Спросите Итана: почему с Юпитером сталкивается так много объектов?

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/04/09/ask-ethan-why-is-jupiter-hit-by-so-many-objects-in-space/#5dccfc55680b
  • Перевод
image
Челябинский метеорит; фото: Константин Кудинов

Одно из интереснейших и в то же время страшных событий из происходящих на Земле – это столкновение с фрагментом кометы или астероидом. Столкновения вроде того, что не так давно случилось в Челябинске, довольно нередки; в течение жизни человек может увидеть множество таких объектов. Гораздо реже случаются столкновения, приводящие к таким последствиям, как случай на Тунгуске, Аризонский кратер или Великое вымирание, случившееся 65 млн лет назад. Результаты таких столкновений видны по сей день. Но их нельзя сравнивать с тем, что испытывает Юпитер. Почему? Доминик Турпин спрашивает:

В Юпитер врезается так много космических объектов из-за его силы гравитации, или из-за того, что он слишком большой, чтобы промахнуться мимо него?



Когда 17 марта 2016 года астрономы-любители Геррит Кернбауэр и Джон Макеон случайно вели наблюдения и съёмку крупнейшего мира нашей Солнечной системы, на нём произошла внезапная вспышка.



Единственная известная причина таких вспышек – столкновения, и в последнее время мы наблюдаем большое количество столкновений с Юпитером, в основном благодаря астрономам-любителям, которым нравится смотреть на него даже в то время, когда на планету не направлены профессиональные телескопы. И за последние несколько лет любители смогли обнаружить большое количество столкновений, включая:



В июне 1994 комета Шумейкеров-Леви 9 распалась и столкнулась с Юпитером. Благодаря нашим знаниям о гравитации это событие было предсказано за год. Из-за этого столкновения поверхность Юпитера потемнела на месяцы. Диаметр кометы до распада составлял примерно 5 км.



В июле 2009 астроном-любитель Энтони Весли обнаружил на Юпитере тёмное пятно размером с Землю. Скорее всего, оно возникло в результате столкновения с астероидом диаметром в 0,2 – 0,5 км. Последующие наблюдения космического телескопа им. Хаббла (в оптическом диапазоне, выше) и телескопа обсерватории Кека (в инфракрасном диапазоне, ниже) показали, что при столкновении выделилось в тысячи раз больше энергии, чем на Тунгуске.



В июне 2010 было зафиксировано ещё одно столкновение, причём в реальном времени. Его снова увидел Энтони Весли и Кристофер Го из Филиппин. Вспышка продержалась две секунды, что соответствует массе порядка 500 – 2000 тонн и размеру в 8-13 м. Согласно данным с обсерватории Джемини, на Юпитер, скорее всего, такие объекты падают по нескольку раз в год.



Через несколько месяцев, в августе 2010-го, на Юпитере произошло ещё одно столкновение (выше), приведшее к небольшой вспышке. Его открыл другой любитель, Масаюки Тачикава из Японии.

image

В сентябре 2012 Дэн Петерсен наблюдал ещё одну вспышку на Юпитере, и в этот раз Джордж Холл снял видео события, что позволило учёным определить: столкновение по размерам и мощности примерно совпадало со столкновением от августа 2010 года.

Почему же на Юпитере это происходит? Почему же там случаются такие крупные, яркие и частые столкновения, по сравнению с которыми меркнут крупнейшие из столкновений, виденных нами на Земле?



Конечно же, в первую очередь в голову приходит размер. Для подсчёта частоты столкновений в любой системе простейшая оценка состоит в перемножении:

1. скоростей объектов (комет, астероидов, метеоров),
2. концентрацию объектов в объёме,
3. поперечное сечение потенциальной цели.

Скорости комет и астероидов, пролетающих вблизи Юпитера, практически совпадают со скоростями объектов вблизи Земли, да и их концентрация в определённом объёме примерно та же, хотя у Юпитера есть небольшое преимущество – из-за того, что он находится чуть ближе к поясу астероидов. Но поперечное сечение сильно отличается: диаметр Юпитера в 11,2 раз больше диаметра Земли, что означает, что его поперечное сечение больше в 125 раз.



И всё же частоту крупных столкновений этим объяснить нельзя. Столкновение 2009 года произошло с объектом большего размера, чем тот, что оставил Аризонский кратер, и такие столкновения на Земле происходят примерно каждые 30 000 – 100 000 лет. Но то, что мы видели столкновение такой мощности на Юпитере менее десяти лет назад – а столкновение Шумейкеров-Леви всего за 15 лет до того – заставляет нас принять неприятный факт: если такие крупные объекты бомбардировали бы Землю так же часто, как Юпитер, мы бы видели в 10-100 раз больше кратеров типа Аризонского, а вымирания случались бы в тысячи раз чаще!



Астероид, «убивший динозавров», имел в диаметре 5-10 км и столкнулся с Землёй 65 млн лет назад. С другой стороны, комета Шумейкеров-Леви 9 столкнулась с Юпитером в 1994 году, и обладала таким же размером. Что же – выходит, в 1994 году мы стали свидетелями события, происходящего раз в 500 000 лет? Очень маловероятно.

Рассмотрим лучше другую характеристику Юпитера: гравитацию. Планеты не просто сидят в космосе и ждут, пока в них что-нибудь врежется. Они деформируют саму ткань пространства-времени прямо пропорционально своей массе. Чем массивнее планета, тем сильнее её гравитационное притяжение, действующее на все окружающие её и пролетающие мимо массы.



Гравитационное поле Земли – довольно слабое. Если мимо нас пройдёт медленно движущийся объект – менее 10 км/с относительно нас – мы справимся с тем, чтобы притянуть его к себе. Но астероиды обычно двигаются с относительными скоростями в 17 км/с или более, а кометы – быстрее, чем 50 км/с. Иначе говоря, наша гравитация мало на что способна.

Юпитер же тяжелее в 317 раз, и даже при его огромном радиусе он отлично справляется с притягиванием к себе объектов, движущихся с относительной скоростью в 50 км/с. Иначе говоря, почти всех объектов, попадающих в его окрестности.



Да, Юпитер крупнее Земли, и этот его размер виновен в увеличение количества столкновений примерно в 100 раз. Но на самом деле столкновения с Юпитером случаются чаще из-за его гравитационного притяжения, привлекающего огромное количество комет и астероидов слишком близко к нему – на что Земля неспособна. Всё дело в комбинации гравитации и того обстоятельства, что объекты дальше от Солнца – даже быстрые кометы – двигаются медленнее, поэтому их легче захватить.

Размер имеет значение, но не такое, как гравитация. Единственный объект, лучше привлекающий астероиды в Солнечной системе – это само Солнце, но Юпитер прочно находится на втором месте. Лидирующая теория говорила о том, что он защищает внутренности Солнечной системы от атак астероидов – но оказалось, что это не так. Он просто отлично подошёл на роль снаряда для битья. В остальном нам приходится полагаться на самих себя.
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 33
  • +13
    Q: В Юпитер врезается так много космических объектов из-за его силы гравитации, или из-за того, что он слишком большой, чтобы промахнуться мимо него?
    A: И из-за его силы гравитации, и из-за того, что он слишком большой.
    • 0
      Ну, судя по всему, «прицельные попадания» в Юпитер настолько редки по сравнению с последствия и гравитации, что их можно не принимать во внимание ;)
      • 0
        Говорят, что правильно заданный вопрос содержит 75% ответа. Вот Вам и доказательство.
      • +5
        На самом деле ответ достаточно неграмотный. Т.к. любое тело прилетевшее «из далека», наберет скорость, достаточную для возврата «туда откуда прибыло», это следует из простого закона сохранения энергии.

        Дело тут в другом: гравитация Земли не такая мощная. Она искривляет траекторию движения астероидов, но они все равно пролетают мимо. А гравитация Юпитера такова, что искривленная траектория проходит «сквозь планету». Был бы Юпитер размером с землю, но обладал бы своей текущей гравитацией — на него так-же бы ничего не падало почти, а астероиды просто очень резко бы меняли курс, пролетая мимо него.
        • +1
          > астероиды просто очень резко бы меняли курс, пролетая мимо него
          чаще всего разваливались бы из-за превышения предела Роша
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +18
          В 101000 раз больше кратеров? Примерно по 10919 кратеров на каждый атом во Вселенной?
          • +1
            А теперь оригинал:
            we'd not only see Meteor Crater-sized strikes ten-to-one hundred times as frequently, but we'd have extinction-level events thousands of times as often
            • +1

              Это такой вольный перевод. В оригинале в 10-100 раз чаще.


              if Earth were hit by these large objects as frequently (for its size) as Jupiter appears to be, we'd not only see Meteor Crater-sized strikes ten-to-one hundred times as frequently, but we'd have extinction-level events thousands of times as often!
            • –1
              А как часто падает космический мусор на спутники Юпитера?
              Возможно, несмотря на потенциально благоприятные условия на некоторых из них, падение космических объектов не позволяет развиваться жизни и таким образом закрывает теорию о возможном наличии во Вселенном большого количества газовых гигантов на спутниках которых существует жизнь.
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                • 0
                  Продольную ударную волну сжатия от падения, распространяющуюся и переотражающуюся в жидкой прослойке между льдом и каменной подложкой дна никто не отменял.
                  К тому же, если в среднем в месяц на Юпитер что то падает, то это значит что и раз в тысячелетие что то достаточно крупное падает на спутник.
                  Тысячелетие — малый срок для биосферы — не успеют экосистемы очухаться от предыдущей оплеухи, как прилетает новая. В такой среде даже простые многоклеточные со специализированными клетками и тканями — с точки зрения эволюции будут кандидатами на вымирание — так как не способны выживать при резких перепадах давления, в отличие от одноклеточных и колоний клеток.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                    • 0
                      Прошу прощения что влезаю в разговор, но по-моему это такой вопрос, что численно смоделировать будет проще чем гадать. Если интересно, попробуйте. Сам бы это сделал, но увы, сейчас немного занят с работой.
              • +2
                Столкновения вроде того, что не так давно случилось в Челябинске, довольно нередки; в течение жизни человек может увидеть множество таких объектов.

                Полжизни условно прожил, моё множество равно нулю, что я делаю не так?
                • +1
                  Пару раз видел крупные «падающие звезды», не говоря уже о происходящих по расписанию «звездопадах».
                  • +1
                    Таки есть некоторая разница между «крупной „падающей звездой“», «звездопадами», и воздушным взрывом в 500кт.
                • 0

                  осталось ответить на вопрос — какова корреляция между размером и массой для планет, скажем, Солнечной системы

                  • 0
                    увеличивается ли общая масса Юпитера существенным образом от этих столкновений, или масса падающих на Юпитер тел ничтожно мала в сравнении с массой этих объектов?
                    • +1
                      Думаю что за счет диссипации (улетучивания) атмосферы, Юпитер теряет больше массы, чем приобретает за счет падений астероидов.
                      Эти цифры столь малы, что не имеют каких-то последствий для планеты.
                    • +4
                      >Конечно же, в первую очередь в голову приходит размер.

                      Вы смеётесь? Ответ очевидный и в первую очередь в голову приходит гравитация.
                      • +1
                        Лидирующая теория говорила о том, что он защищает внутренности Солнечной системы от атак астероидов – но оказалось, что это не так.

                        Почему? Он же действительно вычищает систему от крупных объектов, и наверняка траектории некоторых из них пересекают орбиты внутренних планет.

                        • 0
                          Кто-нибудь, объясните суть этой image картинки (и похожих). Исходя из нее объекты на орбите должны падать на полюс. Сколько раз видел подобные объяснения гравитации (куча видео восторженных студентов от подобного объяснения гравитации на тряпке с шариками от какого-нибудь преподавателя в университете). Но подождите, разве объекты падают к полюсу? и Почему «пространство-время» прогибается под южный полюс, а не под северный.

                          P.S. в теории относительности (СТО и ОТО) я профан. Читал только «Теория относительности для миллионов». Вот там как раз такое объяснение гравитации и эти вопросы никак не рассматриваются. Просто «представьте тяжелый металлический шар на слое натянутой резины» и все. Но эта аналогия нерабочая же.
                          • 0
                            Это такая грубая абстракция. Что-то вроде проекции пространства на плоскость, чтобы показать его деформацию.
                            • +1
                              Вот эта картинка чуть более наглядна
                              • 0
                                Спасибо! Намного нагляднее.

                                Странно, что в большинстве случаев объясняется таким нелепым образом. Никакая это не резина с шаром посередине. И близко не так все работает. Скорее это «резина липнет к шару со всех сторон»
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  • 0
                                    Ну не придирайтесь. По Вашей же ссылке не два шара, а много шаров и груз в виде шайбы.

                                    Какая разница как проще визуализировать? Всегда думал, что надо «правильно», а не «проще». Думаю не один я задавался такими вопросами после подобных объяснений в книжках/видео/лекциях.
                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              • 0
                                Уж сколько раз иллюстраторы делали одну и ту же ошибку. В этой картинке неправильно то, что «сетка» — не сетка вовсе, а концентрические окружности, Для иллюстраций ОТО нагляднее использовать именно сетку (с квадратами), ибо на ней виднее деформации:
                                image

                                Чтобы уж до конца понять аналогию, эту же картинку надо представить «сверху» (пардон, перерисовал как смог)
                                image

                                Так вот, двумерному жителю кажется, что свет искривляется, а на самом деле, искривлена сама «плоскость» (ну в реальности — пространство-время).

                              • 0
                                Интересно, сольются ли в итоге все чёрные дыры?
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                • 0
                                  Юпитер, ты сердишься, значит, ты не прав… Жизнь под постоянной бомбардировкой.

                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                  Самое читаемое