Pavyzdžiui, kas yra elektros srovė - yra daug apibrėžimų, tačiau nė vienas iš jų tiksliai nenurodo jos mechanizmo, be dviprasmybių ir neapibrėžtumo.
Kita vertus, elektrotechnika yra gana gerai išvystytas mokslas, kuriame bet kokie elektros procesai detaliai aprašomi naudojant matematines formules.
Taigi kodėl neparodžius panašių procesų naudojant tas pačias formules ir kompiuterinę grafiką.
Tačiau šiandien mes apsvarstysime paprastesnio proceso veiksmą nei elektra - gravitacijos jėgą. Atrodytų, nieko sudėtingo, nes mokykloje mokomasi universalios gravitacijos dėsnio, bet vis dėlto... Matematika aprašo procesą taip, kaip jis vyksta idealiomis sąlygomis, kažkokioje virtualioje erdvėje, kur nėra jokių apribojimų. .
Gyvenime dažniausiai ne viskas taip, o nagrinėjamas procesas nuolat perkeliamas į daugybę skirtingų, iš pirmo žvilgsnio nepastebimų ar nereikšmingų aplinkybių.
Žinoti formulę ir suprasti jos veikimą yra šiek tiek skirtingi dalykai.
Taigi, ženkime mažą žingsnį, kad suprastume gravitacijos dėsnį. Pats dėsnis paprastas – gravitacijos jėga yra tiesiogiai proporcinga masėms ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui, tačiau sudėtingumas slypi neįsivaizduojamame sąveikaujančių objektų skaičiuje.
Taip, mes svarstysime tik gravitacijos jėgą, taip sakant, visiškai atskirai, o tai, žinoma, neteisinga, bet šiuo atveju tai leistina, nes tai tiesiog būdas parodyti nematomą.
Ir dar, straipsnyje yra JavaScript kodas, t.y. visos nuotraukos iš tikrųjų buvo nupieštos naudojant „Canvas“, todėl galima nufotografuoti visą straipsnį.
Gravitacijos galimybių Saulės sistemoje atvaizdavimas
Klasikinės mechanikos rėmuose gravitacinę sąveiką apibūdina Niutono universaliosios gravitacijos dėsnis, kuris teigia, kad gravitacinės traukos jėga F tarp dviejų materialių masės taškų m 1 Ir m 2, atskirtas atstumu r, yra proporcinga abiem masėms ir atvirkščiai proporcinga atstumo kvadratui – tai yra:Kur G- gravitacinė konstanta lygi maždaug 6,67384×10 -11 N×m 2 ×kg -2.
Bet aš norėčiau pamatyti gravitacijos kitimo vaizdą visoje Saulės sistemoje, o ne tarp dviejų kūnų. Todėl antrojo kūno masė m 2 laikykime jį lygų 1 ir tiesiog pažymime pirmojo kūno masę m. (Tai yra, mes įsivaizduojame objektus materialaus taško pavidalu - vieno pikselio dydžio ir matuojame traukos jėgą kito, virtualaus objekto atžvilgiu, pavadinkime jį „bandomuoju kūnu“, kurio masė yra 1 kilogramas. ) Šiuo atveju formulė atrodys taip:
Dabar vietoj m pakeičiame dominančio kūno masę ir vietoj to r pereiname visus atstumus nuo 0 iki paskutinės planetos orbitos reikšmės ir gauname gravitacinės jėgos pokytį priklausomai nuo atstumo.
Taikant jėgas iš skirtingų objektų, pasirenkame didesnę.
Be to, šią galią išreiškiame ne skaičiais, o atitinkamais spalvų atspalviais. Tai suteiks jums aiškų vaizdą apie gravitacijos pasiskirstymą Saulės sistemoje. Tai yra, fizine prasme spalvos atspalvis atitiks 1 kilogramą sveriančio kūno svorį atitinkamame Saulės sistemos taške.
Reikėtų pažymėti, kad:
- Gravitacijos jėga visada yra teigiama ir neturi neigiamų reikšmių, t.y. masė negali būti neigiama
- gravitacinė jėga negali būti lygi nuliui, t.y. objektas arba egzistuoja su tam tikra mase, arba jo visai nėra
- gravitacijos jėgos negalima nei ekranuoti, nei atspindėti (kaip šviesos spindulys su veidrodžiu).
Dabar pažiūrėkime, kaip spalvomis parodyti gravitacinės jėgos dydį.
Kad skaičiai būtų rodomi spalvotai, reikia sukurti masyvą, kuriame indeksas būtų lygus skaičiui, o reikšmė būtų spalvos reikšmė RGB sistemoje.
Čia yra spalvų gradientas nuo baltos iki raudonos, tada geltonos, žalios, mėlynos, violetinės ir juodos. Iš viso buvo 1786 spalvų atspalviai.
Spalvų skaičius nėra toks didelis, kad būtų galima parodyti visą gravitacinių jėgų spektrą. Apsiribokime gravitacinėmis jėgomis nuo maksimumo – Saulės paviršiuje ir minimumo – Saturno orbitoje. Tai yra, jei traukos jėga Saulės paviršiuje (270,0 N) yra pažymėta spalva, esančia lentelėje po indeksu 1, tada traukos prie Saulės jėga Saturno orbitoje (0,00006 N) bus lygi. pažymėta spalva, kurios indeksas yra daug didesnis nei 1700. Taigi, kad vis tiek nebus pakankamai spalvų, kad tolygiai išreikštų gravitacijos jėgos dydį.
Norint aiškiai matyti įdomiausias rodomų traukos jėgų vietas, būtina, kad mažesnės nei 1H traukos jėgos reikšmės atitiktų didelius spalvų pokyčius, o nuo 1H ir daugiau atitikmenys nebūtų tokie įdomūs - aišku, kad, tarkime, Žemės traukos jėga skiriasi nuo Marso ar Jupiterio traukos, taip, gerai. Tai yra, spalva nebus proporcinga traukos jėgos dydžiui, kitaip „prarasime“ įdomiausią dalyką.
Norėdami konvertuoti traukos jėgos vertę į spalvų lentelės indeksą, naudojame šią formulę:
Taip, tai ta pati hiperbolė, žinoma nuo vidurinės mokyklos laikų, tik pirmą kartą buvo ištraukta argumento kvadratinė šaknis. (Paimta tik iš šviesos, tik siekiant sumažinti didžiausios ir mažiausios traukos jėgos verčių santykį.)
Pažiūrėkite, kaip spalvos pasiskirsto priklausomai nuo Saulės ir planetų traukos.
Kaip matote, Saulės paviršiuje mūsų bandomasis kūnas svers apie 274 N arba 27,4 kG, nes 1 N = 0,10197162 kgf = 0,1 kgf. O Jupiteryje jis yra beveik 26 N arba 2,6 kgf, Žemėje mūsų bandomasis kūnas sveria apie 9,8 N arba 0,98 kgf.
Iš esmės visi šie skaičiai yra labai labai apytiksliai. Mūsų atveju tai nėra labai svarbu, turime visas šias gravitacijos reikšmes paversti atitinkamomis spalvų reikšmėmis.
Taigi iš lentelės aišku, kad didžiausia traukos jėgos vertė yra 274N, o mažiausia - 0,00006N. Tai yra, jie skiriasi daugiau nei 4,5 milijono kartų.
Taip pat aišku, kad visos planetos pasirodė beveik vienodos spalvos. Bet tai nesvarbu, svarbu, kad planetų traukos ribos būtų aiškiai matomos, nes mažų vertybių traukos jėgos gana gerai keičia spalvą.
Žinoma, tikslumas nėra didelis, bet mums tereikia susidaryti bendrą supratimą apie Saulės sistemos gravitacijos jėgas.
Dabar „sudėkime“ planetas į vietas, atitinkančias jų atstumą nuo Saulės. Norėdami tai padaryti, prie gauto spalvų gradiento turite pritvirtinti tam tikrą atstumo skalę. Į orbitų kreivumą, manau, galima nekreipti dėmesio.
Tačiau kaip visada, kosminės svarstyklės tiesiogine šių žodžių prasme neleidžia matyti viso vaizdo. Pažiūrėkime, Saturnas yra maždaug 1430 milijonų kilometrų nuo Saulės, jo orbitos spalvą atitinkantis indeksas yra 1738. Tai yra. viename pikselyje (jei šioje skalėje vienas spalvos atspalvis yra lygus vienam pikseliui) pasirodo maždaug 822,8 tūkst. kilometrų. O Žemės spindulys yra maždaug 6371 kilometras, t.y. skersmuo yra 12 742 kilometrai, maždaug 65 kartus mažesnis už vieną pikselį. Štai kaip išlaikyti proporcijas.
Mes eisime kitu keliu. Kadangi mus domina aplinkinės erdvės gravitacija, paimsime planetas atskirai ir nuspalvinsime jas bei erdvę aplink jas spalva, atitinkančia gravitacijos jėgas nuo jų pačių ir Saulės. Pavyzdžiui, paimkite Merkurijų - planetos spindulys yra 2,4 tūkst. ir prilyginti jį 48 pikselių skersmens apskritimui, t.y. Vienas pikselis bus 100 km. Tada Venera ir Žemė bus atitinkamai 121 ir 127 pikselių. Gan patogūs dydžiai.
Taigi, padarome 600 x 600 pikselių vaizdą, nustatome Saulės traukos jėgos reikšmę Merkurijaus orbitoje plius/minus 30 000 km (kad planeta būtų paveikslo centre) ir nudažykite foną spalvų atspalvių gradientu, atitinkančiu šias jėgas.
Tuo pačiu, norėdami supaprastinti užduotį, dažome ne atitinkamo spindulio lankais, o tiesiomis, vertikaliomis linijomis. (Grubiai tariant, mūsų „Saulė“ bus „kvadratinė“ ir visada bus kairėje pusėje.)
Norėdami užtikrinti, kad fono spalva nesimatytų per planetos vaizdą ir planetos traukos zoną, nustatome apskritimo spindulį, atitinkantį zoną, kurioje planetos trauka yra didesnė už trauką prie Saulės ir nudažykite baltai.
Tada paveikslo centre dedame apskritimą, atitinkantį Merkurijaus skersmenį (48 pikseliai) ir užpildome jį spalva, atitinkančia planetos traukos jėgą jo paviršiuje.
Toliau iš planetos piešiame gradientu pagal traukos jėgos pasikeitimą ir tuo pačiu metu nuolat lyginame kiekvieno Merkurijaus traukos sluoksnio taško spalvą su tašku, kurio koordinatės yra tokios pačios, bet traukos prie Saulės sluoksnyje. Kai šios reikšmės tampa vienodos, šį pikselį padarome juodu ir sustabdome tolesnį dažymą.
Taigi gauname tam tikrą matomo planetos ir Saulės traukos jėgos pokyčio formą su aiškia juoda riba tarp jų.
(Norėjau padaryti būtent tai, bet... nepavyko, nepavyko palyginti dviejų vaizdo sluoksnių po pikselius.)
Kalbant apie atstumą, 600 pikselių yra lygūs 60 tūkstančių kilometrų (t. y. vienas pikselis yra 100 km).
Saulės traukos jėga Merkurijaus orbitoje ir šalia jos kinta tik nedideliame diapazone, o tai mūsų atveju rodo vienas spalvos atspalvis. 
Taigi, Merkurijus ir gravitacijos jėga planetos apylinkėse.
Reikėtų iš karto pastebėti, kad aštuoni subtilūs spinduliai yra defektai, atsirandantys nubrėžus apskritimus drobėje. Jie neturi nieko bendra su svarstomu klausimu ir turėtų būti tiesiog ignoruojami.
Kvadrato matmenys yra 600 x 600 pikselių, t.y. ši erdvė yra 60 tūkstančių kilometrų. Merkurijaus spindulys yra 24 pikseliai - 2,4 tūkst. Traukos zonos spindulys – 23,7 tūkst.
Apskritimas centre, kuris yra beveik baltas, yra pati planeta ir jo spalva atitinka mūsų kilogramo bandomojo kūno svorį planetos paviršiuje – apie 373 gramus. Plonas mėlynas apskritimas rodo ribą tarp planetos paviršiaus ir zonos, kurioje planetos gravitacijos jėga viršija Saulės traukos jėgą.
Tada spalva pamažu kinta, tampa vis raudonesnė (t.y. mažėja bandomojo kūno svoris) ir galiausiai tampa lygi spalvai, atitinkančiai Saulės traukos jėgą tam tikroje vietoje, t.y. Merkurijaus orbitoje. Riba tarp zonos, kurioje planetos traukos jėga viršija Saulės traukos jėgą, taip pat pažymėta mėlynu apskritimu.
Kaip matote, nėra nieko antgamtiško.
Tačiau gyvenime vaizdas kiek kitoks. Pavyzdžiui, šiame ir visuose kituose vaizduose Saulė yra kairėje, o tai iš tikrųjų reiškia, kad planetos gravitacinė sritis turėtų būti šiek tiek „išlyginta“ kairėje ir pailginta dešinėje. Ir paveikslėlyje yra apskritimas.
Žinoma, geriausias variantas būtų traukos link Saulės ir planetos traukos srities palyginimas pikseliais po pikselių ir pasirenkant (parodant) didesnį iš jų. Bet nei aš, kaip šio straipsnio autorius, nei JavaScript nesugeba tokiems žygdarbiams. Darbas su daugiamačiais masyvais nėra šios kalbos prioritetas, tačiau jos darbas gali būti rodomas beveik bet kurioje naršyklėje, o tai išsprendė taikymo problemą.
O Merkurijaus ir visų kitų antžeminės grupės planetų atveju Saulės traukos jėgos pokytis nėra toks didelis, kad jį būtų galima parodyti su turimu spalvų atspalvių rinkiniu. Tačiau kalbant apie Jupiterį ir Saturną, gravitacijos jėgos pokytis Saulės atžvilgiu yra labai pastebimas.
Venera
Tiesą sakant, viskas yra taip pat, kaip ir ankstesnėje planetoje, tik Veneros dydis ir jos masė yra daug didesnė, o Saulės traukos jėga planetos orbitoje mažesnė (spalva tamsesnė, tiksliau, labiau raudona). ), o planetos masė didesnė, todėl planetos disko spalva yra šviesesnė.Kad planeta, kurios traukos zona yra 1 kg sveriančio bandomojo kūno, tilptų į 600 x 600 pikselių vaizdą, mastelį sumažiname 10 kartų. Dabar viename pikselyje yra 1 tūkstantis kilometrų.
Žemė + Mėnulis
Norint parodyti Žemę ir Mėnulį, nepakanka 10 kartų pakeisti mastelį (kaip Veneros atveju), reikia padidinti nuotraukos dydį (Mėnulio orbitos spindulys yra 384,467 tūkst. km). Vaizdas bus 800 x 800 pikselių dydžio. Mastelis yra 1 tūkstantis kilometrų viename pikselyje (gerai suprantame, kad nuotraukos paklaida dar labiau padidės).
Nuotraukoje aiškiai matyti, kad Mėnulio ir Žemės traukos zonas skiria Saulės traukos zona. Tai yra, Žemė ir Mėnulis yra dviejų lygiaverčių skirtingų masių planetų sistema.
Marsas su Fobosu ir Deimosu
Mastelis yra 1 tūkstantis kilometrų viename pikselyje. Tie. kaip Venera, Žemė ir Mėnulis. Atminkite, kad atstumai yra proporcingi, o gravitacijos rodymas yra netiesinis.
Dabar galite iš karto pamatyti esminį skirtumą tarp Marso ir jo palydovų bei Žemės ir Mėnulio. Jei Žemė ir Mėnulis yra dviejų planetų sistema ir, nepaisant skirtingų dydžių bei masių, veikia kaip lygiaverčiai partneriai, tai Marso palydovai yra Marso gravitacinės jėgos zonoje.
Pati planeta ir jos palydovai buvo praktiškai „pamesti“. Baltas apskritimas yra tolimojo palydovo - Deimos - orbita. Priartinkime 10 kartų, kad matytumėte geriau. Viename pikselyje yra 100 kilometrų.
Šie „baisūs“ drobės spinduliai labai sugadina vaizdą.
Phobos ir Deimos dydžiai yra neproporcingai padidinami 50 kartų, kitaip jie yra visiškai nematomi. Šių palydovų paviršių spalva taip pat nėra logiška. Tiesą sakant, gravitacijos jėga šių planetų paviršiuose yra mažesnė nei Marso gravitacijos jėga jų orbitose.
Tai reiškia, kad Marso gravitacija viską „nupučia“ nuo Fobo ir Deimo paviršių. Todėl jų paviršių spalva turėtų būti lygi jų orbitų spalvai, tačiau tik tam, kad būtų lengviau matyti, palydovų diskai yra nuspalvinti gravitacijos jėgos spalva, nesant gravitacijos jėgos link. Marsas.
Šie palydovai tiesiog turėtų būti monolitiniai. Be to, kadangi ant paviršiaus nėra gravitacinės jėgos, tai reiškia, kad jie negalėjo susiformuoti tokia forma, tai yra, tiek Fobas, tiek Deimas anksčiau buvo kito, didesnio objekto dalys. Na, arba bent jau jie buvo kitoje vietoje, su mažesne gravitacija nei Marso gravitacinėje zonoje.
Pavyzdžiui, čia Fobos. Skalė yra 100 metrų viename pikselyje.
Palydovo paviršius žymimas mėlynu apskritimu, o visos palydovo masės gravitacinė jėga – baltu apskritimu.
(Tiesą sakant, mažų dangaus kūnų Fobo, Deimo ir kt. forma toli gražu nėra sferinė)
Centre esančio apskritimo spalva atitinka palydovo masės gravitacinę jėgą. Kuo arčiau planetos paviršiaus, tuo silpnesnė gravitacijos jėga.
(Čia vėl yra netikslumas. Tiesą sakant, baltas apskritimas yra ta riba, kur planetos traukos jėga tampa lygi Marso traukos jėgai Fobo orbitoje.
Tai reiškia, kad spalva už šio balto apskritimo turi būti tokia pati kaip spalva už mėlyno apskritimo, nurodančio palydovo paviršių. Tačiau parodytas spalvų perėjimas turėtų būti balto apskritimo viduje. Bet tada nieko nebus matoma.)
Tai atrodo kaip planetos skerspjūvio brėžinys.
Planetos vientisumą lemia tik medžiagos, iš kurios pagamintas Fobas, stiprumas. Turėdamas mažiau jėgos, Marsas turėtų žiedus, tokius kaip Saturnas, dėl palydovų sunaikinimo.
Ir panašu, kad kosminių objektų griūtis nėra toks išskirtinis įvykis. Net Hablo kosminis teleskopas „aptiko“ panašų atvejį.
Asteroido P/2013 R3, esančio daugiau nei 480 milijonų kilometrų atstumu nuo Saulės (asteroidų juostoje, toliau už Cererą), irimas. Keturių didžiausių asteroido fragmentų skersmuo siekia 200 metrų, bendra jų masė – apie 200 tūkstančių tonų.
Ir šitą Deimos. Viskas yra tas pats, kas Fobo. Skalė yra 100 metrų viename pikselyje. Tik planeta yra mažesnė ir atitinkamai šviesesnė, taip pat yra toliau nuo Marso ir traukos jėga į Marsą čia mažesnė (paveikslo fonas tamsesnis, t.y. raudonesnis). 
Ceres
Na, Ceres nėra nieko ypatingo, išskyrus spalvinimą. Saulės traukos jėga čia mažesnė, todėl spalva tinkama. Mastelis yra 100 kilometrų viename pikselyje (tas pats, kaip nuotraukoje su Mercury).Mažas mėlynas apskritimas yra Cereros paviršius, o didelis mėlynas apskritimas yra riba, kurioje planetos gravitacijos jėga tampa lygi jėgai Saulėje.
Jupiteris
Jupiteris yra labai didelis. Čia yra 800 x 800 pikselių nuotrauka. Mastelis yra 100 tūkstančių kilometrų viename pikselyje. Tai rodo visą planetos gravitacinį regioną. Pati planeta yra mažas taškelis centre. Palydovai nerodomi.Rodoma tik tolimiausio palydovo S/2003 J 2 orbita (išorinis apskritimas baltai).
Jupiteris turi 67 mėnulius. Didžiausi yra Io, Europa, Ganymede ir Callisto.
Tolimiausias palydovas S/2003 J 2 skrieja aplink Jupiterį vidutiniškai 29 541 000 km atstumu. Jo skersmuo apie 2 km, masė apie 1,5 × 10 13 kg. Kaip matote, jis gerokai peržengia planetos gravitacijos sferą. Tai galima paaiškinti skaičiavimų klaidomis (juk buvo atlikta gana daug vidurkinimo, apvalinimo ir kai kurių detalių atmetimo).
Nors yra būdas apskaičiuoti Jupiterio gravitacinio poveikio ribą, kurią nustato kalno sfera, kurios spindulys nustatomas pagal formulę
kur a jupiteris ir m jupiteris yra pusiau didžioji elipsės ašis ir Jupiterio masė, o M saulė yra Saulės masė. Tai suteikia suapvalintą 52 milijonų km spindulį. S/2003 J 2 ekscentrine orbita tolsta iki 36 mln. km atstumu nuo Jupiterio
Jupiteris taip pat turi žiedų sistemą iš 4 pagrindinių komponentų: storo vidinio dalelių toro, žinomo kaip „halo žiedas“; palyginti ryškus ir plonas „Pagrindinis žiedas“; ir du platūs ir silpni išoriniai žiedai – žinomi kaip „tinklo žiedai“, pavadinti pagal palydovų medžiagą – kurie juos sudaro: Amaltėja ir Tėbai.
Halo žiedas, kurio vidinis spindulys yra 92 000, o išorinis - 122 500 kilometrų.
Pagrindinis žiedas 122500-129000 km.
Amaltėjos arachnoidinis žiedas 129000-182000 km.
Tėbų vorų žiedas 129000-226000 km.
Padidinkime nuotrauką 200 kartų, viename pikselyje yra 500 kilometrų.
Čia yra Jupiterio žiedai. Plonas apskritimas yra planetos paviršius. Toliau eina žiedų ribos - vidinė aureolės žiedo riba, išorinė aureolės žiedo riba ir vidinė pagrindinio žiedo riba ir kt.
Mažas apskritimas viršutiniame kairiajame kampe yra sritis, kurioje Jupiterio palydovo Io gravitacinė jėga tampa lygi Jupiterio gravitacinei jėgai Io orbitoje. Paties palydovo tokiu mastu tiesiog nesimato.
Iš esmės dideles planetas su palydovais reikia nagrinėti atskirai, nes gravitacinių jėgų verčių skirtumas yra labai didelis, kaip ir planetos gravitacinio regiono matmenys. Dėl to visos įdomios detalės tiesiog prarandamos. Tačiau žiūrėti į nuotrauką su radialiniu gradientu nėra daug prasmės.
Saturnas
Nuotraukos dydis 800 x 800 pikselių. Mastelis yra 100 tūkstančių kilometrų viename pikselyje. Pati planeta yra mažas taškelis centre. Palydovai nerodomi.Aiškiai matomas traukos link Saulės jėgos pokytis (atminkite, kad Saulė yra kairėje).
Saturnas turi 62 žinomus palydovus. Didžiausi iš jų yra Mimas, Enceladus, Tethys, Dione, Rhea, Titan ir Japetus.
Tolimiausias palydovas yra „Fornjot“ (laikinas pavadinimas S/2004 S 8). Taip pat vadinamas Saturnu XLII. Vidutinis palydovo spindulys yra apie 3 kilometrai, masė 2,6 × 10 14 kg, pusiau pagrindinė ašis 25 146 000 km.
Žiedai planetose atsiranda tik dideliu atstumu nuo Saulės. Pirmoji tokia planeta yra Jupiteris. Kadangi masė ir dydis yra didesnis nei Saturno, jo žiedai nėra tokie įspūdingi kaip Saturno žiedai. Tai yra, planetos dydis ir masė žiedams susidaryti yra mažiau svarbūs nei atstumas nuo Saulės.
Tačiau pažiūrėkite toliau, žiedų pora supa asteroidą Chariklo (10199 Chariklo) (asteroido skersmuo yra apie 250 kilometrų), kuris skrieja aplink Saulę tarp Saturno ir Urano.
Vikipedija apie asteroidą Chariklo
Žiedų sistemą sudaro tankus 7 km pločio vidinis žiedas ir 3 km pločio išorinis žiedas. Atstumas tarp žiedų apie 9 km. Žiedų spindulys yra atitinkamai 396 ir 405 km. Chariklo yra mažiausias objektas, kurio žiedai buvo atrasti.
Tačiau gravitacijos jėga turi tik netiesioginį ryšį su žiedais.
Tiesą sakant, žiedai atsiranda sunaikinus palydovus, kurie susideda iš nepakankamo stiprumo medžiagos, t.y. ne akmeniniai monolitai kaip Fobas ar Deimas, o į vieną visumą sustingę uolienos, ledo, dulkių ir kitų kosminių šiukšlių gabalai.
Taigi planeta jį tempia savo gravitacija. Toks palydovas, neturintis savo gravitacijos (tiksliau, turintis savo gravitacijos jėgą, mažesnę nei jos orbitoje esančios planetos traukos jėga), skrenda orbita, palikdamas sunaikintos medžiagos pėdsaką. Taip susidaro žiedas. Toliau, veikiama planetos gravitacijos, ši fragmentinė medžiaga artėja prie planetos. Tai yra, žiedas plečiasi.
Tam tikru lygiu gravitacijos jėga tampa pakankamai stipri, kad šių nuolaužų kritimo greitis padidėtų, o žiedas išnyksta.
Pokalbis
Šio straipsnio publikavimo tikslas – galbūt kažkas, turintis programavimo žinių, susidomės šia tema ir sukurs geresnį Saulės sistemos gravitacinių jėgų modelį (taip, trimatį, su animacija.O gal net padarys taip, kad orbitos būtų ne fiksuotos, o ir skaičiuojamos - tai irgi įmanoma, orbita bus vieta, kur gravitacijos jėgą kompensuos išcentrinė jėga.
Tai pasirodys beveik kaip gyvenime, kaip tikroje saulės sistemoje. (Čia bus galima sukurti kosminę šaudyklę, su visomis kosminės navigacijos subtilybėmis asteroido juostoje. Atsižvelgiant į jėgas, veikiančias pagal tikrus fizinius dėsnius, o ne tarp ranka pieštos grafikos.)
Ir tai bus puikus fizikos vadovėlis, kurį bus įdomu mokytis.
P.S. Straipsnio autorius yra paprastas žmogus:
ne fizikas
ne astronomas
ne programuotojas
neturi aukštojo išsilavinimo.
Žymos:
- duomenų vizualizacija
- javascript
- fizika
- gravitacija
Artėjantis žmogaus skrydis į Marsą sukrėtė visą žemiškąją bendruomenę ir tapo daugiausiai diskusijų tema per pastarąjį pusšimtį metų. Tai tikrai reikšmingas įvykis žemiškosios civilizacijos istorijoje, iš kurio tikimės ne tik Marso kolonizacijos, bet ir evoliucinio posūkio link „ kosminio masto žmogus«.
Marso miestai – ketvirtosios planetos ateitis
Išsiruošiant į kelionę nežinomais keliais, reikia įvertinti ir planuojamos įmonės pavojingumą. Erdvė nemėgsta skubančiųjų, nes gerai žinoma, kad kosminė erdvė nepasižymi gero nusiteikimo nuolaidžiavimu.
Daugumą problemų, susijusių su ilgalaikiu skrydžiu kosmose (neįskaitant radiacijos poveikio), sumažina arba pašalina dirbtinė gravitacija.
Tuo tarpu nepalanki gravitacijos stokos įtaka ir radiacinės situacijos įtaka yra didžiausios kliūtys Saulės sistemos vystymuisi.
NASA, kuri aktyviai žengia į priekį Raudonosios planetos teritorijoje, užima pirmaujančią vietą Marso tyrime. Elonas Muskas ir Co vykdo panašią misiją, sutelkdami rimtą galią.
Tačiau jei norima apeiti žemąją Žemės orbitą, Mėnulis atrodo akivaizdesnis pasirinkimas, nes žemą gravitacijos poveikį galima ištirti nuodugniau ir per tris dienas po kelionės iš namų.
Mūsų artimiausias kaimynas yra puiki vieta išbandyti technologijas ilgalaikiams skrydžiams kosmose, ar ne? Mėnulyje pilotuojamų bazių konstrukcijas svetimoje aplinkoje galima kruopščiai išbandyti ir maksimaliai modifikuoti.
Ir dar vienas dalykas – atliekant Mėnulio užduotis, erdvėlaivių konstrukcijos gali rasti pažangesnių technologijų ilgalaikėms kelionėms. Ar sutinkate su tuo?
Taigi kodėl NASA nenori grįžti į Mėnulį, kad Marse liktų žmogus? Kodėl „Space X“ taip atkakliai ignoruoja Mėnulį, kai skuba į Marsą?
Tačiau šiuo metu mes nesiekiame sąmokslo teorijos tikslų, tariamai: „jie aiškiai kažką žino apie į Žemę ateinančią katastrofą“, todėl nori patekti į Raudonąją planetą. Mus tiesiog domina tolimų kelionių klausimas.
Silpna dirbtinės gravitacijos trauka.
Dirbtinės gravitacijos samprata yra sukurta filmuojant milžiniškus besisukančius kosminės stoties modulius, pavyzdžiui, 2001 m.: Kosminė odisėja. Tai atrodo priimtiniausias sprendimas ilgalaikių skrydžių atžvilgiu. Taip, tai žvilgsnis į problemą ne specialisto, o potencialaus keliautojo akimis.
Tačiau sukurti net primityvias struktūras dirbtinei gravitacijai gauti yra sunkesnė užduotis nei NASA ar „Space X“ yra pasirengę išspręsti dabartinio lygio technologijas.Nesvarumas gali būti ir žavus, ir klastingas. Viena vertus, tai leidžia astronautams atlikti Žemėje neįmanomus dalykus: pavyzdžiui, perkelti didelę įrangą nežymiu rankos judesiu. Ir, žinoma, tai rimtai domina mokslininkus: nuo biologijos iki hidrodinamikos medžiagų mokslų.
Ilgalaikis žmogaus buvimas nesvarumo sąlygomis buvo tiriamas daugelį dešimtmečių, o išvada kelia nerimą – rimtos pasekmės astronautų sveikatai. Mokslininkai įvertino balus nuo kaulų trapumo ir raumenų praradimo iki regėjimo praradimo.
NASA planuoja šešis – devynis mėnesius trukusias kosmines misijas už Žemės orbitos į Marsą. Jie kuria būdus, kaip pašalinti nesvarumo padarinius. Konfrontaciją daugiausia sudaro kasdienių valandos trukmės pratybų sudarymas, o tai yra agentūros prioritetas.
Taip, ekspertai kuria pratimų rinkinį, skirtą kovoti su nesvarumu, kalcio išplovimu iš kaulų. Tuo pačiu metu niekas neeksperimentuoja su atsakomąja priemone – gravitacijos kūrimu. Tačiau tai jau seniai buvo pasiūlyta kaip priemonė bent daliniam sunkumui užtikrinti, ko pakanka norint sumažinti sveikatos problemas.
Tačiau stebėtina, kad dirbtinė gravitacija yra žemas NASA ir Space X prioritetas. Galbūt agentūros dar nėra pasirengusios iki galo patekti į kosmosą ir per daug skuba, siųsdamos žmones į jau pavojingą kelionę?
Ne vienas Marso misiją vykdantis erdvėlaivis su žmogumi pateikia vienaip ar kitaip besisukančių konstrukcijų, sukuriančių gravitacijos efektą.
Netgi milžiniškas erdvėlaivis „Space X“, planuojamas vienu metu gabenti 100 žmonių, nesukuria dirbtinės gravitacijos – bet iš tikrųjų tai jau yra tinkama gyventi kosmose.
Gravitacijos problemos ekspertai sako:
NASA astronautas ir gydytojas Michaelas Barrattas paaiškino, kodėl agentūra nenaudoja dirbtinės gravitacijos kaip atsakomosios priemonės nesvarumo problemai: mes galime išlaikyti sveikus savo kaulus ir raumenis, sveiką širdies ir kraujagyslių sistemą, sakė jis per 2016 m. rugsėjo mėn. Long Byče vykusią konferenciją. Kalifornijos valstija. Mums nereikia dirbtinės gravitacijos.
Astronauto nuomonę pakartojo NASA vadovai: kaulų retėjimas, raumenų nykimas, vestibuliarinės funkcijos yra tokie dalykai, kurių normalų funkcionavimą galime kontroliuoti mankštindamiesi, sako Billas Gerstenmaieris.Elonas Muskas, pristatydamas Marso misijos projektą, nesvarumo problema nesusirūpino, atmetė vietinės gravitacijos sukūrimą laivų įgulai. „Manau, kad esminės problemos buvo išspręstos“, – sako „Space X“ vadovas.
Trumpai tariant, ilgalaikių skrydžių į TKS yra daug daugiau nei planuojamos kelionės į Marsą laikas.
Techninis dirbtinės gravitacijos įgyvendinimas.
Tačiau ekspertai svarstė galimybes sukurti gravitaciją. Rimta problema yra techninė erdvėlaivio projekto pusė, kuri įgyvendina dirbtinės gravitacijos idėją per besisukantį modulį arba sukuriant kokią nors centrifugą.
„Mes peržiūrėjome daugybę transporto priemonių konstrukcijų, stengėmės įvairiais būdais sukurti dirbtinę gravitaciją. Iš tikrųjų tai tiesiog neveikia, aiškina Gerstenmaier. Tai reikšmingas erdvėlaivio modernizavimas. Labai didelis darbas, o užduotis yra tiesiog patekti į Marsą.
Dar blogiau, pasak ekspertų, įjungus vieną erdvėlaivio dalį, kad būtų išlaikyta gravitacija, gali kilti naujų problemų, nes astronautai turėtų reguliariai prisitaikyti tarp nesvarumo ir gravitacijos.
Savo ruožtu tai gali išprovokuoti prisitaikymo prie erdvės sindromą. Astronautai turės kelis kartus per dieną kirsti nulinės gravitacijos ir gravitacijos zonas, o tai gali būti sudėtingiau nei tiesiog išlikti nulinėje gravitacijos zonoje.
Barrettas pažymėjo, kad jis ir jo kolegos turi techninių rūpesčių dėl erdvėlaivių, įgyvendinančių dirbtinę gravitaciją, dizaino. Astronautai bijo dirbtinės gravitacijos. Kodėl? Mes nemėgstame didelių judančių dalių.
Kai kuriems astronautams buvo pranešta apie regėjimo problemas, todėl dirbtinės gravitacijos svarba gali būti pervertinta. Tuo pačiu metu regėjimo sutrikimo priežastis nėra žinoma ir nėra garantijos, kad gravitacija sugebės pašalinti problemą.Yra daug idėjų, kodėl taip nutinka. Vienas iš veiksnių yra didėjantis anglies dvideginio kiekis, mano ekspertai. Taigi, anglies dvideginio lygis TKS yra dešimt kartų didesnis nei įprastomis atmosferos sąlygomis Žemėje.
— Greičiausiai gravitacijos stoka kyla dėl technologijų trūkumo, kurios šiandien tiesiog neegzistuoja problemai išspręsti. Juk net Gerstenmaieris, kiek skeptiškai vertindamas gravitacijos būtinybę, to visiškai neatmeta.
Taip, kaip dabar suprantame erdvėlaivių gravitaciją, tai ateities technologijų klausimas.
Šiandien Marso lenktynių dalyviai siekia pirmieji atvykti į Marsą ir sukurti jame bent ką nors tinkamo gyvybei.
Žmonijai reikia žygdarbio: nusilpę nuo ilgo skrydžio, svetimoje planetoje, gyvybei netinkamoje atmosferoje, kolonistai statys prieglaudas ir kurs gyvybę Raudonojoje planetoje.
Bet ar kas nors gali pasakyti, kodėl taip skubama, kai ataka atrodo kaip skrydis?
Radiacija
Rimčiausia Marso problema yra magnetinio lauko, apsaugančio nuo saulės spindulių, trūkumas. Marso magnetinis laukas yra maždaug 800 kartų silpnesnis nei Žemės. Kartu su retėjančia atmosfera tai padidina jos paviršių pasiekiančios jonizuojančiosios spinduliuotės kiekį.
Radiacinis fonas Marso orbitoje yra 2,2 karto didesnis nei tarptautinės kosminės stoties radiacijos fonas. Vidutinė dozė buvo maždaug 220 miliradų per dieną. Trijų metų buvimo tokiame fone gaunamos spinduliuotės kiekis artėja prie nustatytų astronautų saugos ribų.
Nesvarumas
Marse gravitacija (trauka) sudaro tik 38% Žemės (0,38 g). Gravitacijos įtakos žmogaus sveikatai laipsnis jam pasikeitus nuo nesvarumo iki 1 g netirtas, tačiau mokslininkai nieko gero iš to nesitiki. Žemės orbitoje siūloma atlikti eksperimentą su pelėmis, siekiant ištirti Marso gravitacijos jėgos įtaką žinduolių gyvavimo ciklui, tuomet klausimas bus geriau aiškesnis.
Meteoritų pavojus
Dėl savo plonos atmosferos Marsas yra daug jautresnis meteoritų pavojui nei Žemė. Šiuo atžvilgiu Raudonosios planetos svečiai rizikuoja patekti į meteorų lietų, palyginti su tuo, įvykis Čeliabinske atrodys kaip kūdikių kalbos. Todėl statybos technikos apsaugos problema tampa ypač aktuali. Be kita ko, turėsime išspręsti statybinių bokštų http://www.versona.org/ ir kitos įrangos apsaugos problemą tiek gyvenvietės kūrimo etape, tiek vėliau, kai pradės vystytis paslaugų sektorius, ypač įrangos nuoma suteikimas.
Kenksmingos dulkės
Marse astronautų sveikatai kils daug didesnis pavojus nei įprastai. Pavyzdžiui, paprastos dulkės Marse yra daug pavojingesnės nei Mėnulyje. Mokslininkai įtaria, kad šiose dulkėse yra labai nemalonių komponentų – arseno ir šešiavalenčio chromo, kurie susilietus gali rimtai nudeginti odą ir akis.
Blogas oras
Vėjų, pučiančių virš planetos skirtinguose aukščiuose, greitis dar nėra iki galo žinomas. Dulkių audros nuo žemiečių akių slepia beveik visą planetą ir trunka tris mėnesius.
Psichologiniai momentai
Skrydžio trukmė ir tolesnis buvimas uždaroje erdvėje gali tapti rimta kliūtimi stipriausiems ir sveikiausiems Marso mylėtojams. Net ir geriausiu atveju vien patekti į Marsą būtų varginanti penkių mėnesių kelionė.
>>> Gravitacija Marse
Kuris gravitacija Marse palyginti su Žeme: Saulės sistemos planetų rodiklių aprašymas su nuotraukomis, poveikis žmogaus organizmui, gravitacijos skaičiavimas.
Žemė ir Marsas daugeliu atžvilgių yra panašūs. Jų paviršiaus plotas praktiškai sutampa, turi poliarinius dangtelius, ašinį posvyrį ir sezoninį kintamumą. Be to, abu rodo, kad išgyveno klimato kaitą.
Tačiau jie taip pat skiriasi. Ir vienas iš svarbiausių veiksnių yra gravitacija. Patikėkite manimi, jei ketinate kolonizuoti svetimą pasaulį, tada ši akimirka atliks svarbų vaidmenį.
Gravitacijos Marse ir Žemėje palyginimas
Žinome, kad Žemės sąlygos padėjo susiformuoti gyvybei, todėl jomis vadovaujamės ieškodami svetimos gyvybės. Atmosferos slėgis Marse yra 7,5 milibaro, palyginti su 1000 Žemėje. Vidutinė paviršiaus temperatūra nukrenta iki –63°C, o pas mus – 14°C. Nuotraukoje parodyta Marso struktūra.
Jei Marso paros ilgis beveik identiškas Žemės (24 valandos ir 37 minutės), tai metai apima net 687 dienas. Marso gravitacija yra 62% mažesnė nei Žemėje, tai yra, 100 kg ten virsta 38 kg.
Šį skirtumą įtakoja masė, spindulys ir tankis. Nepaisant paviršiaus ploto panašumo, Marsas užima tik pusę Žemės skersmens, 15% tūrio ir 11% masyvumo. O kaip su Marso gravitacija?
Marso gravitacijos apskaičiavimas
Norėdami nustatyti Marso gravitaciją, mokslininkai naudojo Niutono teoriją: gravitacija yra proporcinga masei. Mes susiduriame su sferiniu kūnu, todėl gravitacija bus atvirkščiai proporcinga spindulio kvadratui. Žemiau yra Marso gravitacijos žemėlapis.
Proporcijos išreiškiamos formule g = m/r 2, kur g yra paviršiaus gravitacija (Žemės kartos = 9,8 m/s²), m yra masė (Žemės kartos = 5,976 10 24 kg), o r yra spindulys (daugkartiniai). Žemės = 6371 km) .
Marso masė yra 6,4171 x 10 23 kg, tai yra 0,107 karto didesnė nei mūsų. Vidutinis spindulys yra 3389,5 km = 0,532 Žemės. Matematiškai: 0,107/0,532² = 0,376.
Nežinome, kas atsitiks su žmogumi, jei jis bus paniręs į tokias sąlygas ilgam laikui. Tačiau mikrogravitacijos poveikio tyrimai rodo raumenų masės praradimą, kaulų tankį, organų pažeidimus ir regėjimo sumažėjimą.
Prieš eidami į planetą, turime išsamiai ištirti jos gravitaciją, kitaip kolonija bus pasmerkta mirčiai.
Jau yra projektų, kurie sprendžia šią problemą. Taigi „Mars-1“ kuria programas raumenims tobulinti. Buvimas ISS ilgiau nei 4–6 mėnesius rodo, kad raumenų masė sumažėja 15%.
Tačiau marsietis užtruks daug daugiau laiko pačiam skrydžiui, kur laivą atakuoja kosminiai spinduliai, ir buvimui planetoje, kur taip pat nėra apsauginio magnetinio sluoksnio. 2030-ųjų įgulos misijos Jis artėja, todėl šių problemų sprendimas turi būti prioritetas. Dabar jūs žinote, kaip gravitacija atrodo Marse.
