Земля

 

Рис. 1. Меркурий, Венера, Земля, Марс

«О Земле немало песен сложено», а о физических параметрах планет земной группы песен нет. Очевидно, лирика с физикой не очень дружат.

Земля, как космическое тело вращается вокруг Солнца вместе с другими планетами. Каждая планета имеет свои физические параметры объем, массу, плотность, радиус орбиты, силу тяжести и другие параметры.

Начну с плотности и сделаю одно уточнение. Поскольку планеты на начальном этапе сформировались из одного протопланетного облака, то можно предположить, что они имеют одну и ту же плотность. Снимки Меркурия, Марса, сюда можно отнести и спутник Луну, подтверждают, что это каменистые, изрытые кратерами поверхности. Земля и Венера имеют плотную атмосферу, в которых сгорело немало астероидов и метеоритов, поэтому их облик несколько отличается от Меркурия и Марса. Плотность Меркурия (справочные данные) – 5427 кг/м³, Венеры – 5240 кг/м³, Земли – 5515 кг/м³, Марса – 3933 кг/м³. Меркурий, Венера и Земля имеют фактически одну плотность вещества. Из этого списка выпадает только Марс, несмотря на то, что он превосходит Меркурий по объему в 2.7 раза, а его масса превосходит меркурианскую только в 1,9 раза. Здесь явно просматривается противоречие.

Приведу, казалось бы, банальную фразу из источника [1, с.186]:«Большинству веществ свойственно равномерное увеличение объема (и, следовательно, равномерное уменьшение плотности) с ростом температуры».

Для любого школьника, знакомого с тепловым расширением тел, в приведенной цитате, все логически и физически правильно. Тогда, учитывая процитированное, должен заметить следующее: Меркурий и Венера, в виду близости к Солнцу, должны иметь плотность своего вещества меньше, а Марс, наоборот, должен иметь плотность сравнимую с Землей. Логика понятная, чем горячее небесное тело (любое тело), то его плотность должна уменьшаться по мере возрастания температуры. Тело разрыхляется, становится менее плотным, затем плавится, его плотность еще меньше, а потом, на примере звезд, превращается в плазму с очень низкой плотностью.

В связи с вышесказанным, корректны ли значения физических параметров планет земной группы, указанные в справочниках? Безусловно, эти сомнения относятся и к планетам гигантам, но о них потом.

Во всех расчетах возмутителем спокойствия является гравитационная постоянная, ее значение и «поведение». Несмотря на то, что это всего лишь коэффициент пропорциональности в формуле Всемирного тяготения, но от него зависит весомость (масса) всех планет Солнечной системы, в том числе и самого Солнца. От точности G зависят все расчеты, связанные с Космосом.

Казалось бы, зачем в очередной раз уточнять параметры планет, когда гравитационная постоянная измерена вдоль и поперек, а ее значением занимается специальная группа ученых по фундаментальным физическим константам (КОДАТА). Тем не менее, массы планет пытаются измерить даже с помощью пульсаров! [2]. Авторы, указанного источника, используют данные многолетнего тайминга для определения масс планет: от Меркурия до Сатурна. Данные тайминга могут быть важны, например, для понимания природы т.н. «пролетных аномалий».

Несмотря на все усилия ученых, погрешность между измерениями G практически не уменьшается, и этот феномен называют нарушением закона обратных квадратов либо «пятой силой». Одни говорят, что G «скачет», другие «прыгает», третьи «испытывает вариации».

G как скаковая лошадь, своим поведением показывает свой нрав и непостоянство, а мы пытаемся втиснуть ее в прокрустово ложе Constants-ы.

Для подтверждения сказанного, сделаю расчеты исходя из новых реалий: гравитационная постоянная (G) – не постоянная и равна энергетическому коэффициенту. Энергетический коэффициент рассчитывается исходя из энергии планеты [3].

Для разрешения проблемы я нашел радикальный выход, заключающийся в том, что значение G зависит от энергии (температуры) гравитирующих тел, т.е. она совсем не постоянная, а величина переменная [3]. В указанной статье существующее (справочное) значение G вычислено и соответствует температуре 293 К (20^o C). Для планеты Земля численное значение G=6,67408 м³/(кг·с²) (КОДАТА 2014) [4]. Если подходить более строго, то G должна соответствовать средней температуре, которая для планеты Земля равна 287 К (14^o C) [5].

Откорректируем значение G для данной температуры.

G_E=Θ/Θ _max=287/4,3924·10¹²=6,534·10^-11   (1)

 

Где, Θ_max=4,3924·10¹² К – максимальная температура вещества в природе [3].

Найдем энергетический коэффициент для Солнца и Земли.

                                                                                                                                     (2)

Уточним силу притяжения Земли к Солнцу, для этого можно воспользоваться двумя законами Ньютона (сила, действующая на тело массой m, равномерно вращающегося по окружности радиусом R со скоростью ν) и закона Всемирного тяготения.

                                                                                                                                              (3)

                                                                                                                                              (4)

Где, M_S и M_E – массы Солнца и Земли,

R=1,49598261·10¹¹ м – большая полуось,

v=29,783 км/с (2,9783·10⁴ м/с) – орбитальная скорость.

Приравняем формулы (3, 4) и еще раз уточним массу Солнца.

Отсюда масса Солнца будет равна:

(5)

Масса Солнца снизилась на порядок [6].

Уточним массу Земли через стандартное значение ускорения свободного падения

(6)

Отсюда плотность

ρ=M/V=6,091956·10²⁴ кг/1,08321·10²⁰ м³=5623 кг/м³           (7)

По любой из формул (3 или 4) можно найти силу притяжения Земли к Солнцу, она будет равна:

(8)

Для сравнительного анализа сведем в таблицу полученные физические параметры и справочные параметры Земли.

Земля	Масса, М (кг)	Энергетический коэффициент, GE	Плотность, ρ (кг/м3)
Параметры новые	6·1024	6,534·10-11	5623
Параметры справочные	5,9726·1024	G (Нм2/кг2) 6,67408·10-11	5515

Заключение.

Земля – неравновесное небесное тело, то же самое можно сказать и о других планетах. Поэтому в расчетах стараются использовать усредненные физические параметры, такими параметрами, например, являются ускорение свободного падения и плотность. Следуя данной логике такой же подход должен быть и в отношении «гравитационной постоянной». Поскольку G – это универсальный, энергетический коэффициент, то его значение следует использовать также усредненным, привязанным к средней температуре Земли. В данном исследовании значение G_E=6,534·10^-11 м³/(кг·с²) соответствует средней температуре 287 К (14^o C).

Источники

1. Marion J., General physics biosciense essays, New York, Chichester Brisbane, Toronto), Общая физика с биологическими примерами (пер. с англ.), М.: Высшая школа, 1986
2. Champion D.J., Hobbs G.B., & etc, Measuring the mass of solar system planets using pulsar timing, Cornell University Library, 2010 / URL: https://arxiv.org/abs/1008.3607
3. Ершов Г.Д., Гравитационная постоянная – величина переменная, Гравитация / URL: http://gennady-ershov.ru/g/gravitacionnaya-postoyannaya-velichina-peremennaya.html
4. Гравитационная постоянная, КОДАТА (2014), Википедия / URL: https://goo.gl/LnMEVp
5. Kinver By M., Global average temperature may hit record level in 2010, BBC / http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/8406839.stm
6. Ершов Г.Д., Масса Солнца / URL: http://gennady-ershov.ru/g/massa-solnca.html
7. Википедия, Земля / URL: https://goo.gl/8OJJOC

Параметры Земли (справочные) [7].

R=1,49598261·10¹¹ м – большая полуось

v=29,783 км/с (2,9783·10⁴ м/с) – орбитальная скорость

r=6,371·10⁶ м – средний радиус

M=5,9726·10²⁴ кг – масса

V=10,8321·10¹¹ км³ – объем

g=9,78 м/с² – ускорение свободного падения

Т=3,1558150·10⁷ с – сидерический период обращения

G=6,67408 м³/(кг·с²)

Θ=287 К (14^o C) – средняя температура

Назад  Вперед