Орбита земли к центру галактики. Куда мы движемся

30.09.2019

Планеты Солнечной системы

Давайте начнем увлекательное знакомство с планетами Солнечной системы по порядку их расположения от Солнца, а также рассмотрим их основные спутники и некоторые другие космические объекты (кометы, астероиды, метеориты) в гигантских просторах нашей планетарной системы.

Кольца и спутники Юпитера: Европа, Ио, Ганимед, Каллисто и другие...
Планету Юпитер окружает целое семейство из 16 спутников, причем каждый из них имеет свои, непохожие на другие особенности...

Кольца и спутники Сатурна: Титан, Энцелад и другие...
Характерные кольца есть не только у планеты Сатурн, но и на других планетах-гигантах. Вокруг Сатурна кольца особенно четко видно, потому что состоят из миллиардов мелких частиц, которые вращаются вокруг планеты, помимо нескольких колец у Сатурна есть 18 спутников, один из которых Титан, его диаметр 5000км, что делает его самым большим спутником Солнечной системы...

Кольца и спутники Урана: Титания, Оберон и другие...
Планета Уран имеет 17 спутников и, как и другие планеты-гиганты, опоясывающие планету тонкие кольца, которые практически не имеют способности отражать свет, поэтому открыты были не так давно в 1977 году совершенно случайно...

Кольца и спутники Нептуна: Тритон, Нереида и другие...
Изначально до исследования Нептуна космическим аппаратом "Вояджер-2" было известно о двух спутников планеты - Тритон и Нерида. Интересный факт, что спутник Тритон имеет обратное направление орбитального движения, также на спутнике были обнаружены странные вулканы, которые извергали газ азот, словно гейзеры, расстилая массу темного цвета (из жидкого состояния в пар) на много километров в атмосферу. Во время своей миссии "Вояджер-2" обнаружил еще шесть спутников планеты Нептун...

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.

Нет такой вещи в жизни, как вечное спокойствие разума. Жизнь – сама по себе есть движение, и не может существовать без желаний, страха, и чувств.
Томас Хоббс

Читатель спрашивает:

Я нашла на YouTube видео с теорией о спиральном движении Солнечной системы через нашу галактику. Оно не показалось мне убедительным, но я хотела бы услышать это от тебя. Является ли оно правильным с научной точки зрения?

Сначала давайте посмотрим само видео:

Некоторые утверждения в этом видео верны. Например:

планеты вращаются вокруг Солнца примерно в одной плоскости
Солнечная система двигается по галактике с углом в 60° между галактической плоскостью и плоскостью вращения планет
Солнце во время своего вращение вокруг Млечного пути, двигается вверх-вниз и внутрь-наружу по отношению к остальной галактике

Всё это так, но при этом в видео все эти факты показаны неправильно.

Известно, что планеты двигаются вокруг Солнца по эллипсам, согласно законам Кеплера, Ньютона и Эйнштейна. Но картинка слева неправильная с точки зрения масштаба. Она неправильная в смысле форм, размеров и эксцентриситетов. И хотя на диаграмме справа орбиты меньше похожи на эллипсы, орбиты планет выглядят примерно так с точки зрения масштабов.

Возьмём ещё один пример – орбиту Луны.

Известно, что Луна вращается вокруг Земли с периодом чуть менее месяца, а Земля вращается вокруг Солнца с периодом в 12 месяцев. Какая из представленных картинок лучше демонстрирует движение Луны вокруг Солнца? Если сравнить расстояния от Солнца до Земли и от Земли до Луны, а также скорость вращения Луны вокруг Земли, и системы Земля/Луна – вокруг Солнца, то окажется, что наилучшим образом ситуацию демонстрирует вариант D. Можно их преувеличить для достижения каких-то эффектов, но количественно варианты A, B и C некорректны.

Теперь перейдём к движению Солнечной системы через галактику.

Сколько в нём содержится неточностей. Во-первых, все планеты в любой момент времени находятся в одной плоскости. Нет никакого отставания, которое бы более удалённые от Солнца планеты демонстрировали по отношению к менее удалённым.

Во-вторых, вспомним реальные скорости планет. Меркурий двигается в нашей системе быстрее всех остальных, вращаясь вокруг Солнца со скоростью 47 км/с. Это на 60% быстрее орбитальной скорости Земли, примерно в 4 раза быстрее Юпитера, и в 9 раз быстрее Нептуна, который двигается по орбите со скоростью 5,4 км/с. А Солнце летит сквозь галактику со скоростью 220 км/с.

За время, требуемое Меркурию на один оборот, вся Солнечная система пролетает 1,7 миллиардов километров по своей внутригалактической эллиптической орбите. При этом радиус орбиты Меркурия составляет всего 58 миллионов километров, или всего 3,4% от того расстояния, на которое продвигается вся Солнечная система.

Если бы мы построили движение Солнечной системы по галактике в масштабе, и посмотрели бы, как двигаются планеты – мы бы увидели следующее:

Представьте, что вся система – Солнце, луна, все планеты, астероиды, кометы, двигаются с большой скоростью под углом около 60° относительно плоскости Солнечной системы. Как-то так:

Если соединить всё это вместе, мы получим более точную картинку:

А что насчёт прецессии? И также насчёт колебаний вниз-вверх и внутрь-наружу? Всё это так, но на видео это показано в чрезмерно преувеличенном и неправильно интерпретированном виде.

Действительно, прецессия Солнечной системы происходит с периодом в 26000 лет. Но не существует никакого спиралевидного движения, ни у Солнца, ни у планет. Прецессию осуществляют не орбиты планет, а ось вращения Земли.

Полярная звезда не расположена постоянно непосредственно над Северным полюсом. Большую часть времени у нас нет полярной звезды. 3000 лет назад Кохаб был ближе к полюсу, чем Полярная звезда. Через 5500 лет полярной звездой станет Альдерамин. А через 12000 лет Вега, вторая по яркости звезда в Северном полушарии, будет отстоять всего на 2 градуса от полюса. Но именно это меняется с частотой раз в 26000 лет, а не движение Солнца или планет.

Как насчёт солнечного ветра?

Это излучение, идущее от Солнца (и всех звёзд), а не то, во что мы врезаемся, двигаясь по галактике. Горячие звёзды испускают быстро двигающиеся заряженные частицы. Граница Солнечной системы проходит там, где солнечный ветер уже не имеет возможности отталкивать межзвёздную среду. Там проходит граница гелиосферы.

Теперь насчёт движений вверх и вниз и внутрь и наружу по отношению к галактике.

Поскольку Солнце и Солнечная система подчиняются гравитации, именно она доминирует над их движением. Сейчас Солнце расположено на расстоянии 25-27 тысяч световых лет от центра галактики, и двигается вокруг него по эллипсу. При этом все остальные звёзды, газ, пыль, двигаются по галактике также по эллипсам. И эллипс Солнца отличается от всех остальных.

С периодом в 220 миллионов лет Солнце совершает полный оборот вокруг галактики, проходя немного выше и ниже центра галактической плоскости. Но поскольку вся остальная материя галактики двигается так же, ориентация галактической плоскости со временем меняется. Мы можем двигаться по эллипсу, но галактика представляет собою вращающуюся тарелку, поэтому мы и двигаемся вверх-вниз по ней с периодом в 63 миллиона лет, хотя наше движение внутрь и наружу происходит с периодом в 220 миллионов лет.

Но никакого «штопора» планеты не делают, их движение искажено до неузнаваемости, видео неправильно рассказывает о прецессии и солнечном ветре, а текст полон ошибок. Симуляция сделана очень красиво, но она была бы гораздо красивее, если бы была правильной.

Наверняка, многие из вас видели гифку или смотрели видео, показывающее движение Солнечной системы.

Ролик , вышедший в 2012 году, стал вирусным и наделал много шума. Мне он попался вскоре после его появления, когда я знал о космосе гораздо меньше, чем сейчас. И больше всего меня смутила перпендикулярность плоскости орбит планет направлению движения. Не то, чтобы это было невозможно, но Солнечная система может двигаться под любым углом к плоскости Галактики. Вы спросите, зачем вспоминать давно забытые истории? Дело в том, что именно сейчас, при желании и наличии хорошей погоды, каждый может увидеть на небе настоящий угол между плоскостями эклиптики и Галактики.

Проверяем ученых

Астрономия говорит, что угол между плоскостями эклиптики и Галактики составляет 63°.

Но сама по себе цифра скучна, да и сейчас, когда на обочине науки адепты плоской Земли, хочется иметь простую и наглядную иллюстрацию. Давайте подумаем, как мы можем увидеть плоскости Галактики и эклиптики на небе, желательно невооруженным взглядом и не отдаляясь далеко от города? Плоскость Галактики - это Млечный путь, но сейчас, с изобилием светового загрязнения, увидеть его не так просто. Есть ли какая-то линия, примерно близкая к плоскости Галактики? Есть - это созвездие Лебедя. Оно хорошо видно даже в городе, а найти его просто, опираясь на яркие звезды: Денеб (альфа Лебедя), Вегу (альфа Лиры) и Альтаир (альфа Орла). "Туловище" Лебедя примерно совпадает с галактической плоскостью.

Хорошо, одна плоскость у нас есть. Но как получить наглядную линию эклиптики? Давайте подумаем, что такое вообще эклиптика? По современному строгому определению эклиптика - это сечение небесной сферы плоскостью орбиты барицентра (центра массы) Земля-Луна. По эклиптике в среднем движется Солнце, но у нас нет двух Солнц, по которым удобно построить линию, да и созвездие Лебедя при солнечном свете не будет видно. Но если вспомнить, что планеты Солнечной системы тоже движутся приблизительно в той же плоскости, то, получается, что парад планет как раз примерно покажет нам плоскость эклиптики. И сейчас в утреннем небе как раз можно наблюдать Марс, Юпитер и Сатурн.

В результате, в ближайшие недели утром до восхода Солнца можно будет очень наглядно видеть вот такую картину:

Которая, как это ни удивительно, прекрасно согласуется с учебниками астрономии.

А гифку правильнее рисовать так:

Источник: сайт астронома Rhys Taylor rhysy.net

Вопрос может вызвать взаимное положение плоскостей. Летим ли мы <-/ или же <-\ (если смотреть с внешней стороны Галактики, северный полюс вверху)? Астрономия говорит, что Солнечная система движется относительно ближайших звезд в направлении созвездия Геркулеса, в точку, расположенную недалеко от Веги и Альбирео (бета Лебедя), то есть правильное положение <-/.

Но этот факт, увы, "на пальцах" не проверить, потому что, пусть и сделали это двести тридцать пять лет назад, но использовали результаты многолетних астрономических наблюдений и математику.

Разбегающиеся звезды

Как вообще можно определить, куда движется Солнечная система относительно близких звезд? Если мы можем на протяжении десятков лет фиксировать перемещение звезды по небесной сфере, то направление движения нескольких звезд скажет нам, куда мы движемся относительно них. Назовем точку, в которую мы движемся, апексом. Звезды, которые находятся недалеко от него, а также от противоположной точки (антиапекса), будут двигаться слабо, потому что они летят на нас или от нас. А чем дальше звезда находится от апекса и антиапекса, тем больше будет ее собственное движение. Представьте, что вы едете по дороге. Светофоры на перекрестках впереди и позади не будут сильно смещаться в стороны. А вот фонарные столбы вдоль дороги так и будут мелькать (иметь большое собственное движение) за окном.

На гифке показано перемещение звезды Барнарда, имеющей самое большое собственное движение. Уже в 18 веке у астрономов появились записи положения звезд на промежутке в 40-50 лет, которые позволили определить направление движения более медленных звезд. Тогда английский астроном Уильям Гершель взял звездные каталоги и, не подходя к телескопу, стал вычислять. Уже первые расчеты по каталогу Майера показали, что звезды движутся не хаотично, и апекс можно определить.

Источник: Hoskin, M. Herschel"s Determination of the Solar Apex, Journal for the History of Astronomy, Vol. 11, P. 153, 1980

А с данными каталога Лаланда область удалось серьезно уменьшить.

Оттуда же

Дальше пошла нормальная научная работа - уточнение данных, расчеты, споры, но Гершель использовал правильный принцип и ошибся всего на десять градусов. Информацию собирают до сих пор, например, всего тридцать лет назад скорость движения уменьшили с 20 до 13 км/с. Важно: эту скорость нельзя путать со скоростью солнечной системы и других ближайших звезд относительно центра Галактики, которая равна примерно 220 км/с.

Еще дальше

Ну и, раз мы упомянули скорость движения относительно центра Галактики, необходимо разобраться и тут. Галактический северный полюс выбран так же, как и земной - произвольно по соглашению. Он находится недалеко от звезды Арктур (альфа Волопаса), примерно вверх по направлению крыла созвездия Лебедя. А в целом проекция созвездий на карту Галактики выглядит так:

Т.е. Солнечная система движется относительно центра Галактики в направлении созвездия Лебедя, а относительно местных звезд в направлении созвездия Геркулеса, под углом 63° к галактической плоскости, <-/, если смотреть с внешней стороны Галактики, северный полюс сверху.

Космический хвост

А вот сравнение Солнечной системы с кометой в видео совершенно корректно. Аппарат NASA IBEX был специально создан для определения взаимодействия границы Солнечной системы и межзвездного пространства. И по его данным хвост есть.

Иллюстрация NASA

Для других звезд мы можем видеть астросферы (пузыри звездного ветра) непосредственно.

Фото NASA

Позитив напоследок

Завершая разговор, стоит отметить очень позитивную историю. Создавший в 2012 году исходное видео DJSadhu первоначально продвигал что-то ненаучное. Но, благодаря вирусному распространению клипа, он пообщался с настоящими астрономами (астрофизик Rhys Tailor очень позитивно отзывается о диалоге) и, спустя три года, сделал новый, гораздо более соответствующий реальности ролик без антинаучных построений.

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.