Приливные силы во Вселенной.
Click to viewПриливная волна на планете Миллер. Момент из фильма Интерстеллар.
В данном фильме этот фрагмент не точен. Если режиссёр фильма хотел показать, что вблизи чёрной дыры приливные волны столь колоссальны, то для образования таких волн необходимо было, чтобы глубина Океана на планете Миллера была бы не меньше нескольких километров. Кроме того, вблизи чёрной дыры, где время столь сильно замедляется, что час, проведённый на поверхности планеты Миллер для удалённого наблюдателя был бы равен семи годам, то это соответствовало нахождению этой планеты вблизи горизонта событий. Это бы неминуемо привело бы к разрыву планеты Миллер на множество фрагментов, и последующему неизбежному поглощению остатков чёрной дырой. (Ещё мнение https://www.liveinternet.ru/users/3073298/post344740709 )
Приливные силы возникают в телах, свободно движущихся в неоднородном гравитационном поле. Такие силы возникают в системе Земля - Луна, и проявляются в виде такого явления как приливы и отливы. Силы тяготения максимальны для частей тела, ближних к тяготеющей массе, и минимальны для дальних частей. При этом приливные силы проявляются в виде разности между силами, действующими на крайние точки и на центр тела.
Можно также наглядно представить физическую сущность приливных сил через третий закон Кеплера, также описывающий движение тел в неоднородном поле тяготения.
Этот закон гласит, что периоды обращения тела в центральном поле тяготения соотносятся, как кубы больших полуосей их орбит; таким образом, тело (или часть его) находящееся ближе к источнику силового поля, будет двигаться по своей орбите с более высокой скоростью, чем расположенное дальше. В системе Земля - Луна таким источником приливных сил можно представить движение Земли по орбите вокруг общего центра масс системы Земля - Луна. Часть Земли, расположенная ближе к этому центру масс, будет стремиться двигаться быстрее, чем расположенная дальше, формируя, таким образом, приливы, особенно хорошо заметные в гидросфере.
Ио - самый близкий к Юпитеру из его остальных спутников: Европы, Ганимеда и Каллисто, открыт в 1610 году Галилеем. На нем зафиксирована самая высокая вулканическая активность по сравнению с другими планетами Солнечной Системы. Эту повышенную тектоническую активность объясняют разогреванием ее недр от воздействия на них приливных сил, порождаемых гравитационным взаимодействием Юпитера, Европы, Ганимеда и собственно, самого Ио.
Европа - спутник Юпитера покрыта сетью трещин, разломов. Гравитационное воздействие со стороны Юпитера и других спутников приводит к тому, что под корой изо льда находится жидкий океан. Приливные силы высвобождают достаточное количество энергии, чтобы поддерживать океан в жидком состоянии. «Мы знали в течение долгого времени, что свежая ледяная поверхность Европы, которая покрыта трещинами и хребтами и которая изменяет рельеф, является внешней сигнатурой огромного внутреннего соленого океана, - говорит Майк Браун, профессор планетарной астрономии. - Области хаотической местности показывают сигнатуры крупных ледяных плит, которые были разбиты, изменили позиции и снова замерзли. Эти регионы представляют особенный интерес, поскольку вода из океанов ниже могла подняться на поверхность через трещины и оставить там отложения. Это могло бы много поведать об активности на границе твердого ядра и океана».
При исследовании самого крупного спутника Сатурна - Титана были обнаружены очень большие твёрдые приливы - до 10 метров. Если считать, что Титан полностью состоит из скальных пород, то высота таких приливов была бы равна метру (гравитационное притяжение Солнца и Луны также вызывает вспучивание земной коры в виде твердых приливов, высота которых составляет около 50 сантиметров). Поэтому, было сделано предположение о наличие подповерхностного океана на Титане. Мощное приливное действие Сатурна приводит к разогреву ядра и поддержанию достаточно высокой температуры для существования жидкой воды на глубине примерно 100 км под поверхностью спутника.
Жидкость в океане Титана отличается повышенной плотностью и экстремальной солёностью, и, видимо, представляет собой рассол, в состав которого входят соли, содержащие натрий, калий и серу. В разных районах Титана глубина океана варьирует - в одних местах вода промерзает, изнутри наращивая ледяную корку, покрывающую океан, и слой жидкости в этих местах практически не сообщается с поверхностью спутника. Сравнение снимков КА «Кассини» за 2005 и 2007 годы выявило, что детали ландшафта на Титане сместились почти на 30 км; так как спутник всегда повёрнут к Сатурну одной стороной, такой сдвиг может объясняться тем, что ледяная кора отделена от основной массы спутника глобальной жидкой прослойкой.
Сталкивающиеся галактики высвобождают колоссальное количество энергии и перемещают массы звёзд, газовые и пылевые облака. Галактики, как призраки, проходят сквозь друг друга, редко приводя к непосредственному столкновению звёзд ввиду очень низкой плотности. Если происходит столкновение карликовой галактики с более массивной, то она притягивает отдельные звёзды. В результате формируется своеобразный "коридор" с газовыми облаками, который служит материалом для нового звездообразования. Самая близкая к нам пара сталкивающихся звездных островов находится в созвездии Ворона на расстоянии 63 миллиона световых лет. Это пара - NGC 4038 и NGC 4039, но больше они известны астрономам и любителям астрономии как “Антенные” галактики. Такое название галактики заслужили потому, что тяготение вырвало из них длинные ленты, состоящие из газа и звезд и напоминающие по форме усики-антенны насекомых.
Силы тяготения как таковые не определяющие в этом случае. Более важно взаимодействие близко расположенных частей взаимодействующих галактик. При этом возникающие приливные силы деформируют галактики. При скорости сближения 200 километров в секунду системы чаще всего сливаются, при 600 километрах в секунду они проходят сквозь друг друга, как два привидения. А если сближение идет со скоростью до 1000 километров в секунду, галактики разлетаются в клочья.
Но более всего драматические события возникают при взаимодействии чёрных дыр с окружающими её в непосредственной близости звёздами. Это произошло в галактике RX J1242-1119A, в ее центре. Сверхмассивная центральная черная дыра (подобные объекта наблюдаются в очень многих спиральных галактиках) разорвала приливными силами пролетевшую слишком близко от нее звезду. Большая часть вещества звезды после этого была захвачена черной дырой, что вызвало яркую рентгеновскую вспышку. В рентгеновском диапазоне это явление наблюдалось орбитальными обсерваториями Chandra и XMM/Newton, для сравнения использовались архивные данные рентгеновской обсерватории ROSAT. Оптические наблюдения велись на телескопах обсерватории La Silva (ESO).
При падении в чёрную дыру, астронавту, который на это отважится, это путешествие будет в одну сторону. Одним из неприятных эффектов, которые испытывает на себе наш астронавт, приближаясь к дыре, будет воздействие приливных сил. Приливные силы возникают в результате разности гравитационного воздействия на различные точки одного и того же протяженного тела. Стоя на поверхности Земли (и даже не принимая во внимание влияния Солнца и Луны), мы подвергаемся воздействию приливных эффектов, вызываемых самой нашей планетой. Если человек стоит прямо, то его ноги оказываются ближе к центру Земли, чем голова, и, следовательно, испытывают большую силу гравитационного притяжения. Правда, эти эффекты чрезвычайно малы, так что мы не только не замечаем их, но и не можем измерить без специальных сверхчувствительных приборов.
Однако вблизи горизонта событий черной дыры дело обстоит иначе. Непрерывно возрастающие гравитационные силы должны были бы растянуть нашего несчастного астронавта и разорвать его на куски, прежде чем он приблизится к горизонту событий; когда астронавт-или то, что от него останется- пересечет сферу Шварцшильда, он продолжит падение к сингулярности, где и закончит свое существование. Единственное утешение в такой ситуации - это молниеносный конец. Падая со скоростью, близкой к скорости света, астронавт достигнет сингулярности через 10-4 с после пересечения горизонта событий.
На горизонте событий значительно более массивных черных дыр приливные силы существенно меньше. Непрерывно возрастающие гравитационные силы должны были бы растянуть нашего несчастного астронавта и разорвать его на куски, прежде чем он приблизится к горизонту событий; когда астронавт-или то, что от него останется- пересечет сферу Шварцшильда, он продолжит падение к сингулярности, где и закончит свое существование. Единственное утешение в такой ситуации - это молниеносный конец. Падая со скоростью, близкой к скорости света, астронавт достигнет сингулярности через 10-4 с после пересечения горизонта событий.
На горизонте событий значительно более массивных черных дыр приливные силы существенно меньше. Непрерывно возрастающие гравитационные силы должны были бы растянуть нашего несчастного астронавта и разорвать его на куски, прежде чем он приблизится к горизонту событий; когда астронавт-или то, что от него останется- пересечет сферу Шварцшильда, он продолжит падение к сингулярности, где и закончит свое существование. Единственное утешение в такой ситуации - это молниеносный конец. Падая со скоростью, близкой к скорости света, астронавт достигнет сингулярности через 10-4 с после пересечения горизонта событий.
На горизонте событий значительно более массивных черных дыр приливные силы существенно меньше. Фактически величина приливных сил вблизи горизонта событий обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры.
На горизонте событий черной дыры, в 100 млн. раз более массивной, чем Солнце, приливные эффекты окажутся не более заметны, чем те, которые мы испытываем на Земле под воздействием ее гравитационного поля; в такую дыру можно залететь, даже не заметив этого, хотя потом гибели в сингулярности уже не избежать.
