллионов километров.
Вокруг чего вращается Солнце?
Вокруг чего же вращается Солнце? Известно, что наша звезда располагается в галактике Млечный Путь, диаметр которой имеет около 30 000 парсек. Под парсеком понимают астрономическую единицу измерения, равную 3,26 световых лет.
В центральной части Млечного Пути находится относительно небольшой Галактический центр с радиусом порядка 1000 парсек. В нем до сих пор происходит образование звезд и располагается ядро, благодаря которому когда-то и возникла наша звездная система.
Расстояние Солнца от Галактического центра составляет 26 тысяч световых лет, то есть оно расположено ближе к краям галактики. Вместе с остальными звездами, входящими в Млечный Путь, Солнце крутится вокруг этого центра. Средняя скорость его движения варьируется в пределах от 220 до 240 км в секунду.
На один оборот вокруг центральной части галактики уходит в среднем 200 млн. лет. За весь период своего существования наша планета вместе с Солнцем облетела вокруг Галактического ядра всего около 30 раз.
Почему Солнце вращается вокруг галактики?
Как и в случае с вращением Земли, точная причина движения Солнца не установлена. По одной из версий, в Галактическом центре находится некая темная материя (сверхмассивная черная дыра), которая воздействует как на вращение звезд, так и на их скорость. Вокруг этой дыры находится другая дыра меньшей массы.
Совместно обе материи оказывают гравитационное влияние на звезды в галактике и вынуждают их передвигаться по различным траекториям. Другие ученые придерживаются мнения, что движение связано с гравитационными силами, исходящими от ядра Млечного Пути.
Как и любой объект, Солнце движется по инерции по прямой траектории, однако гравитация Галактического центра притягивает его к себе и тем самым заставляет вращаться по окружности.
Вращается ли Солнце вокруг своей оси?
Вращение Солнца вокруг своей оси является вторым кругом его движения. Поскольку оно состоит из газов, его движение происходит дифференцированно.
Иными словами, на своем экваторе звезда вращается быстрее, а на полюсах – медленнее. Отследить вращение Солнца вокруг своей оси достаточно сложно, поэтому ученым приходится ориентироваться по солнечным пятнам.
В среднем пятно в районе солнечного экватора совершает оборот вокруг оси Солнца и возвращается в исходное положение за 24,47 дня. Регионы в области полюсов движутся вокруг солнечной оси за 38 дней.
Чтобы вычислить какую-то конкретную величину, ученые приняли решение ориентироваться на позицию 26° от экватора, так как примерно в этом месте наблюдается наибольшее количество солнечных пятен. В итоге астрономы пришли к единой цифр. Согласно ей скорость обращения Солнца вокруг собственной оси составляет 25,38 дней.
Что такое вращение вокруг сбалансированного центра?
Как говорилось выше, в отличие от Земли, Солнце имеет три плоскости вращения. Первая – вокруг центра галактики, вторая – вокруг своей оси. А вот третьей является так называемый гравитационный сбалансированный центр. Если объяснять простыми словами, то все планеты, вращающиеся вокруг Солнца, хоть и имеют намного меньшую массу, но немного притягивают его к себе.
Система вращения планет вокруг Солнца
В результате этих процессов собственная ось Солнца также вращается в пространстве. При вращении она описывает радиус центровой балансировки, внутри которого и вращается Солнце. При этом само Солнце тоже описывает свой радиус. Общая картина этого движения астрономам вполне понятна, но ее практическая составляющая до конца не изучена.
В целом же наша звезда – очень сложная и многогранная система. Поэтому в будущем ученым предстоит раскрыть еще много ее тайн и загадок.
Почему Солнце вращается вокруг Земли
В России одна известная организация под названием ВЦИОМ проводила социологическое исследование, на котором гражданам предлагали ответить на вопрос: «Согласны ли вы со следующим утверждением: Солнце вращается вокруг Земли?» Данные этого опроса многократно перепечатываются в СМИ, и на различных сетевых ресурсах в комментариях часто ссылаются на него при обсуждении различных общественно-политических проблем.
Если бы я принял участие в этом опросе, я бы, скорее всего, был среди тех 30%, кто ответил утвердительно. Ниже я постараюсь объяснить, почему.
Дело в том, что любое движение относительно. Движется объект или стоит неподвижно, и как он движется, зависит от выбранной системы отсчета. В утверждении «Солнце вращается вокруг Земли» нет никаких указаний на систему отсчета, есть только 2 объекта, Солнце и Земля.
Предположим, имеется система из 2 точек A и B. Если в системе отсчета, связанной с точкой A, точка B движется по окружности с центром в точке A, то в системе отсчета, связанной с точкой B, точка A движется по окружности с центром в точке B.
Это очень легко доказать. Достаточно записать уравнение вращения в полярных координатах.
Расстояние до центра окружности не зависит от времени и равно начальной длине отрезка AB. Полярный угол равен произведению угловой скорости на время. При переходе к полярным координатам с центром в точке B расстояние между точками A и B останется точно такое же, а угол просто сместится на 180°.
Вместо чертежа предлагаю взглянуть на наглядную иллюстрацию. Чтобы просматривать иллюстрации в данной статье, вам понадобится браузер, показывающий анимацию gif.
Здесь показано движение тел в системе Солнце-Земля в 3 системах отсчета. Слева — гелиоцентрическая система, т. е. система, в центре которой находится Солнце, справа — геоцентрическая система (с центром на Земле), а посередине — система координат, связанная с точкой посередине между Солнцем и Землей. Промежуточную систему я добавил специально для того, чтобы показать, что возможных систем отсчета гораздо больше двух, и все они равноправны. Если Земля вращается вокруг Солнца, то можно говорить и о ее вращении вокруг чего угодно.
Собственно, на этом можно было бы поставить точку. Вопрос ВЦИОМ безграмотный и однозначного ответа не имеет. Можно как соглашаться с утверждением, что Солнце вращается вокруг Земли, так и не соглашаться, никаких выводов из этого не следует, и внимания подобные исследования не заслуживают. Однако тема, затронутая в этом вопросе, очень плодотворная. По ней можно рассказать много интересного. Поэтому продолжим.
Характер движения небесных тел изучался людьми для решения практических задач. Солнце очевидно влияет на погоду, поэтому для планирования многих мероприятий, например, строительных или сельскохозяйственных работ, надо было уметь рассчитывать его траекторию. Ученые наблюдали за светилом, записывали результаты и составляли таблицы, в какой день, в каком месте на земле до какой высоты Солнце поднимется, сколько будет длиться ночь и т. д. Принимая Землю за центр, вокруг которого вращается Солнце, можно было все достаточно точно рассчитать. Результатом этих расчетов стал календарь, которым мы пользуемся и сейчас.
Сложности возникают, когда появляется необходимость рассчитать траектории движения планет. Скажем, Венера. На погоду она не влияет, но игнорировать ее совершенно невозможно, потому что это 3-й по яркости объект на небе. Ясной ночью при свете этой планеты можно даже читать. Давайте посмотрим, как выглядит орбита Венеры с учетом того, что мы о ней знаем. Надо заметить, что сделать изображение Солнечной Системы с соблюдением всех пропорций практически невозможно, поэтому на моих иллюстрациях, пропорции не соблюдены. Я старался соблюдать только отношения больше-меньше и медленнее-быстрее (Венера меньше Юпитера, Меркурий относительно Солнца движется быстрее Земли и т. п.).
Вот, как выглядит траектория движения Венеры в различных системах отсчета.
Попробуйте по такой траектории рассчитать, когда Венера окажется на одной линии между Солнцем и Землей или когда она скроется за Солнцем. Задача не из легких.
А кроме Венеры с древних времен были известны и другие планеты. Например, самый близкий к Солнцу Меркурий. Его траектория в тех же координатах выглядит следующим образом.
Если вы сделаете подряд несколько скриншотов, вы заметите, что в каждый момент времени состояние системы Солнце-Меркурий-Венера-Земля во всех трех системах одинаковое. Линии, которые рисуют планеты, на самом деле не существуют. Это математические абстракции, которые рисует наше воображение, чтобы лучше разобраться в предмете.
При виде такой красоты преимущества гелиоцентрической системы вовсе не кажутся очевидными.
Поскольку предсказать разнообразные кульбиты планет в геоцентрической системе не удавалось, и имевшиеся таблицы с координатами расходились с наблюдениями, астрономы работали над другими системами. В середине XVI века Николай Николаевич Коперник опубликовал книгу с описанием гелиоцентрической системы. Таким образом возникло два взгляда на устройство окружающего нас пространства. Несмотря на серьезные различия, они обладали некоторым сходством.
Неудивительно, что книги о гелиоцентризме стали попадать в реестр запрещенной литературы, который вели представители церкви. 1-й пункт противоречит религиозным догматам и оскорбляет чувства верующих, а 2-й пункт исключает аргументы для оправдания.
Понадобилось еще несколько десятков лет тщательных наблюдений, прежде чем Иоганн Генрихович Кеплер нашел, наконец, формулы, позволяющие с удовлетворительной точностью вычислить положение всех известных планет в различное время. Эти формулы работали в системе отсчета с неподвижным Солнцем, и таким образом гелиоцентрическая система мира утвердилась в качестве признанной теории.
Современная наука уже давно отказалась от идеи, что тот объект, который неподвижен, тот главнее. Никто уже сейчас не ищет «Центр Мироздания». Система отсчета — это математическая абстракция, используемая как инструмент. Для одних задач нужна гелиоцентрическая система, для других задач подходит геоцентрическая, а есть задачи, для которых ни та, ни другая не подходит. Причем, подходит — не подходит, это субъективная оценка. Подходящей назначают ту систему отсчета, в которой необходимые расчеты с требуемой точностью выполнить проще. С появлением же вычислительной техники, эта граница стирается еще сильнее. При помощи простой программки на питоне в домашних условиях можно получить результат сразу в нескольких системах отсчета с одинаковой точностью. Какую систему задашь, в такой и получишь результат.
Так что когда в интернете кто-то начинает обсуждать, кто вокруг кого вращается, и сколько процентов населения не знакомо с этим «фактом», смело считайте этого пользователя гостем из прошлого, века примерно из XVI-XVIII.
В конце XVII века Исаак Исаакович Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения и законы механики, которые подтверждали формулы Иоганна Генриховича и работали с приемлемой точностью в гелиоцентрической системе отсчета. Это выделило гелиоцентрическую систему, где Земля вращается вокруг Солнца, среди всех остальных систем.
Ньютоновская механика хорошо согласовывалась с известными на момент ее создания результатами наблюдений, но при этом ставила новые вопросы, требующие объяснения. И этим она прекрасна, потому что новые вопросы вдохновляют на поиск новых ответов. Законы Ньютона имеют следующие проблемы:
Последний пункт — самое слабое место классической механики. Законы выполняются в инерциальной системе отсчета, а что это за система, точного определения нет. Сколько ни ломали голову, ничего не придумали, кроме того, что инерциальная система отсчета — это такая система отсчета, в которой выполняются законы Ньютона. Получается зацикливание, определение термина через самого себя. Гелиоцентрическая система может считаться инерциальной только приближенно, а настоящих инерциальных систем вообще не существует.
Тут самое время предоставить слово почетному академику АН СССР Альберту Германовичу Эйнштейну:
Можем ли мы сформулировать законы таким образом, чтобы они были справедливыми для всех систем координат, не только для систем, движущихся прямолинейно и равномерно, но и для систем, движущихся совершенно произвольно по отношению друг к другу? Если это можно сделать, то наши трудности будут разрешены. Тогда мы будем в состоянии применять законы природы в любой системе координат. Борьба между воззрениями Птолемея и Коперника, столь жестокая в ранние дни науки, стала бы тогда совершенно бессмысленной. Любая система координат могла бы применяться с одинаковым основанием. Два предложения — «Солнце покоится, а Земля движется» и «Солнце движется, а Земля покоится» — означали бы просто два различных соглашения о различных системах координат.
Могли ли бы мы построить реальную релятивистскую физику, справедливую во всех системах координат; физику, в которой имело бы место не абсолютное, а лишь относительное движение? Это, в самом деле, оказывается возможным!
Товарищ Эйнштейн разработал теорию гравитации, которая не требует инерциальной системы отсчета. Его общая теория относительности объяснила аномалию орбиты Меркурия, нашла много других экспериментальных подтверждений и поставила перед наукой массу новых вопросов. И этим она прекрасна.
После признания теории относительности спор о том, Солнце вращается вокруг Земли или наоборот, окончательно приравнялся к войне остроконечников и тупоконечников. И то, что у нас в обществе до сих пор приходится сталкиваться с устаревшими представлениями о законах природы, вызывает грусть и сожаление.
Вспоминается эпизод из «Этюда в багровых тонах», блестяще экранизированный режиссером Игорем Федоровичем Масленниковым:
Куда летит Солнце?
Заслуженный деятель науки, докт. физ.-мат. наук, профессор Астрокосмического центра ФИАН Владимир Курт — астрофизик широкого профиля. Ему принадлежат как важные экспериментальные результаты по исследованию свойств межпланетной среды в Солнечной системе и по изучению космических гамма-всплесков, так и теоретические результаты в разных областях астрономии. Научной работой он занимается с 1955 года. Предлагаем нашим читателям его статью об истории открытия одного из движений Солнца.
До Николая Коперника (1473–1543) ученые полагали, что в центре Мира находится Земля, а все планеты, тогда их было известно пять (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и Солнце вращаются вокруг Земли. Я не говорю уже о гипотезах нахождения Земли на спине слона, черепахи или еще каких-либо пресмыкающихся или млекопитающих.
В год смерти Коперника (1543) было опубликовано на латыни его многотомное сочинение «Об обращении небесных сфер» с описанием новой системы мироздания, в центре которого находилось Солнце, а все планеты, числом уже шесть (с присовокуплением к пяти известным планетам и Земли) вращаются по круговым орбитам вокруг центра — Солнца.
Следующий шаг в построении Солнечной системы сделал в 1609 г. Иоганн Кеплер (1571–1630), доказавший, используя точные астрометрические наблюдения движения планет (в основном сделанные датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам, в фокусе которых находится Солнце.
Экспериментальное, т. е. наблюдательное, подтверждение теории Коперника было получено Галилео Галилеем (1564–1642), который наблюдал в телескоп фазы Венеры и Меркурия, что и подтвердило коперниканскую (т. е. гелиоцентрическую) систему мироздания.
И, наконец, Исаак Ньютон (1642–1727) вывел дифференциальные уравнения небесной механики, которые позволяли вычислять координаты планет Солнечной системы и объяснили, почему они движутся, в первом приближении, по эллипсам. В дальнейшем трудами великих механиков и математиков XVIII и XIX веков была создана теория возмущений, позволившая учесть гравитационное взаимодействие планет друг на друга. Именно таким образом, путем сравнения наблюдений и вычислений, были открыты далекие планеты Нептун (Адамс и Леверье, 1856) и Плутон (1932), хотя в прошлом году Плутон был административным порядком вычеркнут из списка планет. На сегодня занептунеанских планет размером с Плутон и даже чуть больше насчитывается уже шесть.
К середине XIX века астрометрическая точность определения координат звезд достигла сотых долей секунды дуги. Тогда для некоторых ярких звезд было замечено, что их координаты отличаются от координат, измеренных несколькими столетиями раньше. Первым таким античным каталогом был каталог Гиппарха и Птолемея (190 г. до н.э.), а в гораздо более позднюю эпоху раннего Возрождения — каталог Улугбека (1394–1449). Появилось понятие «собственного движения звезд», которые до этого, да и сейчас по традиции называются «неподвижными звездами».
Внимательно изучая эти собственные движения, Уильям Гершель (1738–1822) обратил внимание на их систематическое распределение и сделал из этого правильный и весьма нетривиальный вывод: часть собственного движения звезд не есть движение этих звезд, а отражение движения нашего Солнца относительно близких от Солнца звезд. Точно так мы видим перемещение близких деревьев относительно далеких, когда едем на автомобиле (или, что еще лучше, на лошади) по лесной дороге.
Увеличивая количество звезд с измеренными собственными движениями, удалось определить, что наше Солнце летит в направлении созвездия Геркулеса, к точке, называемой апексом, с координатами α= 270° и δ= 30°, со скоростью 19,2 км/с. Это есть собственное «пекулярное» движение Солнца со всеми планетами, межпланетной пылью, астероидами относительно примерно ста ближайших к нам звезд. Расстояния до этих звезд невелики, что-то порядка 100–300 световых лет. Все эти звезды участвуют и в общем движении вокруг центра нашей Галактики со скоростью около 250 км/с. Сам центр Галактики расположен в созвездии Стрельца, на расстоянии от Солнца около 25 тыс. световых лет. Движение Солнца среди звезд напоминает движение мошки в облаке, в то время как всё облако с гораздо большей скоростью летит относительно деревьев в лесу.
Конечно, и сама вся наша гигантская Галактика летит относительно других галактик. Скорости индивидуальных галактик достигают сотен и тысяч км/с. Одни галактики приближаются к нам, как, например, знаменитая туманность Андромеды, другие удаляются от нас.
Все галактики и скопления галактик также участвуют в общем космологическом расширении, которое заметно, однако, только при масштабах более 10–30 миллионов световых лет. Величина этой скорости расширения линейно зависит от расстояния между галактиками или их скоплениями и равна, по современным измерениям, около 25 км/с при расстоянии между галактиками миллион световых лет.
Можно, однако, еще выделить и особую систему отсчета, а именно поле реликтового 3К субмиллиметрового излучения. Там, куда мы летим, температура этого излучения слегка выше, а откуда летим — ниже. Разница этих температур — 0,006706 К. Это так называемая «дипольная компонента» анизотропии реликтового излучения. Скорость движения Солнца относительно реликтового излучения равна 627 ± 22 км/с, а без учета движения Местной группы галактик — 370 км/с в направлении созвездия Девы.
Так что на вопрос, куда летит наше Солнце и с какой скоростью, ответ дать трудно. Надо сразу определить: относительно чего и в какой системе координат.
В 1961 г. наша группа из Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ проводила наблюдения рассеянного солнечного ультрафиолетового излучения в линиях водорода (1215А) и кислорода (1300А) с высотных геофизических ракет, поднимавшихся до высоты 500 км. В это время благодаря предложению академика С. П. Королева в Советском Союзе начали систематически запускать межпланетные станции, как пролетные, так и посадочные, к Марсу и Венере. Естественно, что и мы решили попытаться обнаружить у Венеры и Марса такие же протяженные водородные короны, как и на Земле.
Вначале мы полагали, что это светят далекие звезды, однако расчет показывал, что такое свечение должно быть на много порядков ниже. Ничтожное содержание в межзвездной среде космической пыли полностью «съедало» бы это излучение. Протяженная солнечная корона, согласно теории, должна была быть практически полностью ионизована, и нейтральных атомов там не должно было быть.
Оставалась лишь межзвездная среда, которая около Солнца могла быть в большой степени нейтральной, что и объясняло открытый нами эффект. Через два года после нашей публикации Ж.-Э. Бламон и Ж.-Я. Берто из Службы аэрономии Франции с американского спутника ОГО-V обнаружили геометрический параллакс области максимального свечения в линии Лайман-альфа, что позволило сразу оценить расстояния до нее. Эта величина оказалась равной примерно 25 астрономическим единицам. Были также определены координаты этого максимума. Картина начала проясняться. Решающий вклад в эту проблему внесли два немецких физика — П. В. Блум и Х. Дж. Фар, которые указали на роль движения Солнца относительно межзвездной среды. С целью измерения всех параметров этого движения в 1975 г. нами совместно с уже упомянутыми французскими специалистами было выполнено два специальных эксперимента на отечественных спутниках «Прогноз-5» и «Прогноз-6». Эти спутники позволили получить карту всего неба в линии Лайман-альфа, а также измерить температуру нейтральных атомов водорода в межзвездной среде. Была определена плотность этих атомов «на бесконечности», т. е. вдали от Солнца, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды.
Между этими двумя ударными волнами (вероятно, сверхзвуковыми) находится область очень горячей, полностью ионизованной плазмы с температурой 10 7 или даже 10 8 К. Вопрос о взаимодействии налетающих нейтральных атомов водорода с горячей плазмой в этой промежуточной области чрезвычайно интересен. При перезарядке межзвездных, относительно холодных атомов межзвездной среды с горячими протонами в этой области образуются нейтральные атомы с очень высокой температурой и соответственной скоростью, приведенной выше. Они пронизывают всю Солнечную систему и могут регистрироваться у Земли. С этой целью в США был запущен 2 года тому назад специальный спутник Земли — ИБЕКС, успешно работающий для решения этих и смежных проблем. Открытый нами эффект «набегания» межзвездной среды получил название «межзвездный ветер».
Для того чтобы обойти этот неясный вопрос, наша группа провела цикл наблюдений с ИСЗ «Прогноз» в линии нейтрального гелия с длиной волны 584А. Гелий не участвует в процессе перезарядки с протонами солнечного ветра и почти не ионизуется солнечным ультрафиолетом. Именно благодаря этому атомы нейтрального гелия, пролетая по гиперболам мимо Солнца, фокусируются за ним, образуя конус с повышенной плотностью, который мы и наблюдали. Ось этого конуса дает нам направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды, а его расходимость дает возможность определения температуры атомов гелия в межзвездной среде вдали от Солнца.
В 2000 г. немецкие астрономы во главе с Х. Розенбауером смогли на внеэклиптическом аппарате «Улисс» непосредственно обнаружить атомы нейтрального гелия, влетающие в Солнечную систему из межзвездной среды. Ими были определены параметры «межзвездного ветра» (плотность атомарного гелия, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды). Результаты прямых измерений атомов гелия отлично совпали с нашими оптическими измерениями.
Такова история открытия еще одного движения нашего Солнца.