Орбиты и направление движения спутников планет

Кузнецов А. И., Кузнецов А. Р.

При рассмотрении особенностей движения естественных спутников планет [1], нами освещены в общих чертах причины места расположения их орбит и характер их движения. В данной статье мы постараемся более подробно и обоснованно остановиться на факторах, влияющих на форму орбиты, скорость и направление обращения спутников вокруг планет.

 Согласно результатам наблюдений, перечисленные параметры в значительной степени определяются удаленностью расположения спутников от объекта их обращения (планеты).

Спутники планет Солнечной системы разделяются на три группы:

- близкие спутники, имеющие круговую орбиту в зоне плоскости экватора планеты, на расстоянии от 50 до 300 тыс. км от нее;

- главные спутники, имеющие почти круговые орбиты вблизи плоскости экватора планеты, на расстоянии от 100 до 5000 тыс. км от нее;

- далекие спутники с эксцентриситетом 0,1-0,6 и наклоном орбит к плоскости экватора планеты от нуля до 180 град, расположенные на расстоянии от 5 до 25 млн. км от нее.

Движение далеких спутников планет вызывает у ученых большой интерес из-за особенностей их орбит. Плоскости орбит этих спутников, непрерывно меняя свое положение в пространстве, не совпадают ни с плоскостью экватора, ни с плоскостью орбиты планеты.

Орбиты далеких спутников весьма разнообразны. Эксцентриситеты большинства орбит заключаются в пределах 0,15 – 0,60 и претерпевают заметные изменения. Наклоны к плоскости орбиты планеты составляют 20 - 40 градусов и более, причем некоторые далекие спутники движутся по орбитам в том же направлении, что и обращение планеты вокруг Солнца. Другие спутники движутся в обратном направлении [2]. Принято считать, что такие особенности движения далеких спутников обусловлены большой удаленностью их от планеты. В следствие этого, они подвержены более сильному влиянию притяжения Солнца.

Однако, выдвигая такие предположение, авторы почему-то не приводят в подтверждение этому аргументированные объяснения, таким факторам, как изменение направления и скорости их обращения вокруг планет.

Перечисленные свойства позволяют ученым предположить, что далекие спутники появились вследствие их захвата планетой с гелиоцентрических орбит. В связи с этим, построение аналитической теории движения далеких спутников весьма затруднительно. Удовлетворительных по точности аналитических теорий для них в настоящее время не существует.

По нашей гипотезе, спутники, как и планеты, подвержены не притяжению Солнца, а воздействию исходящего от него внешнего спирального потока солнечного ветра и опускающегося вниз к нему внутреннего спирального потока охлажденной плазмы и межпланетного газа.

Выходящий из звезды звездный ветер представляет собой быстро вращающийся по спирали поток газа и плазмы. Его диаметр по мере удаления от поверхности увеличивается, образуя конус. Все планеты Солнечной системы, вращающиеся по внутренней поверхности этого конуса, подвергаются воздействию, обтекающего их с наружной стороны, потока солнечного ветра, извергающегося из Солнца. Скорость ветра достигает сотен километров в секунду, постепенно снижаясь по мере его удаления, чем объясняется снижение скорости движения по орбите наиболее удаленных от Солнца планет.

Поскольку внутри конуса при этом образуется разрежение, то холодные газы и заряженные частицы, находящиеся в межпланетном пространстве, а также, движущиеся с солнечным ветром снаружи, наиболее близко к поверхности планет, будут частично тормозиться и, огибая ее, увлекаться на внутреннюю сторону конуса. Движение газов внутри конуса осуществляется по спирали, вращающейся в сторону противоположную вращению спирали наружного потока.

Таким образом, обращающиеся по поверхности конуса планеты подвергаются воздействию двух противоположно направленных сил, создающих вращающий момент и раскручивающих их в плоскости, близкой к перпендикулярной оси конуса или оси их вращения, аналогично волчку. Поскольку скорость наружного потока солнечного ветра выше, чем внутреннего, то планеты вращаются против часовой стрелки [3].

Характер распределения скоростей спиральных потоков по ширине зоны их влияния, согласно нашей гипотезы, условно представлен на рисунке 1.

Как видно из рисунка 1, наибольшая скорость внешнего потока располагается вблизи наружной части конуса, уменьшаясь по направлению к границе его соприкосновения с внутренним потоком. Скорость внутреннего потока наоборот повышается по направлению к центру, где, достигая максимального значения, начинает плавно уменьшаться в направлении границы соприкосновения потоков.

Именно этими свойствами потоков определяется форма (эксцентриситет) и угол наклона орбиты спутника по отношению к плоскости орбиты планеты, а также скорость и направление его вращения. Рассмотрим подробнее их влияние на спутник, в зависимости от размеров его орбиты, на примерах, представленных на рисунке 2.

Как видно из рисунка 2, обращение спутника 1 по орбите вокруг планеты 2, обращающейся по орбите и вращающейся вокруг собственной оси против часовой стрелки, определяется величиной сил, приложенных к нему в точках А и В. Согласно данных, приведенных на эпюрах, значение скорости внешнего потока в точке А выше скорости внутреннего потока в точке В. Вследствие этого спутник будет обращаться по орбите, как и планета против часовой стрелки. Поскольку направление воздействующих на спутник 1 скоростей потоков в точках А и В совпадает с направлением его движения по орбите, то спутник здесь будет испытывать орбитальное ускорение. Скорость его обращения по орбите будет достаточно высокой.

Обращение спутника 3 вокруг планеты 4, обращающейся по орбите и вращающейся вокруг собственной оси против часовой стрелки, определяется величиной сил, приложенных к нему в точках С и Д. Внутренний поток в точке С направлен по часовой стрелке, и значение его скорости (согласно эпюр) превышает скорость внешнего потока в точке Д, вращающегося против часовой стрелки. Вследствие этого спутник 3 будет обращаться по часовой стрелке, т.е. в направлении противоположном обращению планеты 4.

Так как направление скорости потока в точке С совпадает с направлением движения спутника 3, то в этой зоне он будет испытывать орбитальное ускорение. Наоборот в точке Д скорость потока направлена навстречу движению спутника, следовательно, в этом месте он постоянно будет испытывать торможение. Результирующая скорость обращения спутника по орбите в этом случае будет иметь небольшое значение.

Наблюдающиеся отклонения в характере и направлении движения далеких спутников можно объяснить следующими причинами:

1 - участок орбиты большого диаметра далеких спутников располагается ближе к центру внутренней воронки, опускающегося спирального потока, поэтому спутник здесь испытывает более сильное воздействие центростремительной силы от царящего там разрежения. Это приводит к вытягиванию его орбиты в эллипс и повышению ее эксцентриситета;

2 - увеличение скорости опускающегося спирального потока по мере приближения к центру воронки, способствует более сильному давлению на поверхность спутника и смещению его орбиты вниз, что приводит к увеличению угла ее наклона к плоскости орбиты планеты;

3 - при размещении внутреннего края орбиты спутника вблизи центральной оси конуса, по другую ее сторону относительно расположения планеты, аналогично спутника 3 на рисунке 2, он начинает вращаться под действием внутреннего спирального потока, т.е. в направлении противоположном вращению планеты.

Таким образом, предложенная нами гипотеза позволяет аргументированно объяснить форму орбиты, скорость и направление обращения спутников вокруг планет.

Литература

1 Кузнецов А. И., Кузнецов А. Р. Причины особенностей движения спутников. //Материалы Международной научной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «ХХI Сатпаевские чтения». – Павлодар, 2021. – Т. 10. – С. 391–399.

2 Емельянов Н. В. Практическая небесная механика. – М.: Физический факультет МГУ, 2018. 270 с.

3 Кузнецов А.И. Движение и вращение планет и звезд // Материалы Международной научно-практической конференции «ХI Торайгыровские чтения». – Павлодар, 2019. – Т. 4. – С. 3 – 8.