Причина проста и должна относиться к каждой солнечной системе, такой как наша собственная.
3 января 2019 года Земля достигла точки на своей орбите, в которой она максимально сближается с Солнцем: перигелия. Каждый объект, вращающийся вокруг одной массы (например, наше Солнце), образует эллипс, содержащий точку наибольшего сближения, уникальную для этой конкретной орбиты, известную как перицентр. За последние 4,5 миллиарда лет Земля вращалась вокруг Солнца по эллипсу, точно так же, как и все другие планеты, вращающиеся вокруг своих звезд во всех других зрелых солнечных системах по всей галактике и Вселенной.
Но есть кое-что, чего вы, возможно, не ожидаете или не оцениваете, но тем не менее происходит: орбитальный путь Земли не остается неизменным с течением времени, а закручивается наружу. В этом, 2019 году, наш перигелий был на 1,5 сантиметра дальше, чем в прошлом году, который был дальше, чем годом ранее, и т. д. Это касается не только Земли; каждая планета дрейфует от своей родительской звезды. Вот наука почему.
Сила, отвечающая за движение каждой планеты вокруг каждой солнечной системы во Вселенной, одна и та же: универсальный закон гравитации. Если вы посмотрите на это с точки зрения Ньютона, где каждая масса притягивает любую другую массу во Вселенной, или с точки зрения Эйнштейна, где масса и энергия искривляют ткань пространства-времени, через которую движутся другие массы, наибольшая масса доминирует на орбите. всего, на что он влияет.
Если бы центральная масса была неизменной и была единственным действующим фактором, сила гравитации оставалась бы постоянной во времени. Каждая орбита навсегда останется идеальным замкнутым эллипсом и никогда не изменится.
Конечно, так не бывает. В каждой солнечной системе есть и другие массы: планеты, луны, астероиды, кентавры, объекты пояса Койпера, спутники и многое другое. Эти массы возмущают орбиты, вызывая их прецессию. Это означает, что точка наибольшего сближения - периапсиса вообще или перигелия для орбиты по отношению к нашему Солнцу - вращается во времени.
Орбитальная механика по-разному влияет на прецессию равноденствий. У Земли, например, перигелий и декабрьское солнцестояние совпали всего 800 лет назад, но они медленно расходятся. С периодом в 21 000 лет наш перигелий прецессирует таким образом, что изменяет не только точку наибольшего сближения на нашей орбите, но и положение наших полярных звезд.
Есть и другие факторы, которые изменяют нашу орбиту, в том числе:
- дополнительное искривление пространства-времени из-за Общей теории относительности, из-за которого планеты с большой массой подвергаются дополнительной прецессии,
- присутствие частиц материи в плоскости Солнечной системы, вызывающее торможение планет и создающее вдохновляющее явление,
- и создание гравитационных волн, что происходит, когда любая масса (например, планета) проходит через область, где кривизна пространства-времени изменяется (например, вблизи звезды), что также вызывает инспирацию.
Эти последние два эффекта, однако, важны только в экстремальных условиях, например, очень близко к большой компактной массе или на ранних стадиях формирования Солнечной системы, когда протопланетные диски присутствуют и все еще массивный.
Сегодня Земля (и все планеты) так далеко от Солнца и окружены таким скудным количеством материи, что шкала времени на вдохе в триллионы-квадриллионы раз длиннее нынешнего века. Вселенной. Поскольку протопланетный диск полностью испарился около 4.5 миллиардов лет назад почти не осталось ничего, что могло бы рассеять наш угловой момент. Самый большой эффект, способствующий нашей спирали, - это излучение солнечного ветра, то есть частиц Солнца, которые врезаются в нашу планету и прилипают, заставляя нас немного терять угловой момент..
В целом, Земля даже не движется по спирали к Солнцу; он движется наружу, прочь от него. Как и все планеты Солнечной системы. С каждым годом мы обнаруживаем, что находимся чуть - 1,5 сантиметра, или на 0,00000000001% расстояния Земля-Солнце - далее от Солнца, чем годом ранее.
Причина в самом Солнце.
Глубоко внутри Солнца происходит процесс ядерного синтеза. Каждую секунду Солнце излучает около 3,846 × 10²⁶ джоулей энергии, которые высвобождаются в результате преобразования массы в энергию в ядре. E=mc² Эйнштейна - это первопричина, ядерный синтез - это процесс, а непрерывное излучение энергии от Солнца - результат. Эта энергия является основным процессом, который приводит в действие практически все биологически интересные процессы, происходящие на Земле.
Но что недооценено, так это то, что со временем преобразование материи в энергию приводит к тому, что Солнце теряет значительное количество массы. За 4,5 миллиарда лет истории Солнечной системы наше Солнце из-за процесса ядерного синтеза потеряло примерно 0,03% своей первоначальной массы: сравнимо с массой Сатурна.
Год за годом Солнце теряет около 4,7 миллиона тонн вещества, что уменьшает гравитационное притяжение каждого объекта в нашей Солнечной системе. Именно это гравитационное притяжение заставляет наши орбиты вести себя так, как мы их знаем.
Если бы притяжение оставалось неизменным, из-за эффектов трения, столкновений и гравитационного излучения была бы очень, очень медленная внутренняя спираль. Но с изменениями, которые мы на самом деле переживаем, Земля, как и все планеты, вынуждена медленно дрейфовать и двигаться по спирали наружу от Солнца. Хотя эффект невелик, это изменение на 1,5 сантиметра в год легко вычисляется и является однозначным.
Чего мы не смогли сделать, так это измерить это изменение расстояния напрямую. Мы знаем, что это должно произойти; мы знаем, какой должна быть его величина; мы знаем, что удаляемся от Солнца по спирали; мы знаем, что это происходит со всеми планетами.
Но то, что мы хотели бы сделать, так это измерить его напрямую, как еще одну проверку законов физики, какими мы их знаем. Вот как развивается физика:
- путем предсказания того, что мы ожидаем увидеть на основе всех накопленных нами знаний и наших лучших теорий,
- путем проведения эксперимента/проведения наблюдения, которое измеряет результаты такого теста с требуемой точностью,
- и сравнить то, что мы видим, с тем, что мы ожидаем.
Когда все выстраивается, наши теории подтверждаются; когда они этого не делают, это указывает на то, что мы, возможно, находимся на пороге научной революции.
В случае с Солнечной системой было бы шоком, если бы Земля и все планеты не отклонялись от Солнца по спирали. История о том, почему мы должны удаляться от Солнца по спирали, настолько проста и убедительна, что ее невозможно игнорировать.
Солнце излучает энергию, которую мы наблюдаем, что позволяет нам рассчитать скорость потери массы по формуле Эйнштейна E=mc².
Масса Солнца, наряду с параметрами орбит наших планет, определяет траекторию и форму их вращения вокруг Солнца.
Если мы изменим эту массу, орбиты изменятся на легко вычислимую величину, даже используя простую ньютоновскую физику.
И когда мы делаем эти расчеты, мы обнаруживаем, что Земля мигрирует от Солнца примерно на 1,5 сантиметра в год.
Потеря массы Солнцем из-за сжигания его ядерного топлива гарантирует, что каждая масса, вращающаяся вокруг нашей Солнечной системы, с течением времени медленно раскручивается наружу. Около 4,5 миллиардов лет назад наша планета была примерно на 50 000 километров ближе к Солнцу, чем сегодня, и будет отдаляться все быстрее по мере того, как Солнце продолжает развиваться.
С каждой пройденной орбитой планеты становятся все менее тесно связаны с нашим Солнцем. Скорость, с которой Солнце сжигает свое топливо, увеличивается, ускоряя скорость, с которой все планеты движутся по спирали наружу. Хотя это никогда не должно развязать ни одну из планет, которые у нас есть сегодня, медленная, неуклонная миграция каждого мира наружу неизбежна.
В этом году мы ближе к Солнцу, чем когда-либо. Это верно и для каждой планеты вокруг каждой признанной звезды во Вселенной, что дает нам еще одну причину ценить все, что у нас есть сегодня.