Самые популярные мифы о гравитации

Все мы знаем какие-то примерные сведения о гравитации — силе притяжения, которая является причиной стремления всех тел «упасть» на Землю. Однако, несмотря на, казалось бы, такое простое объяснение, люди все еще верят во всякие небылицы. Мы расскажет вам о пяти самых популярных мифах о гравитации, а в конце материала вас ждет интересный бонус :)

Находящееся возле Черной дыры тело разорвется

Чем ближе к черной дыре подбирается условный объект, тем больше сила гравитации — она растет вместе с так называемыми приливными силами по мере приближения n-ного объекта к горизонту событий. Так случается не всегда, однако об этом немного позже.

Приливные силы — это силы, которые возникают в свободно движущихся телах в неоднородном силовом поле. Они зависят от веса, который провоцирует притяжение объекта, дистанции и размера тела, в котором этот прилив формируется. Стоит учитывать, что расстояние высчитывается до центра предмета, а не до его поверхности.

Размер черной дыры напрямую зависит от ее массы. С практической точки зрения, если мы возьмем любой осязаемый предмет и «выбросим» его в разные черные дыры, приливные силы будут зависеть от веса этих дыр. И что примечательно, чем «тяжелее» дыра, тем слабее приливные силы будут на горизонте событий.

Рассмотрим пример из области астрофизики: предположим, звезда попадает в сверхмассивную черную дыру в самом сердце галактики. Если масса черной дыры, предположим, 10000000 масс Солнца, то притяжение под воздействием приливных сил будет достаточным, чтобы разорвать звезду. При этом облако газа, которое образуется после ее «смерти», создаст вокруг дыры некое подобие светящегося диска. Этот очень яркий небесный объект называют квазаром.

Теперь немного поменяем заданные условия: допустим, масса черной дыры в 1000 раз больше. В этом случае прилив слишком слабый, чтобы разорвать звезду, и дыра просто полностью поглотит небесное тело. Следовательно, «диска» мы не увидим.

Вот и объяснение тому, что героев «Интерстеллара» не разорвало на горизонте событий сверхмассивной черной дыры.

Гравитация в космосе отсутствует

Абсолютная выдумка! Конечно, может показаться, что раз космонавты на МКС постоянно пребывают в состоянии свободного падения, то сила притяжения на них не действует, однако это не так. А сейчас барабанная дробь. Готовы? Так вот: гравитация на МКС почти такая же, как и у нас дома.

По словам ученого Сергея Попова, высота орбиты МКС приблизительно на 10% больше радиуса Земли. Из этого следует, что гравитация там есть, но она просто меньше, чем на нашей планете. В итоге космонавты находятся в невесомости, постоянно «падая» на Землю, но «промахиваясь».

Ученый объясняет это на примере с башней высотой 400 км. В своем мысленном эксперименте Сергей Попов «ставит» на эту конструкцию стул и садится сверху, в то время как рядом пролетает МКС — выходит, два объекта находятся вот совсем близко. Сидя на стуле, ученый имеет вес — в буквальном смысле :) А вот люди на МКС, пролетающей рядом, находятся в условиях невесомости, хотя и космическая станция, и ученый — в одном гравитационном поле.

А штука в том, что массивные объекты способны воздействовать на пространство-время вокруг себя. Соответственно, чем ближе мы к такому «тяжелому» телу, тем больше искажение. При этом не важно, как именно происходит движение по этому искривленному пространству — оно остается прежним, и гравитация тоже никуда не девается.

Искусственные спутники Земли будут сопровождать ее вечно

Это миф, но только наполовину — на самом деле все зависит от орбиты. Например, на «низких» орбитах вокруг нашей планеты спутники не могу вращаться в связи с тем, что на их взаимодействие с Землей влияет помимо силы притяжения многое другое. Предположим, мы выводим на орбиту нашей планеты спутник — при условии, что берем в «Дано» задачки только ее. Конечно, летал бы этот спутник ОЧЕНЬ долго, но вечно — вряд ли. Как минимум потому, что при определенных условиях он может быть смещен со своей траектории. К примеру, торможением в атмосфере — это один из тех факторов, который не имеет отношения к гравитации.

Доктор физико-математических наук Дмитрий Вибе отмечает, что в случае, когда спутник вращается на орбите высотой до 2000 км над нашей планетой, торможение в атмосфере будет влиять на его полет. Кроме того, чем выше спутник «летит», тем больше факторов воздействия — например, притяжение Луны и планет вокруг.

Ученый предположил, что если спутник оставить бесконтрольно на земной орбите, то орбита будет эволюционировать сама по себе, «жить своей жизнью» в течение большого количества времени. То есть, орбита может смещаться в хаотичном порядке, ведь Земля — не единственная планета с гравитацией. При этом не обязательно, что спутник «упадет» обратно на нашу планету. В конце концов, под воздействием прочих факторов он может и вовсе улететь на орбиту другой планеты.

Подытоживая все вышесказанное, можем смело делать вывод, что спутник, конечно, может летать вечно, но меняя орбиту.

Уменьшить силу притяжения на нашей планете может парад планет

Напомним, парадом планет принято называть такое явление, когда планеты выстраиваются в одну воображаемую линию, проходящую через Солнце, а их сила гравитации складывается математически. Конечно, «в линеечку» они никогда не построятся, но если смягчить условия до того, чтобы все небесные тела выстроились в определенном очерченном месте с углом не более 90 градусов, то получим один такой «парад» примерно раз в 120 лет. Но может ли взаимодействие всех этих небесных тел каким-то образом повлиять на изменение гравитационного поля Земли?

Физики, которые нас читают, знают, как изменяется сила тяготения. Кто не помнит — это происходит прямо пропорционально массе тела и обратно пропорционально расстоянию до него в квадрате. Самое большое воздействие гравитации на нашу планету оказывают Венера и Юпитер: первая планета «легкая», но находится достаточно близко, в то время как Юпитер «много весит». Путем нехитрых вычислений можно понять, что наше притяжение к Венере даже в случае максимального сближения в 50 миллионов раз меньше нашего притяжения к Земле. В случае с Юпитером это будет 30 миллионов. Т.е. теоретически человека весом в 70 кг Венера и Юпитер будут притягивать к себе с силой примерно в 1 мг, а когда планеты «устроят парад» — тянуть в разные стороны и таким образом «выходить в ноль». И все же это не единственная загвоздка.

Когда мы говорим о земной гравитации, то обычно подразумеваем не силу притяжения к самой планете, а свой собственный вес. Но не следует забывать, что наша масса зависит во многом от того, как мы двигаемся: и нас, и космонавтов МКС Земля притягивает к себе практически одинаково, но если космонавты находятся в условиях свободного падения, то мы буквально упираемся ногами (или чем повезет) в Землю. Относительно любой другой планеты мы как космонавты из МКС — «свободно падаем» на любое небесное тело, и потому, по сути, тот самый миллиграмм не ощущается.

И все же, кое-какой эффект существует. Мы живем на поверхности Земли, и относительно центра нашей планеты мы все в разных ее уголках, а значит, у любого из нас разная дистанция до планет, которые нас притягивают. В масштабах Земли эта разница не больше ее размера, но в некоторых случаях это имеет значение: именно по этой причине в водах океана под влиянием Луны и Солнца возникают отливы и приливы. Но по отношению к человеку такой «приливный эффект», конечно, неприменим — это меньше одной миллионной доли грамма для любого из нас, а потому и совершенно неощутимо.

Человек не переживет силу гравитации, которая больше, чем на Земле

Это правда, но лишь наполовину. Конечно, если притяжение будет слишком сильным, то наши кости сломаются. Самый лучший способ исследовать человеческие пределы относительно гравитации — приземлиться на новой огромной планете. Ученые-физики утверждают, что максимальное гравитационное поле, при котором человек мог бы не просто выжить, но и вполне гармонично существовать, в четыре с половиной раза превышает гравитацию на Земле.

Исследователь из университета Загреба в Хорватии Никола Поляк пришел к выводу, что наиболее оптимальным вариантом будет экзопланета с трех-четырехкратной гравитацией Земли, однако при этом человеку необходимо будет предварительно тщательно тренироваться, чтобы обрасти мышцами не меньше, чем у профессиональных спортсменов. Его коллеги также пришли к выводу, что в случае, если необходимо будет «искать новую планету для жизни», нет смысла надеяться колонизировать те, на которых высокие значения силы притяжения.

На данный момент известно о 3605 экзопланетах, и ученые знают радиус и массу 594 из них для того, чтобы определить силу гравитации. Исходя из расчетов Поляка, 422 планеты имеют гравитационное поле, равное или немного меньше трехкратного земного.

Бонус: что произойдет с людьми, если гравитация исчезнет?

Несмотря на уверенность ведущих физиков в том, что этого никогда не случится, такие теории все же рассматриваются, и они невероятно интересны. Вариант с исчезновением гравитации попытался исследовать экс-астронавт NASA доктор Джей Баки на примере того, как это может повлиять на человеческий организм.

Наши тела адаптированы к земной гравитации — это объясняет, почему тело человека меняется, когда он проводит некоторое время, например, на МКС. То, что астронавты теряют мышечную силу и костную массу во время полета, уже является общепризнанным фактом, так же как и то, что их чувство равновесия меняется. Результаты этих перемен можно увидеть, посмотрев ролики с космонавтами сразу после приземления — в большинстве случаев им тяжело даже самостоятельно идти, так как организм перестроился с земной гравитации на тот уровень, который в МКС.

Есть и другие последствия для организма — например, падение уровня эритроцитов в крови, что приводит к так называемой «космической анемии». Ученый Кевин Фонг объяснил, что при этом раны заживают дольше, а иммунитет слабеет настолько, что даже нарушается сон.

Есть и другие, более очевидные изменения для человека, которые описала астроном из портсмутского британского университета Карен Мастерс. Она напомнила, что сама по себе наша планета вращается с невероятно высокой скоростью, и сравнила это явление с вращением груза на струне вокруг головы.

«Отключение гравитации аналогично отпусканию струны. Вещи, не связанные с Землей каким-либо иным образом, полетели бы в космос по прямой линии, которая отняла бы их от поверхности Земли», — утверждает исследователь.

Естественно, все, кому не повезло оказаться на улице в момент исчезновения гравитации, быстро потеряются в космическом пространстве. Те, кто в это время будет находиться в помещениях, будут в безопасности, поскольку большинство из них прочно засели в земле и никуда не денутся даже с учетом отсутствия гравитации. Во всяком случае, на первых порах.

Но все, что не прибито гвоздями, обязательно уплывет. К слову о воде — в лету канули бы атмосфера Земли, реки, океаны и озера. Причем в первую очередь. По словам Карен, нехватка гравитации в итоге расколет Землю на кусочки, и все они так же «уплывут» в космос.

Youtube-канал Seeker опубликовал видео, где описывалась участь Солнца с учетом отсутствия гравитации: без силы, удерживающей на месте небесное тело, давление на его ядро спровоцировало бы взрыв. Более того, такая же судьба постигла бы и другие звезды во Вселенной.

В конечном итоге отсутствие гравитации во Вселенной привело бы к тому, что нигде не сохранилось бы скопление материи в виде звезд или планет — от этого всего остался бы «суп» из атомов и молекул».