Введение.

Закон всемирного тяготения универсален, но не всеобъемлющ.

Не вся небесная влага проливается дождём,
облака не падают на землю оттого, что на облачные капли
не действует сила тяжести.

Критическая масса частицы обратно пропорциональна напряжённости гравитационного поля.

Кольца планет образуются из частиц с критической массой, поступающих от их спутников.

Критическую массу частицы для каждой планеты и спутника можно рассчитать, зная их массы и расстояния до Солнца.

Облака планет могут состоять не только из воды, льда и снега, но и из серной кислоты, песка, замёрзших аммиака и метана.

Чем больше спутников у планет и чем меньше их размеры, тем больше колец и крупнее входящие в них частицы.

Солнечная система окружена облаком из комет, масса которых является критической относительно Солнца.

Критические массы и размеры частиц, находящихся вблизи планет и их спутников.

Введение.

Но есть явления и объекты, повинующиеся иным законам, отличным от законов ньютоновской механики. К ним относятся небольшие частицы и тела, заполняющие межпланетное и межзвездное пространства. Часть из них движется под влиянием притяжения спутников, планет и звезд. Другая часть, обладающая некоей критической массой, игнорирует гравитационное воздействие крупных небесных тел. Так, облака, состоящие из мельчайших водяных частиц, проливаются дождем лишь тогда, когда капли достигнут определенной массы, большей критической, на которую начинает действовать сила земного притяжения. Кольца планет образуются из притягиваемых частиц с критической массой, которые выбрасывают в космическое пространство их спутники. Кометы, поражающие наше воображение, прилетают с далеких окраин солнечной системы, где они скапливаются как тела с критической массой, характерной для Солнца. Разнообразно сообщество частиц и тел с критическими массами, велика их роль во Вселенной. Вместе с телами, подчиняющимися закону всемирного тяготения, они делают окружающий нас мир богатым событиями и явлениями.

Закон всемирного тяготения универсален, но не всеобъемлющ.

Гравитационные поля, которые создают вокруг себя Солнце, планеты и их спутники. Со времени открытия закона всемирного тяготения прошло более трех столетий. Но и сегодня нам так же, как и Ньютону, неведомы ни физическая суть этого явления, ни механизм его действия. Предполагается, что по аналогии с электромагнитным излучением физические тела окружены гравитационными полями. Но мы не знаем строения этих полей, мы знаем только, что состоят они из гравитонов, которые еще не открыты. Нам неизвестен закон, в соответствии с которым взаимодействующие гравитационные поля Солнца, планет и их спутников выстраивают частицы по размеру в солнечной системе. Но есть его величество опыт землян, наблюдающих за поведением аэрозольных частиц и водяных капель в атмосфере нашей планеты. Из опыта следует, что почти все частицы, находящиеся в атмосфере, неукоснительно подчиняются закону тяготения. Сколько бы времени ни находилась легкая частиц в воздухе, сколько бы раз ни поднимали ее ветер и воздушные потоки, в конце концов, она опустится на землю. Существует уравнение, согласно которому можно рассчитать скорость падения частицы любой массы в зависимости от сопротивления воздуха (уравнение Стокса). Под действием силы тяжести частицы приобретают постоянную скорость падения, когда сопротивление воздуха уравновешивается силой тяготения и противоположно направленной выталкивающей силой Архимеда. С постоянной скоростью падают и дождевые капли. Мелкие капли падают с маленькой скоростью, крупные со значительно большими скоростями. Так, капля с радиусом 50 мкм (микрометров) падает со скоростью 30 см/сек, капля с радиусом 3 мм падает со скоростью 10 м/сек, т. е. в 30 раз быстрее. Мелкий дождь, который называют моросью, падает медленно, постепенно оседая на землю. Крупные капли стремительно несутся к земле, при этом они сплющиваются, пульсируют и разбиваются на множество мелких капель, которые замедляют свой бег.

Не вся небесная влага проливается дождём,
облака не падают на землю оттого, что на облачные капли
не действует сила тяжести.

Каждый из нас наблюдал за прихотливым поведением облаков. Они могут соединяться, а через некоторое время рассеиваться. Гонимые ветром, они могут мчаться большой скоростью, а в безветренные дни часами стоять на одном месте, не делая ни малейшей попытки упасть на землю. И только из сгустившихся, потемневших облаков на землю падают капли дождя. Оказывается, существует большая разница в размерах облачных и дождевых капель.

Облака состоят из капель радиусом от 4 до 25-30 мкм. Средний радиус дождевых капель значительно больше: от 100 до 500 мкм. Облачные капли очень трудно растут, если их размеры меньше 10 мкм. Но если они дорастают до 30-40 мкм, то, начав падение и слившись с другими каплями, они непременно прольются дождем. Стало быть, радиус капель 30-40 мкм можно считать критическим. На капли меньших размеров сила тяжести не действует. Это, несомненно, крамольный вывод. Автора можно упрекнуть в научном невежестве, покушении на фундаментальные законы природы и во многих других грехах. Оппоненты обычно приводят следующий контраргумент: облака не падают на землю оттого, что их поддерживают восходящие воздушные потоки. Но исследователям известно, что облака пронизывают как восходящие, так и нисходящие воздушные потоки, и они неизбежно должны разрушаться и падать, находясь в столь неустойчивом состоянии. Многотонные облака не падают оттого, что составляющие их облачные капли находятся в состоянии невесомости. Дотошный оппонент скажет, что умозрительные заключения нельзя положить в основу фундаментального закона. Нужны прямые доказательства невесомости облачных капель. Англичане говорят: доказательство существования пудинга состоит в том, что его съедают. Чтобы убедиться в невесомости облачной капли, попробуем взвесить ее на весах. Но прежде, чем взвесить этот микроскопический шарик, рассчитаем его массу, исходя из геометрических размеров. Масса облачной капли с радиусом 30-40 мкм равна (возьмем среднее значение)0,0000002 г (2х10^-7 г), это очень маленькая масса.

Дождевая капля намного тяжелее: ее масса в 10-100 раз больше: от 0,000001 до 0,00001 г. Предположим, что каким-то образом нам удалось положить облачную каплю на чашу самых точных в мире весов. И что же? Выполнить операцию взвешивания облачной капли нам не удастся: весы не почувствуют ее веса. Причина неудачи заключается в том, что чувствительность любых весов: аналитических, торсионных, электронных, - не превышает 10^-6 г, т. е. весы могут взвесить только дождевую каплю, а масса облачной капли находится за пределами чувствительности весов. А ведь весы работают на принципе действия силы тяжести. Это означает, что сила тяжести не действует на облачную каплю.

Таким образом, массу облачной капли с радиусом от 30 до 40 мкм, равную в среднем 2х10^-7 г, следует считать критической для земных условий. У читателя возникает закономерный вопрос: действует ли сила тяжести на молекулы воздуха и водяного пара, масса которых несоизмеримо меньше массы облачной капли? Сила тяжести действует на газ и пар как на физические тела, которые включают в себя эти молекулы. В верхних, сильно разреженных слоях атмосферы присутствуют несвязанные между собой молекулы различных газов и водяного пара. Вот на них сила тяжести не действует, и они беспрепятственно уходят в космическое пространство. Так планета теряет свою атмосферу.

Критическая масса частицы обратно пропорциональна напряжённости гравитационного поля.

В этом уравнении R - расстояние частицы, находящейся около планеты или спутника, до Солнца, M - масса планеты или спутника, L -коэффициент пропорциональности, постоянная величина.

Уравнение для расчета критической массы частицы очень похоже на перевернутый закон всемирного тяготения. И в этом нет нечего удивительного, так как оно описывает поведение тел, не взаимодействующих с гравитационными полями.

Кольца планет образуются из частиц с критической массой, поступающих от их спутников.

Теперь посмотрим, как будет вести себя частица, если ее масса больше, меньше или равна критической. Если масса частицы больше критической, то она обязательно опустится на поверхность планеты или спутника со скоростью, предписанной ей уравнением Стокса. Если масса частицы меньше критической, то, оказавшись в верхних слоях атмосферы, она с некоторой скоростью (но вовсе не с космической) улетит в межпланетное пространство. Если же масса частицы равна критической, то движение ее к поверхности планеты (спутника) или в межпланетное пространство равновероятно.

Атмосферы Земли и других планет заполнены огромным количеством аэрозольных частиц. Миллионы тонн пыли выбрасываются в атмосферу при извержениях вулканов. Попав в верхние слои атмосферы, мелкие частицы с массой, близкой к критической, могут циркулировать там многими годами. Часть из них оседает на поверхность, другая - выносится космическое пространство. Источниками выброса частиц в атмосферу являются также крупные метеориты. При ударе о поверхность планеты (спутника) колоссальная кинетическая энергия метеорита частично переходит в тепловую, частично отдается образующимся при ударе мелким осколкам. Последние приобретают большую скорость и могут выйти за пределы атмосферы, если их массы близки или меньше критической.

Критическую массу частицы для каждой планеты и спутника можно рассчитать, зная их массы и расстояния до Солнца.

Для того чтобы рассчитать критические массы частиц вблизи планет солнечной системы, нужно знать постоянную L в уравнении. Для этого подставим в уравнение уже известную критическую массу частицы для земных условий m=2х10^-7 г, массу Земли М=5, 976х10²⁷ г и расстояние от Земли до Солнца R=1, 496х10¹³ см. Вычисленная постоянная L=5, 35х10⁶ г²/см² .

Облака планет могут состоять не только из воды, льда и снега, но и из серной кислоты, песка, замёрзших аммиака и метана.

Размеры капель и аэрозольных частиц в атмосферах планет зависят от высоты их расположения: в верхних слоях доминируют субмикронные частицы, предназначенные для выброса в космос, ближе к поверхности возрастает количество крупных частиц, постепенно оседающих на поверхность. Это хорошо иллюстрируют наблюдения атмосферы Венеры. По данным наземных наблюдений, выше 60 км от поверхности преобладают субмикронные частицы, ниже их количество уменьшается, появляются частицы с радиусами 1-2 мкм. Это подтверждают исследования, проведенные со спускаемых автоматических станций. Американская межпланетная станция зафиксировала в кислотных облаках капли с радиусом от 4 до 18 мкм. Эти цифры близки к рассчитанным величинам. Атмосфера Марса содержит ничтожное количество воды. Поэтому в спокойной атмосфере Марса в небе плывут облака из песчинок со средним радиусом в несколько микрометров (по данным американской станции "Маринер"). Но спокойствие не свойственно марсианской атмосфере. Периодически на Марсе возникают глобальные пылевые бури, поднимающие с поверхности огромное количество песка на высоту до 30 км. Бури бушуют продолжительное время, и астрономы успевают оценить размеры песчинок, летающих в атмосфере Марса. Во время пылевой бури 1971 года астрономы определили радиус песчинок: до 40 мкм, верхний предел -100 мкм. Вот такие крупные песчинки удерживаются в сильно разреженной марсианской атмосфере в течение нескольких месяцев! Конечно, здесь сказывается небольшая сила тяжести, но основной причиной невесомости крупных песчинок следует считать большую критическую массу частицы для Марса. Марс находится уже далеко от Солнца и имеет небольшую массу. Из наших расчетов получается, что радиус песчинки, соответствующий критической массе, равен 63 мкм. Эта величина близка к наблюдаемой.

Чем больше спутников у планет и чем меньше их размеры, тем больше колец и крупнее входящие в них частицы.

Гигант Юпитер вращается вокруг Солнца в окружении массивных спутников - Ио, Европы, Ганимеда, Каллисто. Согласно нашим расчетам, вулканы Ио могут выбрасывать в космос частицы радиусом до 0,5 мм.

Чем больше спутников у планеты и чем меньше их массы, тем больше частиц скапливается вблизи планеты и больше их размеры. Сатурн дает блестящее подтверждение этой закономерности. Ни одна планета солнечной системы не имеет такой огромной свиты спутников и великолепных колец. Как следует из расчетов, с поверхностей сравнительно небольших спутников Сатурна в окружающее пространство уходят довольно крупные частицы с радиусом от 0,5 мм до 1,5 см. Собираясь на различных орбитах вокруг Сатурна, частицы сталкиваются и образуют глыбы больших размеров. Частицы, летящие от спутников и попадающие в сферу притяжения Сатурна, как правило, состоят изо льда и рыхлого снега и поэтому легко слипаются при столкновениях на орбитах. По наблюдениям с "Вояджера-2", в кольцах Сатурна обнаружены и частицы с радиусами от 1 до 10 мм и глыбы до 20 м.

Вокруг самой далекой планеты, Плутона, вращается один спутник-Харон. Теория предсказывает наличие кольца, а точнее оболочки вблизи Плутона, но оболочки общей, которая окружает и планету, и спутник. Из наших расчетов следует: критические массы частиц около Плутона и Харона близки друг к другу или, как говорят, одного порядка. И Плутон, и Харон выбрасывают в межпланетное пространство частицы с максимальными радиусами 3,5 и 8 мм соответственно. Это значит, что оба небесных тела постоянно окружены пылевой оболочкой, состоящей из крупных частиц замерзшего аммиака.

Солнечная система окружена облаком из комет, масса которых является критической относительно Солнца.

Читатель, наверное, догадался, что частицы с критическими массами заполняют не только солнечную систему, но и межзвездное пространство. Наша Галактика имеет центральное ядро из звезд, вокруг которого вращаются звезды со своими планетными системами. Галактика повторяет, конечно, в большем масштабе, солнечную систему: роль планет выполняют звезды. В таком случае из уравнения можно вычислить критическую массу частиц, расположенных возле Солнца. Разумеется, масштабы становятся галактическими, а частицы приобретают размеры увесистых глыб. При расчетах допускаем, что постоянная L в уравнении остается той же и для Галактики. Трудно предположить, что она должна изменяться при переходе от одной системы координат к другой. Природа дарит нам разнообразие форм движения, но скупа на законы, управляющие движением. Законы природы единообразны и содержат минимальное число постоянных, входящих в физические уравнения. Поэтому подставим в уравнение L=5, 35х10⁶ г²/см² . От центра Галактики Солнце находится на расстоянии R=3х10²² см. Это очень большое расстояние, измеряемое десятками тысяч световых лет (световой год равен приблизительно десяти триллионам километров).

Масса Солнца известна: M=1, 989x10³³ г. Это тоже огромная величина. Рассчитанная из уравнения критическая масса равна 3х10⁶ г (3 тонны). Такие глыбы должны находиться около Солнца в состоянии неустойчивого равновесия: они могут подойти к светилу, но могут и покинуть его, уйдя в межзвездное пространство. Эти блуждающие в солнечной системе странницы давно известны астрономам - это кометы. Они возникли как побочный продукт при формировании планет из газовой оболочки, окружавшей Солнце 4 миллиарда лет назад.

Критические массы и размеры частиц, находящихся вблизи планет и их спутников.

Таблица № 1.