ГлавнаяЭволюция жизни на ЗемлеЭволюция человека → Яйцо, эллипс и эффект рогатки

Яйцо, эллипс и эффект рогатки

6 Сен 2011

Яйцо, эллипс и эффект рогаткиТеперь вернемся к нашей пушке, которая стояла на вершине горы, и добавим ей еще мощности. Что прoизойдет?

Пришло время ознакомиться с открытием великого немецкого ученого Иоганна Кеплера, жившего незадолго до Ньютона. Иоганн Кеплер показал, что траектория, по которой одни тела вращаются вокруг других в космосе, – не круг, а фигура, известная математикам еще со времен древних греков: эллипс. Эллипс по форме напоминает яйцо (хотя яйцо – совсем не идеальный эллипс). Круг – частный случай эллипса, да и яйцо бывает настолько толстым, что скорее похоже на шарик для пинг-понга.

Есть простой способ не только нарисовать эллипс, но и одновременно понять, что круг – это частный случай эллипса. Возьми струну и свяжи ее концы между собой самым маленьким и аккуратным узлом. Потом воткни в лист бумаги булавку и накинь на нее струну. С другой стороны вставь в петлю карандаш и, натягивая струну, нарисуй фигуру вокруг булавки. Разумеется, получится круг. .

Затем возьми вторую булавку и воткни в лист рядом с первой так, чтобы обе они соприкасались. Ты опять нарисуешь круг, потому что булавки стоят настолько близко, что их можно считать за одну. А теперь – начинается самое интересное. Переставь одну из булавок на десять – двадцать сантиметров. Нарисованная тобой фигура станет уже не кругом, а яйцеподобным эллипсом. Чем дальше находятся друг от друга булавки, тем уже получится эллипс. А чем они ближе друг к другу, тем эллипс будет шире, пока в какой-то момент булавки не соприкоснутся – и эллипс станет кругом. Тот самый частный случай.

После знакомства с эллипсом вернемся к нашей супермощной пушке. Она уже отправила снаряд на орбиту, которую мы сочли почти круглой. При большей силе выстрела орбита станет более вытянутым и менее круглым эллипсом. Такую орбиту называют эксцентричной. Наше ядро удаляется на приличное расстояние от Земли, а потом падает обратно. Земля – одна из двух "булавок". Вторая отсутствует как предмет, но будет воображаемой булавкой в открытом космосе. Многим ученым она помогает сделать расчеты более понятными, но если тебя эта несуществующая булавка смущает – забудь про нее. Главное – понять, что Земля – не центр "яйца". Орбита гораздо больше удалена от Земли с одной стороны (в районе воображаемой "булавки"), нежели с другой (где сама Земля – "булавка")

Продолжим увеличивать мощность нашей пушки. Ядро после выстрела улетает все дальше от Земли и возвращается вниз почти вертикально. Эллипс становится все уже. В какой-то момент он перестанет быть эллипсом, и тогда же скорость ядра, с каждым разом возрастающая, позволит ему преодолеть точку возврата, за которой сила притяжения Земли Не сможет вернуть его. Значит, ядро достигло второй космической скорости и исчезнет навсегда шока его не притянет сила гравитации другого космического тела, например Солнца).

Наша пушка продемонстрировала нам все стадии образования орбиты. Сначала ядро просто плюхалось в море. Потом с возрастанием силы выстрела траектория падения ядра становится все более горизонтальной, пока в какой-то момент снаряд не наберет достаточную скорость, чтобы выйти на почти круглую орбиту (не забывай, что окружность – частный случай эллипса). Затем, когда скорость выстрела увеличивается, орбита изменяет свою форму и становится ближе. В конечном счете эллипс настолько вытягивается, что перестает быть эллипсом вовсе: ядро достигает второй космической скорости и в тот же момент пропадает. Формально орбита Земли вокруг Солнца – эллипс, но очень близкий к кругу. То же самое можно сказать и о других планетах, кроме Плутона (который сейчас уже не считается планетой). С другой стороны, у кометы орбита похожа на очень вытянутое, узкое яйцо. Чтобы нарисовать такой эллипс, тебе пришлось бы поставить булавки очень далеко друг от друга.

Космические инженеры научились использовать так называемый эффект рогатки для экономии ракетного топлива. Зонд "Кассини", предназначенный для исследования дальней планеты Сатурн, казалось бы, достиг своей цели окольным путем, но на самом деле все было тщательно спланировано и просчитано с учетом эффекта рогатки. Зонд потратил значительно меньше топлива, нежели требуется, чтобы добраться до Сатурна по прямой, так как на своем пути он позаимствовал энергию гравитации и орбитального движения от трех планет – от Венеры (дважды), потом вернулся к Земле, а затем получил последний, мощный толчок от Юпитера. Вокруг каждой из трех планет он летел как комета, увеличивая скорость каждый раз при вхождении в гравитационное поле планеты. Четыре ускорения на манер рогатки метнули "Кассини" к Сатурну, его системе колец и 62 спутникам, откуда зонд и сейчас присылает нам ошеломляющие снимки.

В основном она пролегает за орбитой Нептуна, но в перигелионе перемещается ближе к Солнцу, чем Нептун на его почти круглой орбите. Хотя даже орбита Плутона по своей эксцентричности не может сравниться с кометой. Я прошептал ей на ушко (естественно, она ничего не поняла, но я тем не менее прошептал), что я комету больше не увижу, а вот у дочки еще будет такой шанс, когда комета вернется в 2061 год}-.

Кстати, хвост любой кометы – облако пыли, но оно не несется вслед за ее головой, как могло бы показаться. Вместо этого хвост "выдувается" потоком частиц, исходящих от Солнца, и этот поток частиц мы называем солнечным ветром. Таким образом хвост кометы всегда направлен от 1 Солнца, причем не важно, в какую сторону она, движется. В связи с этим писатели-фантасты сделали замечательное предположение, недавно претворенное в жизнь. японскими космическими инженерами: использовать солнечный ветер, чтобы передвигаться на космических кораблях с гигантскими "парусами". Как яхты в море используют обычный ветер, так и космические яхты с помощью солнечного ветра, могли бы стать для людей очень экономным способом путешествий к далеким мирам.





Рекомендуем к прочтению



Здесь вы можете написать отзыв

* Текст комментария
* Обязательные для заполнения поля