О. Деревенский - Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения

• Название: Бирюльки и фитюльки всемирного тяготения
• Автор: О. Деревенский
• Жанр: Физика

Помните, как в школе мы все замирали словно кролики перед удавом перед законом про "всемирное тяготение" всех масс в мире друг к другу. Нам рисовали на доске двухэтажную формулу, а вместо её доказательства рассказывали анекдот про яблоко, поразившее в темечко спящего автора, который проснулся от удара и тут же этот самый закон записал. Особо сомневающимся в факте взаимного тяготения масс предлагалось для доказательства спрыгнуть откуда-нибудь повыше и посмотреть, что будет.

Позже, в институте, доказательство этого закона тоже как-то проскакивали на большой скорости, без ненужных подробностей.

И, как оказалось, далеко не случайно. Поскольку массы друг другу вовсе не притягиваются. А с тяготением всё и гораздо сложнее, и куда интереснее.

Но об этом лучше почитать в самой статье.

---

На этой жизнеутверждающей ноте вернёмся к вращающимся приливным волнам. Вращательные уклонения отвесных линий, которыми эти волны обусловлены, представляют собой сумму «солнечных» и «лунных» уклонений. Причём «солнечные» и «лунные» уклонения порождаются совершенно разными причинами. К «лунным» уклонениям мы вернёмся в самом конце, после нескольких слов о том, как движется парочка Земля-Луна. А пока скажем о «солнечных» уклонениях.

Как уже говорилось выше, не вещество Земли порождает земную сферу тяготения. Правильнее сказать, что Земля всего лишь удерживается земной сферой тяготения в её центре, вблизи положения равновесия. Если земная сфера тяготения не двигалась бы с ускорением, то равновесное положение Земли было бы точно в её центре. Но ускорение-то у неё есть: из-за орбитального движения вокруг Солнца. Поэтому равновесное положение Земли оказывается сдвинуто из центра сферы тяготения – в направлении от Солнца. Получается то, что сторонникам всемирного тяготения в страшном сне не приснится: у Земли центр тяготения и центр масс не совпадают друг с другом! И ведь об этом кошмаре свидетельства имеются. Спутники-то притягиваются не к центру масс Земли, а к центру земного тяготения. Получается, что Земля должна быть сдвинута относительно клубка орбит спутников. Так и есть, судя по суточным эффектам, которые имеют место при работе спутниковой навигационной системы GPS, и которые до сих пор не нашли объяснения в рамках принятых моделей. По величине этих суточных эффектов можно даже сделать вывод о величине сдвига Земли от центра тяготения: сдвиг составляет около 1.6 метра. И тогда смотрите, что получается: везде на поверхности Земли векторы тяготения оказываются направлены не к центру Земли, а к точке, которая, по отношению к этому центру, находится ближе к Солнцу на 1.6 м. И, чтобы сохранять направления к этой точке в условиях суточного вращения Земли, векторы тяготения неизбежно должны совершать вращательные уклонения относительно местных участков твёрдой поверхности. Причём, максимальная угловая величина этих уклонений, равная отношению 1.6 м к радиусу Земли, при типичных размерах вращающихся приливных волн даёт вполне приемлемые максимальные высоты «солнечных» приливов.

«Но если всё это так, - скажет внимательный читатель, - то «солнечная» приливообразующая сила имеет суточный период, а приливы-то наблюдаются полусуточные!» Браво, внимательный читатель! Конечно, «солнечная» приливообразующая сила имеет период в солнечные сутки. Забегая вперёд, добавим, что и «лунная» приливообразующая сила имеет период в лунные сутки – они длятся примерно 24 часа 50 минут. Но зря Вы, внимательный читатель, полусуточными приливами козыряете – это, опять же, учебников по физике начитавшись, где написано, каковы приливы должны быть. А на самом-то деле, полусуточные приливы, которые должны быть главным типом приливов согласно закону всемирного тяготения, имеют место лишь в окраинных морях – прилегающих к материкам. В открытых же океанах, т.е. на гораздо большей площади, безраздельно властвуют суточные приливы, которые и являются настоящими главными. Потому что полусуточных приливообразующих сил просто нет – к прискорбию для закона всемирного тяготения. Но чем же тогда обусловлены те полусуточные приливы, которые всё-таки есть? Да совершенно очевидной причиной, которую, впрочем, сторонники всемирного тяготения будут отрицать до последнего вздоха. По-научному эта причина называется «резонансное возбуждение высших гармоник». А по-простому это вот что. У каждой колебательной системы есть собственная частота колебаний, или, как её ещё называют, резонансная. Подталкивая систему один раз за один цикл колебаний, можно увеличить их размах. Обычно таким, резонансным, образом и раскачивают качели. Но ведь качели можно раскачать, подталкивая их с частотой, которая в два раза меньше резонансной: делая толчки не на каждый цикл колебаний, а – через раз. Видите, внешнее воздействие с частотой такой-то возбуждает колебание с частотой, в два раза большей. А можно – и с частотой, в четыре раза большей! Так вот: вращающаяся приливная волна – это тоже колебательная система. Её собственная частота зависит, главным образом, от размеров занимаемого участка океана: от его характерной протяжённости и характерной глубины. Оказывается, что у многих окраинных морей эти характерные размеры таковы, что резонансные периоды вращения приливных волн в них близки к половине суток. И внешнее воздействие с суточным периодом возбуждает эти полусуточные вращающиеся волны! Более того: есть на Земле несколько небольших мелководных морей – например, Белое – где резонансный период вращения приливной волны близок к четверти суток. И в этих морях, действительно, происходят четвертьсуточные приливы!

Но даже подобные факты не смущают сторонников всемирного тяготения. Подумаешь, мол, какая мелочь – четвертьсуточные приливы! Да они могут вызываться чем угодно! Может, там рыбьи косяки кругами ходят с периодом в четверть суток. Вот и гонят четвертьсуточную волну! Ну, хорошо, пусть четвертьсуточные волны гоняют рыбьи косяки. Но ведь вопрос о том, каков период у главной компоненты приливных вариаций силы тяжести в том или ином наземном пункте – элементарно решается опытным путём. Закон всемирного тяготения утверждает, что эта главная компонента должна иметь полусуточный период. Спрашиваем бравых гравиметристов: на опыте это так? Ась? В ответ – тишина… Именно тишина: при идиотическом изобилии учебных и справочных пособий, где приведены теоретические кривульки приливных вариаций силы тяжести, попробуйте-ка отыскать публикации, где приведён их экспериментальный вид! А мы поглядим на ваши потуги, потому что сами уже прошли через это. Но, может быть, вам повезёт, и вы доберётесь до трудов А.Я.Орлова, который ещё в 1909 году (!) исследовал горизонтальные вариации силы тяжести и опубликовал надёжные экспериментальные данные. Мать-перемать! В них убийственно доминируют суточные компоненты! Закон всемирного тяготения опять отдыхает! Как это книги Орлова оказались изданы – загадка истории. Ведь сколько было безвестных исследователей, которые обнаружили доминирование суточных компонент и пытались опубликоваться. Таким говорили – мол, ты чё, ручки твои очумелые, против всемирного тяготения, что ли? И – привет! А мы потом экспериментальных кривых найти не можем!

Как говорится – тяжёлый случай. Опыт говорит: «Нет двух приливных горбов, да и быть не может!» А учёные мужи на это – цитаточку: «Опыт, батенька, это сын ошибок трудных!» - и опять за своё: «Есть приливные горбы, есть! Никаких сумнений!» Причём, мол, есть не только приливные горбы на окияне-море, но и приливные горбики на суше. Это у них называется «твёрдые приливы». Ну, действительно: если уж горбатиться, так горбатиться от души! Эх, чем бы взрослые дяди не тешились, лишь бы диссертации защищали… Только вот какая штука: в мире всё взаимосвязано. А учёные мужи делают вид, будто суточных вращательных уклонений отвесов не существует. Ясно, что без последствий это не останется: где-нибудь возьмёт да вылезет пренеприятнейшим образом. И ведь уже вылезло, да ещё как! Через то, что по-научному называется «периодическое движение полюсов Земли».

Эта история приключилась из-за того, что астрономы, определяя положения звёзд с помощью своих телескопов, имеют обыкновение использовать в качестве опорной линии местную вертикаль. Если местные вертикали «гуляют», а в расчёт это не принимается, то, конечно, будут «гулять» положения звёзд. Когда это обнаружилось – где-то во второй половине XIX века – теоретики призадумались: как бы это чудо разъяснить, да поизящнее. Главными периодами «гуляний» были, конечно, суточный и ещё два более длинных: годичный и так называемый чандлеровский, составлявший в среднем 428 дней. И, знаете, чего теоретики удумали? Ни за что не догадаетесь! Во-первых, про суточную болтанку звёзд устроить гробовую тишину (с тех пор здесь специалистами считаются те, кто знают про суточную болтанку, но помалкивают про неё). А, во-вторых, годичную и чандлеровскую компоненты, наоборот, раскрутить донельзя – но в том смысле, что это, мол, не звёзды колышатся, а сама Земля. Это был смелый шаг, опрокидывавший наивные представления о том, что географические полюса – северный и южный – всегда находятся там, где ось вращения Земли пересекает её поверхность. С тех пор стало так: ось вращения как смотрела на Полярную звезду, так и смотрит, но Земля, вращаясь, покачивается таким образом, что полюса перемещаются около оси вращения. Соответственно, изменяются координаты всех наземных пунктов! Чувствуете, как захватывающе получается?

Оставался пустячок: объяснить, с какой это радости Земля покачивается с теми двумя периодами – годичным и чандлеровским. Насчёт годичного периода думали недолго: мало ли сезонных перераспределений масс, которые могут перекосить планету! Тут вам и зимнее накопление снежного покрова в Сибири, и летнее отрастание травяной и лиственной биомассы… кажется, единственное, про что забыли – это сезонные миграции копытных и пернатых. Причём, интрижка здесь в том, что сроки накопления снегов и зелени меняются от года к году, а годичные изменения координат полюсов происходят-то по идеальным синусоидам! Но, как говорится, лучше хоть какое-то объяснение, чем никакого… К тому же, главные приключения оказались связаны с чандлеровской компонентой. Она-то, со средним периодом в 428 дней, откуда берётся? Навскидку, 428 дней – это средний период биений между колебаниями с двумя характерными лунными периодами: синодическим и апогей-перигейным месяцами. Но – ш-ш-ш! Луну сюда привлекать не надо! Надо справиться собственными земными силами!.. И – о, счастье! Вон же Эйлер получил, что твёрдое тело, если оно не сферическое, может вращаться, покачиваясь около оси вращения. Нутация, ёлы-палы! Это хорошо! Правда, по Эйлеру, период свободной нутации Земли равен всего-то 305 дням. Это плохо! Но ведь этот период можно подрастить, если считать Землю не твёрдой, а как бы резиновой! Это хорошо! Правда, тогда свободная нутация должна затухать, а она отчего-то не затухает. Это плохо! Намыкавшись вот так, из огня да в полымя, теоретики решили: забудем всё плохое, а оставим только хорошее. Ну, и оставили: чандлеровы покачивания – это свободная нутация твёрдой Земли, но с периодом, как у Земли резиновой. Ух, как геофизики-то обрадовались! Они тут же кинулись разрабатывать монструозные теории о том, насколько они резиновы, свойства Земли, и где же они скрываются. Снаружи-то Земля вроде как твёрденькая! Но, мол, под этой обманчивой внешностью скрывается хлябь, превосходящая всяческое разумение. Посудите сами: даже если приписать этой хляби сверхтекучесть, всё равно период покачиваний не дотягивает до фактического значения в 428 дней! Как же она великолепна в своей загадочности, наша родная планетка!