Солнце — это не просто яркий диск в небе и не батарейка для жизни на Земле, это гигантский космический двигатель, масса которого управляет орбитами планет, комет и всего, что вращается вокруг него.
Но как узнать, сколько весит звезда, до которой 150 миллионов километров? Положить на весы, очевидно, не выйдет.
И вот что удивительно: чтобы определить массу Солнца, человечеству не понадобились ни межзвёздные корабли, ни фантастические приборы. Только чистая физика, математика и очень внимательные наблюдения.
Метод №1: Небесные часы и закон всемирного тяготения
Ключ к разгадке лежит в движении планет. Еще в XVII веке астроном Иоганн Кеплер вывел свои знаменитые законы, описывающие, как планеты вращаются вокруг Солнца. Самым важным для нас является его Третий закон, который связывает период обращения планеты (время, за которое она делает полный оборот) с размером ее орбиты.
Позже Исаак Ньютон объединил наблюдения Кеплера со своим Законом всемирного тяготения. Этот закон гласит, что сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Именно эта комбинация — законы Кеплера и Ньютона — дала нам формулу для определения массы Солнца. Если мы знаем:
1. Расстояние от Земли до Солнца (радиус орбиты).
2. Период обращения Земли вокруг Солнца (один год).
Мы можем вычислить сумму масс Солнца и Земли. Поскольку масса Солнца примерно в 330 000 раз больше массы Земли, масса нашей планеты практически не влияет на результат, и мы получаем массу Солнца с очень высокой точностью.
Важно: этот метод позволяет найти произведение гравитационной постоянной на массу Солнца. Астрономы называют эту величину гравитационным параметром Солнца.
Метод №2: Взвешивание гравитации на Земле
Чтобы перевести полученный гравитационный параметр в привычные нам килограммы, нам нужно знать экспериментально измеренное значение самой гравитационной постоянной. Это фундаментальная константа, которая показывает, насколько сильна гравитация.
Измерить эту постоянную — это задача для земной лаборатории, а не для телескопа. Впервые это сделал английский ученый Генри Кавендиш в 1798 году с помощью своего знаменитого эксперимента с крутильными весами.
Суть эксперимента Кавендиша:
1. Он подвесил на тонкой нити легкое коромысло с двумя небольшими свинцовыми шарами на концах.
2. Рядом с ними он разместил два очень больших свинцовых шара.
3. Он измерил, насколько сильно большие шары притягивают маленькие, заставляя нить скручиваться.
Зная массы всех шаров и расстояние между ними, Кавендиш смог вычислить силу гравитационного притяжения и, как следствие, определить значение этой постоянной.
Финальный расчет: объединяем результаты
Как только ученые получили точное значение гравитационной постоянной в земной лаборатории, они смогли объединить его с гравитационным параметром Солнца, полученным из наблюдений за орбитой Земли.
Простое деление гравитационного параметра Солнца на гравитационную постоянную дало нам окончательную массу Солнца в килограммах.
Результат? Масса Солнца составляет примерно 1,989 × 10³⁰ кг.
Это невероятный пример того, как, используя всего лишь два фундаментальных закона физики и наблюдая за движением нашей собственной планеты, человечество смогло "взвесить" звезду в нашей системе. Это триумф науки, который доказывает, что Вселенная подчиняется строгим и познаваемым законам.
Понравилась статья? Подписывайтесь на канал, чтобы узнать больше о тайнах космоса и удивительных научных открытиях!