Галилей был неправ. Земля не вращается вокруг Солнца. Она вращается вокруг вас, уже десятки лет. По крайней мере, по вашему собственному представлению.
Шрикумар Рао
Читатель спрашивает:
Где Солнце и планеты приобрели угловой момент, который привёл к их вращению? Я не говорю про орбиты, а про вращение вокруг осей. Я понимаю аналогию с фигуристом, в которой распростёртые руки увеличивают вращение из-за сохранения углового момента. Но фигурист сам закручивает себя. Если фигурист стоит на месте, он может вытягивать и поджимать руки, но вращаться от этого он не начнёт.
Когда планеты и солнце начали образовываться, как они получили изначальный момент вращения?
Легко заставить что-либо вращаться быстрее, если оно уже вращается – нужно лишь поменять момент инерции. А что такое момент инерции?
Вспомним второй закон Ньютона – сила равна произведению массы на ускорение, F = ma. Точнее сказать, что сила изменяет свойство тела под названием импульс. Если вы приложите к массе внешнюю силу, её импульс, то есть то, как она движется, изменится. Если известна сила, то известно, как именно изменится импульс. А если вы не прикладываете внешнюю силу к объекту, то его импульс не может меняться.
И если бы во всей вселенной всё состояло из точечных масс, расположенных на одной линии, то ничего бы и не возникло. Но в н��шей Вселенной двигающиеся массы распределены в нескольких измерениях.
А в этом случае у системы есть не только импульс, но и угловой момент. Импульс изменяется в зависимости от массы, а угловой момент меняется в зависимости от комбинации массы и её распределения. Эта комбинация и составляет момент инерции. Поэтому второй закон Ньютона говорит о том, как объекты изменяют свой импульс (как массы меняют скорость), и есть эквивалентный закон, относящийся к тому, как объекты меняют свой угловой момент, или как момент инерции испытывает изменения в скорости вращения.
Примером служит то, как фигурист, подтягивая руки и ноги, начинает быстрее вращаться. Когда его масса распределяется ближе к оси вращения, и момент инерции уменьшается, скорость вращения увеличивается для компенсации. Если ваши масса и её распределение изменяются, то скорость вращения изменяется в обратную сторону для компенсации. Но так же, как вы можете изменить импульс системы, прилагая внешнюю силу, вы можете изменить угловой момент системы, применяя внешний крутящий момент.
Крутящий момент – сила, прилагаемая таким образом, что она меняет вращение объекта.
Дальше – интереснее. Каждая звёздная система во Вселенной начиналась с облака газа и пыли. Эта облака могут быть в сотни или миллионы раз массивнее нашего Солнца, но изначально они очень рассеянные, и распространяются на многие сотни или тысячи световых лет. Если у этих облаков есть какое-либо вращение, то его сложно обнаружить, так как для завершения даже одного оборота им потребуется миллиарды лет.
Но газовые облака существуют не в изоляции. Вокруг них существует вся остальная материя и энергия Вселенной, подверженная гравитации. И когда две массы во Вселенной двигаются друг относительно друга, но не двигаются точно друг к другу или друг от друга, гравитационная сила, испускаемая ими, создаёт крутящий момент.
Этот феномен известен как приливное ускорение, и впервые был понят Джимом Пиблзом (куратором моего куратора) в 1976 году. (Так что ваш вопрос попал по адресу!). Поэтому каждая масса, существующая во Вселенной, родилась она с угловым моментом, или нет, получила таковой, спустя 13,8 миллиардов лет. Это включает все облака газа, в том числе и то, из которого родилась наша Солнечная система. Можно разбивать эти газовые облака и далее, по участкам, из которых создаются отдельные звёзды и системы.
Все они, превратившись в звезду или систему, будут распределены как трёхосевые эллипсоиды. Проще говоря, типа как сферы, но только если нарисовать внутри них три перпендикулярные оси, допус��им, X, Y, Z, то одна из осей будет короче остальных. Когда система сжимается под воздействием гравитации, она быстрее всего сожмётся вдоль самой короткой из осей, а поскольку обыкновенная материя взаимодействует сама с собой, то она расплющится, как блин. Эти образования называют «блины Зельдовича», по имени советского физика, работавшего над теориями образования звёзд.
Ну а по двум остальным осям вы получите что-то вроде диска, который в целом будет вращаться так, как указывает угловой момент. Поэтому в нашей Солнечной системе все планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении – против часовой стрелки, если смотреть вниз с северного полюса Солнца, Солнце вращается в том же направлении, почти все луны вращаются вокруг своих планет в том же направлении, и почти все планеты вращаются вокруг своих осей в том же направлении.
Кликабельно
Есть только два больших исключения: Венера, которая вращается очень медленно, но в противоположном направлении, и Уран, который вращается на боку. Считается, что обе планеты испытали изменение углового момента из-за вмешательства постороннего тела. То есть, их вращение было изменено внешним вращательным моментом.
Вот поэтому планеты, луны, звёзды и звёздные систе��ы вращаются.
