Несмотря на то, что вопрос кажется простым, на самом деле его задают довольно часто. Более того, сценарий падения Луны обыгрывается в разных фантастических произведениях и фильмах. Есть даже идеи, что это полноценный космический корабль со своими двигателями, которые, в общем-то, и не дают объекту упасть. Луна не удерживается на орбите, а летает по ней.
Давайте рассмотрим физику существования той системы, которую мы наблюдаем в реальности и изучим её особенности. Это полезно для тех, кто только-только начинает изучать физику.
Собственно, тут нужно исходить из простой механики. Луна не падает к Земле по спирали, потому что ее движение определяется балансом между ее инерцией (ее склонностью двигаться по прямой линии) и гравитационным притяжением, оказываемым Землей. Это образует стабильную орбиту, на которой Луна постоянно падает к Земле, но из-за своей скорости движения сохраняет орбиту. Также работают и искусственные спутники. Это постоянное падение по касательной и в общем-то, можно сказать, что Луна постоянно падает.
Почему мы сказали по спирали? Причина довольно очевидна. Сколько не общался с теми, кто с трудом может описать физику процесса движения спутника по орбите, все почему-то легко представляли процесс падения объекта на Землю. Никто не сказал, что падение будет по прямой линии. Оно и понятно - ведь это движущееся тело.
Можно расписать процесс с позиции теории относительности. Мы помним, что основное нововведение теории - это описание гравитации как искажения пространства. Для простоты структуру пространства-времени рисуют как некоторую сетку. Как будто бы делят пустоту на сектора равного размера. Эти линии условные и в некоторой мере могут изображать математическое описание пространства. Все происходящие процессы описываются посредством этих линий.
Орбиту Луны можно понимать как траекторию в искривленном пространстве-времени, которая определяется взаимодействием массы и энергии между Землей и Луной.
Гравитационное влияние Земли искажает пространство-время вокруг нее, и Луна следует траектории внутри этого искривленного пространства-времени.
Эти пути стабильны и повторяются, образуя эллиптическую орбиту. Спираль предполагает путь внутрь к Земле, но скорость Луны и структура пространства-времени вокруг Земли препятствуют этому. Луна постоянно притягивается к Земле под действием силы тяжести, но кривизна пространства-времени направляет ее путь по почти круговой или эллиптической орбите, а не по спирали.
Но на самом деле это тот случай, когда вполне достаточно использовать классическую физику, которая была упомянута в самом начале. Другое дело, что если задать тут вопрос "почему", то это роднит ситуацию с попыткой описать природу гравитации и к мыслям Эйнштейна всё равно придётся вернуться.
Если мы хотим понять это с точки зрения механического баланса между силами, мы используем центростремительную силу (которая притягивает Луну к Земле) и орбитальную скорость Луны. Баланс этих сил удерживает Луну на стабильной орбите. Если бы Луна потеряла скорость, она бы пошла по спирали внутрь, но, поскольку она продолжает движение вперед, она остается на орбите.
Это очень упрощенное описание, поскольку очевидно, что существует бесконечное количество переменных, которые необходимо учитывать для обеспечения полной точности в любой момент, что невозможно.
С другой стороны, это куда более очевидная ситуация, чем легендарная задача трёх тел. Она ведь тоже начиналась с размышлений о поведении космических объектов и возможности точно описать их движение. Но там всё хуже - если между двумя телами систематика просчитывается, то третье тело вносит фактор неопределенности и поскольку вся система будет взаимосвязана, задача становится сложной. В нашем же случае у нас есть Земля и Луна. Если исключить прочие факторы, то знаний более чем достаточно.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать ТОЛЬКО подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!