Есть мнение, что любой брошенный со скоростью ниже второй космической предмет просто упадёт на землю. Исключение составляют спутники, – их злостное поведение вне компетенции физики. Это мнение было одним из многих, высказанных в комментариях к статье о событиях, в результате которых земная ось приобрела наклон. Но…
...Возможно, всё-таки, стоит рассказать об образовании лун из обломочных колец.
Любой брошенный со скоростью ниже второй космической предмет, удалившись на некоторое расстояние, действительно начнёт падать. И упадёт точно в точку старта, если горизонтальная составляющая скорости окажется строго равна нулю. Но последнее невозможно, ни в теории, ни на практике. Ведь сама Земля движется вокруг Солнца. Брошенный камень, конечно, унаследует её скорость… Однако, Земля движется не по прямой. Она находится под воздействием гравитации Солнца, убывающей с квадратом радиуса, а поскольку расстояние от Солнца до камня другое…
Другое оно по определению. Ведь сила притяжения к Солнцу приложена к центру тяжести Земли. Камень же не может быть ближе 6400 километров к этой точке.
Проще говоря, любой брошенный со скоростью в диапазоне от первой до второй космической камень, падая назад, Землю на прежнем месте не обнаружит и начнёт двигаться вокруг неё по в разной степени вытянутому эллипсу. К эллипсу мы ещё вернёмся, но не понять тут, мне кажется, проще всего сам «камень». А вообще, реально – без использования многоступенчатой ракеты – что-то выкинуть с Земли со скоростью под вторую космическую и даже, как говорят, выше? Вот бы такую технологию, да в мирных целях, да космонавтике…
Между тем, да. На Земле находят фрагменты коры Луны и Марса, выброшенные импактами со скоростью выше второй космической (правда, для указанных тел). Следовательно, так можно, но… на Земле же ещё и атмосфера.
Технология запуска камней с поверхности планеты в свободный полёт, – может, и по Галактике, – проста. Но в мирных целях её использовать нельзя. Крупный импакт, это когда астероид уничтоживший динозавров, – 10 километров всего, – мелкий. Об атмосфере и речи нет, как нет уже над выдавливаемым раскалёнными газами, образовавшимися при испарении снаряда, кратером, и самой атмосферы. Но ударная волна расходится в полную сферу, и потоки газов устремившиеся в верхнюю её часть ещё и ускоряются, расширяясь в пустоту. Именно их давление постепенно разгоняет осколки астероида и коры планеты. Если бы весь импульс обломок приобрёл одномоментно, он сам превратился бы в пар, однако, именно этого не происходит.
...Разумеется, в случае планеты массой с Землю почти весь выброшенный в форме осколков материал будет иметь скорость ниже первой космической и упадёт назад. Но это – в форме твёрдых осколков. Основная же временно теряемая планетой масса разлетается в газообразном и плазменном агрегатных состояниях. По этой причине в публикациях канала часто упоминается «просушка» планет на этапе формирования. При ионизации вещества соединения разлагаются и входивший в них водород, например, на планету земной массы уже не вернётся. Впрочем, и не разложившаяся вода не «замёрзнет» и в форме отдельных молекул будет вытеснена из протопланетного кольца солнечным ветром… Но не суть. Испарившиеся кремнезём и железо в пыль превращаются, и «обломочный» диск будет состоять не собственно из «обломков», а на 99% из быстро сбивающейся в комья пыли.
Следующий вопрос: почему «диск», если и отдельные атомы, и целые горы, становятся на хаотично расположенные вытянутые орбиты? Принцип здесь тот же, что и при образовании остаточного диска звезды. Частицы взаимодействуют между собой, обмениваются импульсом, и «стремятся» к занятию орбит с минимальными потерями, – круговых, расположенных в одной плоскости. После этого «трение» падает почти до нуля, ибо все частицы движутся параллельно. В диске вещество застревает надолго, и уже сам он превращается в препятствие на пути новых, выбрасываемых при импактах частиц.
Второй важный момент: формируется обломочный диск не только из импактных материалов. Для протопланет размером с Землю можно даже сказать, что «не столько». Для юпитеров же на высоких стадиях готовности о каких-то материалах прилетающих «снизу» вообще смешно говорить, – хотя бы ввиду отсутствия у газовых планет твёрдой поверхности. Чем крупнее планета, тем в больше мере диск пополняется материалами поступающими извне. Это обломки захваченных и закрученных в гравитационной яме растущего тела планетезималей, разрушающихся во взаимных столкновениях, – и приливными силами планеты тоже. Но в ещё большей мере это просто мелкий мусор и пыль из протопланетного кольца. Диск работает как фильтр, улавливая то, что пролетело бы мимо. Пытающиеся его пересечь частицы сталкиваются и тормозятся, так как часть энергии переходит в излучение.
И, кстати, об излучении. Кому-то из читателей в истории с Протоураном, – на финальной стадии формирования пережившим не частичное, как Земля, а полное испарение, после чего сжимающееся облако газов закрутилось уже не по нормальной для планет перпендикулярной плоскости эклиптики оси, а рандомным образом, – куда делся прежний момент вращения. Вроде же, облако должно было его унаследовать?
Облако не считало, что кому-то что-то должно. Скорость частиц в составе вращающегося вокруг собственной оси космического тела пренебрежимо мала с их скоростями после испарения. Облако под воздействием окружающих масс и случайных факторов выкроило себе из хаоса новый импульс. Тем более, что старый был в значительной мере унесён излучением и разлетающимся по всей системе водородом.
Так, за счёт массы излучения, был растрачен момент вращения Солнца. За счёт эффекта Пойтинга-Робертсона, - то есть, не самым очевидным образом. Солнечный свет тормозит пылинки и молекулы в окрестностях звезды, но таким же образом торможению подвержены и внешние её слои, сквозь которые проходит излучение внутренних.
...И, по традиции, небольшая подборка высказываний участников на тему физики: