Может ли быть колесо, у которого втулка вращается быстрее, чем обод? Посмотрите как вращается автомобильное колесо. Вы увидите, что все точки, расположенные по одному радиусу (на разных расстояниях от оси), поворачиваются на одинаковый угол и делают одно и то же число оборотов. У всего колеса, как говорят, одинаковая угловая скорость. Что же касается линейной скорости каждой точки, то вы ясно увидите, что чем дальше от оси, тем с большей скоростью движется она по своей окружности.

Да иначе и быть не может – ведь за то же время (за каждый оборот) точки пробегают пути по меньшей или по большей окружности. И, казалось бы, не имеет смысла думать, будто втулка колеса может вращаться быстрее, чем его обод, - таких колес, конечно, не бывает. (Добавим, однако, - твердых, сплошных колес.)

• О скорости движения Солнца в Галактике и Галактики во Вселенной читаем в статье: Скорость движения Солнца и Галактики во Вселенной.

И все-таки подобные «колеса» нашлись – правда, не сплошные и не твердые. Чье внимание не привлекали интересные кольца Сатурна, окружающие огромную необыкновенную планету? Кольца Сатурна громадны – общая ширина их 65 000 км – в пять раз больше поперечника земного шара. Правда, толщина колец очень невелика – всего каких-нибудь 15-20 км. При этом кольца «висят» в пространстве, не прикасаясь к поверхности планеты, - они вращаются вокруг нее от действия огромной силы ее притяжения (по закону тяготения).

Ученых давно интересовал вопрос: какова природа колец Сатурна? Долго шли споры о том, что это: сплошное твердое кольцо или поток отдельных кусков, камней? Гениальная русская женщина-математик Софья Ковалевская теоретически доказала, что кольца Сатурна состоят из отдельных небольших тел и что они не могут быть сплошным твердым кольцом . Иначе такое кольцо разорвалось бы на части от неодинакового действия силы притяжения, которая на внутреннем крае колец (ближе к планете) гораздо больше, чем на внешнем крае (дальше от нее). Чтобы уравновесить это различие в притяжении, внутренний край колец должен вращаться быстрее, чем внешний, а это может быть только в том случае, если кольца не сплошные, а состоят из отдельных кусков – камней или глыб. Каждый из этих кусков самостоятельно движется вокруг планеты по законам небесной механики, как крошечное небесное тело.

Другой выдающийся русский ученый – А. А. Белопольский сложными наблюдениями открыл, что внутренний край колец действительно вращается быстрее, чем внешний. Скорость внутреннего края 20 км/сек, а скорость внешнего – всего 15 км/сек. Значит, перед нами действительно «колесо», у которого «втулка» вращается быстрее, чем «обод».

И таких странных колес во Вселенной оказалось очень много. Еще «законодатель неба» Кеплер открыл, что гигантским «колесом» такого рода является вся наша солнечная система. Посмотрите на ее схему. Получается любопытная картина:

чем ближе к Солнцу находится планета, тем с большей скоростью она движется и делает свой оборот за меньшее время;

Какой-то непреложный закон природы с железной необходимостью управляет движениями этих гигантских космических тел. «Втулкой» этого замечательного «колеса» служит Меркурий, который мчится со скоростью почти 50 км/сек, а «ободом» - Плутон, который в сравнении с ним медленно плывет со скоростью всего 4 км/сек (в 12 с лишним раз медленнее!).

Чем дальше планеты от Солнца, тем за большее время обращаются они вокруг него : Меркурий – за 88 наших дней, Венера – за 224,7 дня, Земля – за 365,25 дня, Марс – за 687 земных дней, Юпитер – почти за 12 наших лет, Сатурн – за 29 лет, а самый дальний от Солнца Плутон – за два с половиной столетия.

Кстати. Сколько бы вам было лет на разных планетах, если на Земле вам, скажем, 12? На Меркурии – около …50, на Венере – 20, на Марсе – лишь 6-7 лет, на Юпитере – 1 год. Ну, а на Плутоне – всего 1/20 года… Конечно, организм ваш развивался бы независимо от того, сколько раз облетели вы вокруг Солнца вместе с той или другой планетой.

Но вернемся к «планетному колесу» и посмотрим, чем объяснить ту строгую правильность, что чем ближе к Солнцу, тем больше скорость планет, а чем дальше, тем она меньше. Разгадку и здесь надо искать в действии притяжения Солнца. Скорость движения каждой планеты по определенной орбите должна строго соответствовать силе притяжения Солнца (на данном расстоянии). Ведь при недостаточной скорости планета будет приближаться к Солнцу и упадет на него, а при слишком большой скорости – улетит от него вдаль.

Вы, конечно, помните, что чем ближе к Солнцу, тем с большей силой оно притягивает. С увеличением же расстояния сила притяжения быстро убывает. Значит, для уравновешенного движения каждой планеты по своей орбите ближе к Солнцу необходима большая скорость, а дальше от него – достаточна скорость меньшая. Вот почему так быстро мчится Меркурий и в 12 раз медленнее «плывет» далекий Плутон.

Вы сидите, стоите или лежите, читая эту статью, и не ощущаете, что Земля вращается вокруг своей оси с бешеной скоростью - примерно 1 700 км/ч на экваторе. Однако скорость вращения не кажется такой уж быстрой, если перевести ее в км/с. Получится 0,5 км/с - едва заметная вспышка на радаре, в сравнении с другими окружающими нас скоростями.

Так же, как и другие планеты Солнечной системы, Земля вращается вокруг Солнца. И чтобы удерживаться на своей орбите, она двигается со скоростью 30 км/с. Венера и Меркурий, находящиеся ближе к Солнцу, двигаются быстрее, Марс, орбита которого проходит за орбитой Земли, движется намного медленнее нее.

Но даже Солнце не стоит на одном месте. Наша галактика Млечный Путь - огромная, массивная и тоже подвижная! Все звезды, планеты, газовые облака, частицы пыли, черные дыры, темная материя - все это движется относительно общего центра масс.

По предположениям ученых, Солнце находится на расстоянии 25 000 световых лет от центра нашей галактики и двигается по эллиптической орбите, совершая полный оборот каждые 220–250 млн лет. Получается, что скорость Солнца - около 200–220 км/с, что в сотни раз выше скорости движения Земли вокруг оси и в десятки раз выше скорости ее движения вокруг Солнца. Вот так выглядит движение нашей Солнечной системы.

Стационарна ли галактика? Снова нет. Гигантские космические объекты обладают большой массой, а следовательно, создают сильные гравитационные поля. Дайте Вселенной немного времени (а оно у нас было - примерно 13,8 миллиардов лет), и все начнет двигаться в направлении наибольшего притяжения. Вот почему Вселенная не однородна, а представляет собой галактики и группы галактик.

Что это означает для нас?

Это означает, что Млечный Путь тянут к себе другие галактики и группы галактик, расположенные поблизости. Это означает, что доминируют в этом процессе массивные объекты. И это означает, что не только наша галактика, но и все окружающие испытывают влияние этих «тягачей». Мы все ближе подходим к пониманию того, что происходит с нами в космическом пространстве, но нам все еще не хватает фактов, например:

• каковы были начальные условия, при которых зародилась Вселенная;
• как различные массы в галактике двигаются и изменяются со временем;
• как образовывался Млечный Путь и окружающие галактики и скопления;
• и как это происходит сейчас.

Однако есть трюк, который поможет нам разобраться.

Вселенную наполняет реликтовое излучение с температурой 2,725 К, которое сохранилось со времен Большого Взрыва. Кое-где есть крошечные отклонения - около 100 мкК, но общий температурный фон постоянен.

Это происходит потому, что Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва 13,8 миллиардов лет назад и до сих пор расширяется и охлаждается.

Через 380 000 лет после Большого Взрыва Вселенная охладилась до такой температуры, что стало возможным образование атомов водорода. До этого фотоны постоянно взаимодействовали с остальными частицами плазмы: сталкивались с ними и обменивались энергией. По мере остывания Вселенной заряженных частиц стало меньше, а пространства между ними - больше. Фотоны смогли свободно перемещаться в пространстве. Реликтовое излучение - это фотоны, которые были излучены плазмой в сторону будущего расположения Земли, но избежали рассеяния, так как рекомбинация уже началась. Они достигают Землю сквозь пространство Вселенной, которая продолжает расширяться.

Вы сами можете «увидеть» это излучение. Помехи, которые возникают на пустом канале телевизора, если вы используете простую антенну, похожую на заячьи уши, на 1% вызваны реликтовым излучением.

И все-таки температура реликтового фона не одинакова во всех направлениях. По результатам исследований миссии Planck, температура несколько различается в противоположных полушариях небесной сферы: она немного выше на участках неба южнее эклиптики - около 2,728 K, и ниже в другой половине - около 2,722 K.

Карта микроволнового фона, сделанная при помощи телескопа Planck.

Эта разница почти в 100 раз больше остальных наблюдаемых колебаний температуры реликтового фона, и это вводит в заблуждение. Почему так происходит? Ответ очевиден - эта разница происходит не из-за флуктуаций реликтового излучения, она появляется, потому что есть движение!

Когда вы приближаетесь к источнику света или он приближается к вам, спектральные линии в спектре источника смещаются в сторону коротких волн (фиолетовое смещение), когда отдаляетесь от него или он от вас - спектральные линии смещаются в сторону длинных волн (красное смещение).

Реликтовое излучение не может быть более или менее энергичным, значит, мы движемся сквозь пространство. Эффект Доплера помогает определить, что наша Солнечная система движется относительно реликтового излучения со скоростью 368 ± 2 км/с, а местная группа галактик, включающая Млечный Путь, галактику Андромеды и галактику Треугольника, движется со скоростью 627 ± 22 км/с относительно реликтового излучения. Это так называемые пекулярные скорости галактик, которые составляют несколько сотен км/с. Помимо них существуют еще космологические скорости, обусловленные расширением Вселенной и рассчитываемые по закону Хаббла.

Благодаря остаточному излучению от Большого Взрыва мы можем наблюдать, что во Вселенной постоянно все движется и изменяется. И наша галактика - лишь часть этого процесса.

Еще в стародавние времена ученые мужи начали понимать, что не Солнце вращается вокруг нашей планеты, а все происходит с точностью наоборот. Точку в этом спорном для человечества факте поставил Николай Коперник. Польский астроном создал свою гелиоцентрическую систему, в которой убедительно доказал, что Земля не является центром Вселенной, а все планеты, по его твердому убеждению, вращаются по орбитам вокруг Солнца. Работа польского ученого «О вращении небесных сфер», была издана в немецком Нюрнберге в 1543 году.

Представления о том, как расположены планеты на небосводе первым в своем трактате «Великое математическое построение по астрономии», высказал древнегреческий астроном Птолемей. Он первым предположил, что они совершают свои движения по кругу. Но Птолемей ошибочно считал, что все планеты, а также Луна и Солнце движутся вокруг Земли. До работы Коперника его трактат считался общепринятым как в арабском, так и западном мире.

От Браге до Кеплера

После смерти Коперника его труды продолжил датчанин Тихо Браге. Астроном, являющийся весьма состоятельным человеком, оборудовал принадлежащий ему остров, внушительными бронзовыми кругами, на которые наносил результаты наблюдения за небесными телами. Результаты, полученные Браге, помогли в исследовании математику Иоганну Кеплеру. Движение планет Солнечной системы именно немец систематизировал и вывел три своих знаменитых закона.

От Кеплера до Ньютона

Кеплер впервые доказал, что все 6 известных к тому времени планет двигаются вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсам. Англичанин Исаак Ньютон, открыв закон всемирного тяготения, существенно продвинул представления человечества об эллиптических орбитах небесных тел. Его объяснения, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием Луны, оказались убедительными для научного мира.

Вокруг Солнца

Сравнительные размеры крупнейших спутников Солнечной системы и планет Земной группы.

Срок, за который планеты совершают полный оборот вокруг Солнца, естественно различный. У Меркурия, самой ближней к звезде, он составляет 88 земных суток. Наша Земля проходит цикл за 365 дней и 6 часов. Самая крупная в Солнечной системе планета Юпитер завершает свой оборот за 11,9 земных лет. Ну а у Плутона, — наиболее удаленной от Солнца планеты оборот и вовсе составляет 247,7 года.

Следует также учесть, что все планеты в нашей Солнечной системе движутся, не вокруг светила, а вокруг так называемого центра масс. Каждая при этом, вращаясь вокруг своей оси, слегка раскачиваются (подобно юле). К тому же и сама ось может ненамного смещаться.

Луна движется по орбите со скоростью 1 км в секунду. Земля вместе с Луной совершают полный оборот вокруг Солнца за 365 дней со скоростью 108 тыс. километров в час или 30 км в секунду.

Еще совсем недавно ученые ограничивались такими данными. Но с изобретением мощных телескопов выяснилось, что Солнечная система не ограничивается лишь планетами. Она гораздо больше и простирается на расстояние 100 тыс. расстояний от Земли до Солнца (астрономическая ). Это область, которую охватывает притяжение нашей звезды. Она названа в честь ученого-астронома Яна Оорта, доказавшего ее существование. Облако Оорта - мир ледяных комет, периодически приближающихся к Солнцу пересекая орбиту Земли. Только за пределами этого облака заканчивается Солнечная система и начинается межзвездное пространство.

Оорт также на основе лучевых скоростей и собственных движений звезд, обосновал гипотезу о движении галактики вокруг ее центра. Следовательно, Солнце и вся его система, как единое целое, вместе со всеми соседними звездами, движется в галактическом диске вокруг общего центра.

Благодаря развитию науки, в распоряжении ученых появлялись достаточно мощные и точные приборы, с помощью которых они все ближе и ближе подходили к разгадке устройства мироздания. Удалось выяснить, в каком месте видимого на небе Млечного Пути находится его центр. Он оказался в направлении созвездия Стрельца, скрытый плотными темными облаками газа и пыли. Если бы не было этих облаков, тогда на ночном небе было бы видно огромное размытое белое пятно, размерами больше Луны в десятки раз и такой же светимости.

Современные уточнения

Расстояние до центра галактики оказалось больше, чем предполагали. 26 тыс. световых лет. Это огромное число. Запущенный в 1977 году спутник Вояджер, лишь только сейчас покинувший Солнечную систему, достиг бы центра галактики через миллиард лет. Благодаря искусственным спутникам и математическим вычислениям, удалось выяснить траекторию движения солнечной системы в галактике.

Сегодня известно, что Солнце находится в относительно спокойном участке Млечного Пути между двумя крупными спиральными рукавами Персея и Стрельца и еще одним, немного меньшим рукавом Ориона. Все они видны на ночном небе, как туманные полосы. Те - Внешний спиральный рукав, рукав Карина, видны только в мощные телескопы.

Солнцу, можно сказать повезло, что оно находится на участке, где не столь велико влияние соседних звезд. Находясь оно в спиральном рукаве, возможно жизнь бы так и не зародилась на Земле. Но все же Солнце движется вокруг центра галактики не по прямой линии. Движение выглядит в виде вихря: оно со временем то ближе к рукавам, то дальше. И таким образом облетает окружность галактического диска вместе с соседними звездами за 215 млн лет, со скоростью 230 км в секунду.

Любой человек, даже лежа на диване или сидя возле компьютера, находится в постоянном движении. Это непрерывное перемещение в космическом пространстве имеет самые разные направления и огромные скорости. В первую очередь, происходит перемещение Земли вокруг оси. Кроме того, совершается оборот планеты вокруг Солнца. Но и это еще не все. Куда более внушительные расстояния мы преодолеваем вместе с Солнечной системой.

Солнце является одной из звезд, находящихся в плоскости Млечного пути, или просто Галактики. Оно отдалено от центра на 8 кпк, а расстояние от плоскости Галактики составляет 25 пк. Звездная плотность в нашей области Галактики – примерно 0,12 звезд на 1 пк3. Положение Солнечной системы не является постоянным: она находится в постоянном перемещении относительно ближних звезд, межзвездного газа, и наконец, вокруг центра Млечного пути. Впервые движение Солнечной системы в Галактике было замечено Уильямом Гершелем.

Перемещение относительно ближних звезд

Скорость передвижения Солнца к границе созвездий Геркулеса и Лиры составляет 4 а.с. в год, или 20 км/с. Вектор скорости направлен к так называемому апексу – точке, к которой также направлено движение других близлежащих звезд. Направления скоростей звезд, в т.ч. Солнца, пересекаются в противоположной апексу точке, называемой антиапексом.

Перемещение относительно видимых звезд

Отдельно измеряется передвижение Солнца по отношению к ярким звездам, которые можно увидеть без телескопа. Это — показатель стандартного передвижения Солнца. Скорость такого передвижения составляет 3 а.е. в год или 15 км/с.

Перемещение относительно межзвездного пространства

По отношению к межзвездному пространству Солнечная система двигается уже быстрее, скорость составляет 22-25 км/с. При этом, под действием «межзвездного ветра», который «дует» из южной области Галактики, апекс смещается в созвездие Змееносец. Сдвиг оценивается примерно в 50.

Перемещение вокруг центра Млечного пути

Солнечная система находится в движении относительно центра нашей Галактики. Она перемещается по направлению к созвездию Лебедя. Скорость составляет около 40 а.е. в год, или 200 км/с. Для полного оборота необходимо 220 млн. лет. Точную скорость определить невозможно, ведь апекс (центр Галактики) скрыт от нас за плотными облаками межзвездной пыли. Апекс смещается на 1,5° каждый миллион лет, и совершает полный круг за 250 млн. лет, или за 1 «галактический год.