16 Билет. Солнечная система, законы Кеплера, парадоксы.

Солнечная система – это система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, кометы, метеоритные тела, космическая пыль), двигающихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца. Наблюдаемые размеры Солнечной системы определяются орбитой Плутона – около 40 а.е. (1 астрономическая единица = среднему расстоянию от Земли до Солнца = 149,6 млн. км.). Однако сфера, в пределах которой возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца, простирается почти до ближайших звезд.

Законы небесной механики (Законы Кеплера)

Первый закон Кеплера (Закон эллипсов)

Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Форма эллипса и степень его сходства с окружностью характеризуется отношением e=c/a, где c — расстояние от центра эллипса до его фокуса (половина межфокусного расстояния), a — большая полуось. Величина e называется эксцентриситетом эллипса. При c = 0 и e = 0 эллипс превращается в окружность.

Второй закон Кеплера (Закон площадей)

Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные времена радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, заметает сектора равной площади.

Применительно к нашей Солнечной системе, с этим законом связаны два понятия: перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты, и афелий — наиболее удалённая точка орбиты. Таким образом, из второго закона Кепплера следует, что планета движется вокруг Солнца неравномерно, имея в перигелии бо́льшую линейную скорость, чем в афелии.

Каждый год в начале января Земля, проходя через перигелий, движется быстрее, поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленнее, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.

Третий закон Кеплера (Гармонический закон)

Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет.

T1^2/T2^2 = a1^3/a2^3, где T₁ и T₂ — периоды обращения двух планет вокруг Солнца, а a₁ и a₂ — длины больших полуосей их орбит.

Ньютон установил, что гравитационное притяжение планеты определенной массы зависит только от расстояния до неё, а не от других свойств, таких, как состав или температура. Он показал также, что третий закон Кеплера не совсем точен — в действительности в него входит и масса планеты: T1^2(M+m1)/T2^2(M+m2)=a1^3/a2^3, где M – масса Солнца, а m₁ и m₂ – массы планет.

Поскольку движение и масса оказались связаны, эту комбинацию гармонического закона Кеплера и закона тяготения Ньютона используют для определения массы планет и спутников, если известны их орбиты и орбитальные периоды.

Парадоксы Солнечной Системы.

№1: если все небесные тела распределены правильно и закон Ньютона точный, то в любой точке Вселенной существует неограниченный гравитационный потенциал, и никаких сил не может существовать вообще. (Закон Ньютона неточен)

№2: Оптический: если во всем бесконечном пространстве звезды распределены равномерно, то в каждой точке неба мы должны видеть звезды.

№3: «Парадокс Тепловой Смерти»

Тепловая энергия может переходит только от более нагретого к менее нагретому телу => когда-то все процессы в природе рано или поздно уравновесятся и прекратятся – произойдет «тепловая смерть».

Солнечно-земные связи

Влияние Солнца на Землю многогранно и неоднозначно (обратное влияние Земли на Солнце ничтожно мало). Прежде всего Земля непрерывно получает от Солнца почти неизменный поток энергии, обеспечивающий наблюдаемый уровень освещённости и ср. темп-ру её поверхности. Кроме того, Земля подвергается комбиниров. воздействию излучений от нестационарных солнечных процессов (солнечных возмущений) - проявлений солнечной активности. Хотя не все звенья цепочки одинаково изучены, в общих чертах качественная картина. представляется ясной. В переносе энергии солнечных возмущений участвует вся среда между Солнцем и Землёй. Большую роль играет межпланетное магнитное. поле, которое регулирует потоки космических лучей галактического и солнечного (вспышечного) происхождения, а также определяет особенности взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли. Солнечные возмущения воздействуют гл. обр. на самые внеш. оболочки Земли - магнитосферу и ионосферу. Это воздействие не сводится только к изменению потоков энергии, поступающих к Земле в том или ином диапазоне. Оно является также спусковым механизмом, вызывающим перераспределение накопленной в оболочках Земли энергии. Перераспределение может происходить плавно либо скачкообразно (триггерный механизм).

Влияние Солнца на Землю наиболее отчётливо проявляется после вспышки на Солнце. Эл--магн. излучение вспышки в УФ- и рентгеновских. диапазонах вызывает дополнит. ионизацию верхних слоев ионосферы, что приводит к кратковременному. ухудшению (или даже полному прекращению) радиосвязи на освещённой стороне Земли (десятки минут). Ускоренные во вспышке частицы, вторгаясь в нижнюю. ионосферу и стратосферу полярных широт, вызывают длит. ухудшение КВ-радиосвязи (десятки часов) и способствуют опустошению озонного слоя (в отд. случаях до 10-20%, рис. 2). Потоки солнечных космических лучей от мощных вспышек представляют собой один из гл. источников радиационной. опасности для экипажей и оборудования космических. аппаратов. Кроме того, вспышка генерирует мощную ударную волну и выбрасывает в межпланетное пространство облако плазмы. Спустя 1,5-2 сут они достигают Земли и вызывают магн. бурю (см. Магнитные вариации ),усиление полярных сияний, возмущения ионосферы, понижение интенсивности галактич. космич. лучей и т. д. В результате флуктуации мощности солнечного ветра в магнитосфере и ионосфере генерируется широкий спектр эл--магн. волн с частотами 0,001-10,0 Гц, к-рые доходят до поверхности Земли. Во время магн. бурь интенсивность этого излучения возрастает в 10-100 раз (рис. 3). Магнитосферные и ионосферные вариации (см., напр., Земной магнетизм)влияют не только на средства магн. навигации и радиосвязи, но и на кабельную связь (телекс и телефон), работу линий электропередач, нефте- и газопроводов и т. п.

В климатологии и метеорологии получены доказательства статистич. связи между частотой засух и 22-летним солнечным циклом, изменением приземного давления и мощностью солнечного ветра, поведением др. метеопараметров и уровнем геомагн. возмущённости в целом (солнечно-тропосферные связи). Эти эффекты географически обусловлены (горы, граница суша - океан и т. п.) и связаны с распределением аномалий геомагн. поля, с областями неустойчивости атмосферы.

Статистически установлена циклич. связь между уровнем солнечной и геомагн. активности и ходом ряда процессов в биосфере Земли - динамикой популяций животных, эпидемий, эпизоотии и т. п. (солнечно-биосферные связи). Показано также, что колебания геомагн. поля могут вызывать ответную реакцию центральной нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и кроветворной систем человека, влиять на его общее состояние. Наиб. вероятной причиной такой реакции являются НЧ-колебания эл--магн. поля Земли.

Учение чижевского

Этим ученым было сделано много полезных открытий, которыми мы пользуемся и поныне. В 1915 г. Ч. впервые высказал идею о влиянии солнечной активности на земную жизнь и блестяще подтвердил её научными исследованиями. С 1959 г. Ч. разрабатывал вопрос о влиянии Солнца на физико-биологические свойства крови. В своих исследованиях широко применял математические методы. Работы Ч. указывают на его глубокий интерес к астрологии, которая питала идеями научные изыскания Ч. После репрессии А.Л. Чижевского почти 50 лет проблема аэроионификации в нашей стране фактически не исследовалась. Проблема аэроионификации глобальна и является одним из величайших открытий 20-го столетия. Аэроионизаторы Чижевского должны войти в нашу жизнь, как водопровод и электрическое освещение. Основное применение ионизаторов - создание в помещениях оптимальной концентрации отрицательно заряженных аэроионов, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности. Лишенный аэроионов воздух - "мертвый", ухудшает здоровье и ведет к заболеваниям. Это подтверждается многочисленными опытами А. Л. Чижевского и других ученых. Всякий дом, всякое закрытое помещение можно рассматривать как камеру с профильтрованным воздухом, в котором отсутствуют в необходимом количестве отрицательные аэроионы кислорода. Проводя большую часть жизни в закрытых помещениях, человек тем самым лишает себя аэроионов наружного воздуха. Любая болезнь начинается с нарушения обмена веществ в клетках организма, проявлением чего является уменьшение их отрицательного заряда, и это меняет коллоидное состояние клеток, выделению в кровоток их содержимого и внутрисосудистому свертыванию крови. Отрицательный заряд клеток можно восстановить медикаментозными средствами (гепарин) и путем вдыхания воздуха, с избытком отрицательных аэроионов кислорода. Эти аэроионы, поступая в легкие, проникают в кровь и разносятся по всему организму, восстанавливая отрицательный заряд клеток, стимулируя обмен веществ и оказывая антитромботическое действие. Более устойчивые и длительные лечебные результаты аэроионотерапия дает в комбинации с другими методами лечения - с медикаментозной терапией (гипертоническая болезнь, бронхиальная астма), с УВЧ-терапией (вазомоторные риниты), с внутримышечной инъекцией крови, облученной ультрафиолетовыми или ионизирующими лучами (озена). Клинические наблюдения показали, что люстра Чижевского излечивает многие заболевания. Массовое применение ионизаторов было проведено А.Л. Чижевским совместно с врачами Карагандинской областной клинической больницы в 1950-1957 годах.  В центре аэроионотерапии, организованном в г. Саранске В. П. Скипетровым, люстрами Чижевского эффективно лечат болезни сердца, легких, кожные заболевания, аллергию, бессонницу, ночное недержание мочи. Аэроионотерапия оказывает положительное действие при лечении ангины, варикозного расширения вен, геморроя, насморка, пиодермии, ревмокардита, тромбоза, фарингита, язвенной болезни. Ни одного случая ухудшения здоровья людей, при воздействии аэроионов не наблюдалось.