Барицентрическое движение солнца и его следствия для солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Барицентрическое движение солнца и его следствия для солнечной системы

А.И. Хлыстов,

В.П. Долгачёв,

Л.М. Доможилова



1. У истоков учения космизма

«Сотис великая блистает на небе, и Нил выходит из берегов своих». Так переводится иероглифическая надпись, сделанная на стене одного из храмов в Дендере (современный Египет), более 5000 лет назад. В этой короткой поэтической строке содержится формулировка важнейшего открытия, сделанного древнеегипетскими жрецами-астрономами в результате длительных кропотливых наблюдений звездного неба. Чтобы по достоинству оценить значение этого открытия для древних жителей долины Нила, нужно вернуться в прошлое примерно на восемь тысяч лет назад, когда значительная часть Европы все еще была покрыта ледником, а до рождения мифической волчицы, вскормившей своим молоком Ромула и Рема, оставалось еще более пяти тысяч лет. В те далёкие времена на болотистую равнину в дельте Нила пришли охотничьи племена и стали возделывать благодатную илистую почву. Жизнь земледельцев полностью зависела от своенравного поведения Нила: в июне он выходил из берегов и с июля по ноябрь его воды заливали значительные площади. Как только неспокойная река входила в берега, египтяне начинали сеять, а через четыре месяца собирали урожай. С марта начинался четырехмесячный период безводья и засухи, когда со стороны Сахары постоянно дул горячий ветер, приносивший с собой тучи раскаленного песка и превращавший страну в пустыню. Египетские жрецы, сопоставляя на протяжении длительного периода времени вид предутреннего звездного неба с днями наступления разливов Нила установили, что они наступают через несколько дней после первого утреннего (то есть, непосредственно перед восходом Солнца) появления самой яркой звезды неба, называемой ими Сотис (или Сопт, современный Сириус). барицентрический солнце лунный гелиоцентризм

Вполне естественно, жрецы стали считать эту звезду причиной наводнений. Её даже называли Изида-Сотис (слеза Изиды), поскольку египтяне верили, что в это время богиня плодородия Изида плачет, и ее слезы переполняют реки, вызывая их разлив.

Рис. 1. Астрономические наблюдения в древности

Сейчас, с высоты современных знаний, вооружённые разнообразными сложными приборами, мы можем уверенно говорить, что в задаче предсказания моментов разлива Нила Сириус выступал в роли своеобразных космических часов и не мог быть причиной наводнений. Но в те далёкие времена, когда люди получали новые знания об окружающем мире только лишь на основании своих непосредственных впечатлений, ощущений и наблюдений невооружённым глазом, обнаруженная связь двух событий объяснялась как непосредственное воздействие Сириуса на воды Нила.

Благодаря дошедшим до нас письменным источникам, мы знаем, что в Вавилоне около 700 лет до н. э. был составлен учебник по астрономии («Муль апин»), в котором содержались списки звезд северной, экваториальной и южной частей неба и что особенно важно - в этом учебнике были представлены так называемые гелиакичные восходы некоторых звезд, то есть, первый восход звезды утром перед восходом Солнца. Среди этих звёзд была и звезда Сопт. Следовательно, в течение нескольких тысяч лет древние астрономы изучали связь важнейших событий на Земле с «космическими часами» и, несомненно, могли обнаружить немало фактов, подобных разливам Нила. Эти открытия помогали прогнозировать стихийные бедствия, ориентироваться в пустыне и открытом море, предсказывать и устанавливать сроки тех или иных хозяйственных работ в древнем Египте и Вавилоне, Индии и Китае. Несомненно, этими знаниями пользовались и другие народы, заселявшие Землю тысячи лет назад и память о которых не сохранилась до нашего времени.

2. Лунные влияния

Особое место в системе астрономических знаний древних народов занимала Луна - ближайшее к земле небесное тело. Луна хорошо видна на небе не только ночью, но даже и днём и поэтому неудивительно, что люди издревле почитали её наряду с Солнцем и связывали с ней самые разные события своей жизни. Одни из самых ранних сведений о влиянии Луны на человека восходят ко временам известных мыслителей, астрономов и врачей древности таких, как Аристотель, Плутарх, Гиппократ, Плиний Старший, Птолемей и др. Разнообразные указания о таких влияниях содержатся во всех священных текстах - Талмуде, Библии, Коране, а также в древнейших китайских и тибетских трактатах. У всех без исключения народов мира в их преданиях, верованиях, обрядах, сказаниях, мифах содержатся накопленные веками наблюдения о связи с фазами Луны физического и психического здоровья человека, приводятся лунные календари для очерёдности проведения сельскохозяйственных работ и даются достаточно сложные "правила" предсказания погоды по Луне. Однако в силу противоречивости приводимых в различных источниках фактов и полного отсутствия сколько-нибудь приемлемого объяснения причин найденных связей, проблема влияния Луны на земные процессы долгое время оставалась за рамками подлинного научного анализа. В настоящее время, в основном благодаря основополагающим работам Дж. Дарвина [Darwin, 1879; 1880], достигнуты значительные успехи в области изучения приливных влияний Луны. Согласно указанным работам, в результате гравитационного воздействия Луны, в твёрдом теле Земли и покрывающей её жидкой оболочке (океаны) образуется приливной выступ, который в отсутствие трения был бы направлен строго по линии Земля-Луна. Вследствие наличия трения, приливной выступ выносится вперёд примерно на 2є по ходу осевого вращения Земли, что вызывает его медленное вековое замедление. Перераспределение масс внутри тела Земли, вызываемое приливами, меняет наибольшую составляющую момента инерции Земли, и это приводит к внутрисуточным, месячным и более длиннопериодическим вариациям скорости вращения Земли. В настоящее время установлена связь этих вариаций с погодой. Движение приливного выступа против вращения Земли также имеет важные следствия. Поскольку земная кора в приливном выступе расширяется, её давление на подземные жидкие фракции падает, вследствие чего уровень жидкостей понижается. Во время отлива, когда давление в коре возрастает, уровень жидкостей повышается. Интересно отметить, что ещё Плиний старший в своей Historia Naturalis говорил о колодце в Кадисе около храма Геракла, а также о колодце у берегов Гвадалквивира и третьего - около Севильи, где наименьший уровень воды бывал во время приливов, а наибольший - во время отливов. Очевидно, такое поведение будет наблюдаться также для нефтяных скважин, вулканической лавы и других жидких или вязких веществ, содержащихся в земной коре. Отсюда возникает естественная связь приливов с извержениями вулканов, землетрясениями и пожарами на нефтяных месторождениях.

В наше время развитие космической биологии, исследований в области гипогравитации и невесомости привели к необходимости внимательного изучения вопросов, связанных с действием слабых гравитационных сил на живые организмы, в том числе и исследование влияния Луны на человека. Сейчас эти исследования ведутся в разных областях знания - медицине, психофизиологии, молекулярной биологии, геофизике и др. Но, несмотря на некоторые обнадёживающие факты, до сих отсутствует единая общепризнанная теория воздействия Луны на биосферу Земли. По-видимому, такая ситуация объясняется тем, что наряду с Луной на биологические объекты сильно воздействуют погодные условия, геомагнитное поле, солнечная активность и другие факторы. Чтобы выделить одно только лунное воздействие, необходимо с помощью сложных математических процедур исключить все другие поля, что не всегда возможно. В то же время, накопление фактов в течение сотен и тысяч лет приводит к усреднению посторонних воздействий и может дать сведения о влиянии Луны в чистом виде. Конечно, нужно критически относиться к архаическим сведениям и не принимать всерьёз заявления типа: "Луна любит освещать развалины" или "лунный свет разгоняет облака". С другой стороны, поскольку современные исследования охватывают обычно только десятки лет, оцениваемая математически достоверность таких результатов оказывается, как правило, очень низкой. По-видимому, корректная увязка новых и старых результатов позволит, со временем, выделить наиболее достоверные факты.

3. От геоцентризма к гелиоцентризму

Не менее запутанной, чем ситуация с Луной, до настоящего времени остаётся проблема влияния планет на различные процессы в Солнечной системе, в том числе и на Землю. Планеты привлекали к себе внимание астрономов с самых древних времен не только тем, что они являлись более яркими небесными светилами по сравнению со звездами, но, главным образом, сложностью, кажущейся загадочностью своих движений. В то время как для земного наблюдателя звезды выглядели неподвижными друг относительно друга, как бы прикреплёнными к поверхности некоторой неизменной сферы звезд, планеты все время перемещались по небу между звездами, описывая сложные пути. Отсюда и название «планета» - (по-гречески «блуждающая звезда»). Большую часть своего видимого пути планеты перемещаются между звездами с запада на восток, как и Солнце, но через определенные промежутки времени они останавливаются, затем некоторое время двигаются попятно, снова останавливаются и только после этого начинали двигаться в «правильном» направлении (как Солнце). В результате, траектория движения планет по небесной сфере напоминает петли, различные для разных планет и для разных промежутков времени.

Рис. 2. Видимые петлеобразные движения планет на примере Плутона

В эпоху расцвета античной греческой и римской культур этим блуждающим светилам - планетам, были присвоены названия, взятые из античной мифологии: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. К этому миру планет, видимых на небе как немерцающие звездочки, причисляли также Солнце и Луну.

Для древних астрономов было естественным предполагать, что если звёзды, Луна и Солнце влияют на земную жизнь, планеты просто обязаны выполнять эту важную миссию. Но чтобы исследовать, как конкретно осуществляется воздействие планет, а затем прогнозировать события по положениям планет на небесной сфере, необходимо было построить теорию движения планет, позволяющую с достаточной точностью рассчитывать их положения среди звёзд на месяцы и годы вперёд.

Дошедшие до нас письменные источники позволяют проследить, как трудно шло построение теории движения планет, начиная с V в. до н.э. Философ Платон (427-347гг. до н.э.) категорически утверждал, что движение небесных тел является круговым, равномерным и исключительно правильным. Земля размещена в центре мира, вокруг нее вращаются Луна, Солнце, планеты и звезды. Именно Платон поставил перед математиками такую задачу: найти, при помощи каких равномерных и правильных круговых движений станет возможным «спасти явления, которые проявляют планеты» (имелись в виду петлеобразные движения планет). Иначе говоря, Платон ставил задачу построить геометрическую модель мира, в центре которого, естественно, должна была находиться Земля.

Решить эту задачу попытался ученик Платона Евдокс (ок. 408 - ок. 355 гг. до н. э.). Он предположил, что движение каждой планеты регулируется несколькими сферами, вложенными одна в другую. Одна из них осуществляет один оборот вокруг оси небесной сферы за сутки с востока па запад. Ось другой сферы наклонена под некоторым углом к оси первой сферы и закреплена на ней. Эта вторая сфера вращается вокруг своей оси за время, равное периоду обращения планеты. Этим и объяснялось движение планеты вдоль эклиптики. Дальнейшая комбинация с этими сферами еще двух сфер давала возможность объяснить попятное движение планеты и ее наклонное движение относительно плоскости эклиптики. Для объяснения особенностей движения Луны и Солнца Евдоксу было достаточно трех сфер. Все звезды он разместил на одной сфере, вне сфер планет. Таким образом, все видимые движения небесных светил Евдокс свел к вращению 27 сфер.

Более совершенная и наглядная теория движения планет была создана Клавдием Птолемеем во II в.н.э. Как и Евдокс, Птолемей предложил геоцентрическую систему, в которой все планеты и Солнце вращались вокруг Земли. Но в отличие от своего предшественника, наблюдаемые петлеобразные траектории планет К.Птолемей получал путём комбинации равномерного вращения планет всего лишь по двум окружностям - большой, в центре которой находилась Земля, и малой, центр которой перемещался по большой окружности (деференты и эпициклы). Система Птолемея, значительно более простая и дающая хорошую точность, просуществовала более тысячи лет. Однако с появлением более совершенных астрономических инструментов и повышения в связи с этим точности наблюдений, систему Птолемея приходилось неоднократно усложнять путём введения всё новых и новых окружностей. К середине XV в. для описания движения отдельной планеты приходилось вводить до 15 окружностей. Такая громоздкая система порождала сомнения в её верности. Испанский король Альфонс X по этому поводу сказал: «Если бы при сотворении мира создатель спросил моего совета, то я предложил бы ему более простой план устройства Вселенной».

Ложный принцип геоцентризма был преодолён Николаем Коперником (1473 - 1543), предложившим гелиоцентрическую систему мира, в которой все планеты, включая Землю, движутся вокруг неподвижного Солнца. Система Коперника легко объясняла петлеобразные движения планет, а также почему Меркурий и Венера наблюдаются только как «утренние» и «вечерние» звёзды. К сожалению, великий польский астроном оставил незыблемым принцип равномерных круговых движений планет, тормозившего развитие астрономии ещё целое столетие.

Настоящий прорыв в теории движения небесных тел связан с именем Иоганна Кеплера (1571-1630), который был сторонником гелиоцентрического учения Николая Коперника. И.Кеплер поставил перед собой задачу - подтвердить гелиоцентрическую систему по самым точным для его времени наблюдениям Марса, которые на протяжении двадцати лет проводил датский астроном Тихо Браге (1546 - 1601) и в течение нескольких лет - сам Кеплер. После многолетних и очень трудоёмких вычислений, отказавшись от общего заблуждения о кругообразности движений небесных тел, Кеплер открыл три закона планетных движений, которые современным языком формулируются следующим образом:

1. Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых (общем для всех планет) находится Солнце.

2. Радиус-вектор планеты в равные промежутки времени описывает равновеликие площади.

3. Квадраты сидерических периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

Законы Кеплера позволили вычислять положения планет с очень высокой точностью, недостижимой в рамках системы Птолемея. Изданные в 1627 году Кеплером таблицы движения планет использовались астрономами более 100 лет.

Дальнейшее уточнение теории движения планет стало возможным благодаря открытию Исааком Ньютоном (1643 - 1727) закона Всемирного тяготения, которое он сделал на основании изучения движения Луны и используя законы Кеплера. Исходя из этого закона, Ньютон теоретически вывел все три закона Кеплера и показал, что они строго выполняются только для системы, состоящей из двух тел, причём масса планеты должна быть пренебрежимо мала по сравнению с массой центрального тела. Однако для рассматриваемой в настоящей статье темы особенно важно следующее высказывание И.Ньютона: “… поскольку центр масс солнечной системы постоянно находится в покое, Солнце, в соответствии с различным положением планет, должно постоянно двигаться по всем направлениям, но никогда не будет далеко уходить от этого центра”.



4. Барицентрическое движение Солнца

Первая попытка расчёта движения Солнца вокруг центра масс (барицентра) Солнечной системы была предпринята Полем Жозе (Paul D. Jose) в 1936 г., однако из-за отсутствия длинных рядов координат планет и недостаточной мощности компьютеров, задача не была решена. В 1965 году П. Жозе снова вернулся к этой проблеме и провёл вычисления на интервале около 400 лет (с 1653 по 2060 год) [Jose, 1965].

Рис. 3. Траектории движения Солнца вокруг центра масс Солнечной системы с 1833 по 2013 год (расчёт П. Жозе по гелиоцентрическим координатам планет, взятым из Ежегодников).



Основные результаты этой работы:

1) центр масс Солнца движется по сложной траектории вокруг центра масс Солнечной системы, отходя временами от него на 2.19 радиуса Солнца;

2) в барицентрическом движении Солнца присутствует хорошо выраженный период 178.77 года, практически совпадающий с периодом 178.55 лет в ряде чисел Вольфа. Жозе предположил, что движения планет вызывают некоторые динамические силы, являющиеся причиной солнечной активности. Позднее, в работах [Cohen, Lintz, 1974] и [Okal, Anderson, 1975] этот вывод был подвергнут сомнению на том основании, что хотя 178-летний период в числах Вольфа и имеется, он не является следствием какой-то возбуждающей функции, а есть результат биения двух доминантных периодов в спектре мощности чисел Вольфа (9,7 и 10,9 года). К противоположному выводу пришла И. Харватова [Charvatova, 1990], нашедшая хорошую корреляцию между периодами барицентрического движения Солнца и периодами солнечной активности в диапазоне от 6,8 до 38,1 года, а также Ширли и др. [Shirley et al.,1990], обнаружившие такую корреляцию для вариаций солнечной постоянной с периодами 0,08; 0,24; 0,65 и 1 года. Результаты в пользу влияния барицентрического движения Солнца на солнечную активность были получены также в работах [Wood R., Wood K., 1965], [Прокудина, 1978] и [Fairbridge, Shirley, 1987].

Имея в виду получение достоверных количественных данных о барицентрическом движении Солнца и его возможных проявлений в Солнечной системе, мы поставили задачу выделить спектральным методом для важнейших барицентрических функций все периоды в диапазоне от 1 месяца до примерно 600 лет [Хлыстов и др., 1992; 1994], [Khlystov et al., 1992]. Исходя из физических соображений, для исследования были выбраны следующие функции: 1) dL/dt - скорость изменения момента количества движения Солнца относительно барицентра, 2) dP/dt - скорость изменения момента количества движения Солнца относительно мгновенного центра кривизны, 3) а_B - ускорение относительно барицентра, 4) а_Вг - радиальная компонента этого ускорения, 5) а_Вр - трансверсальная компонента, 6) а_C - ускорение относительно мгновенного центра кривизны, 7) а_CN - нормальная составляющая этого ускорения, 8) а_CT - тангенциальная составляющая. Ниже приведены выражения для этих, а также для некоторых других вспомогательных функций, взятых нами из работ [Jose, 1965] и [Бухгольц, 1965].

r = (х² + у² + z²),

Р = V ⁴/D , а_B =

В приведённых выше формулах х, у, z - прямоугольные координаты центра масс Солнца относительно барицентра; ц - угол между двумя последовательными положениями радиуса-вектора r.

Используя метод Тьюки [Blackman, Tukey, 1958], мы получили спектры мощности выбраннных функций для трех различных временных интервалов: 85 лет с шагом выдачи 10 суток (начало счета 13.12.1973 г.), 500 лет с шагом 100 суток (начальная дата 18.08.1473 г.) и 2044 года с шагом 400 суток (начало счета 71-й года до н. э.). Различные временные интервалы и шаги выдачи позволили уверенно выделить периоды в диапазоне от ~30 суток (0,08 года) до ~800 лет. В табл. 1 приведены периоды в диапазоне от ~30 до 399 суток, а в табл. 2 даны более длинные периоды, выраженные для удобства в годах. Амплитуда во всех таблицах приведена в произвольных, но одинаковых для всех функций единицах: уровень шума для всех функций в этих единицах равен 0.07.



Таблица 1. Спектр мощности функций барицентрического движения Солнца в диапазоне от 0,07 до 1,09 года (Т - период в сутках; А - амплитуда спектральных пиков в условных единицах)

P	L	аВR	аВр	аCN	аCT	аB
T	A	T	A	T	A	T	A	T	A	T	A	T	A
399,6	2,2	399,0	0,85	399,28	1,8	398,1	0,7	399,6	9,0	399,28	7,0	398,71	8,5
378,2	0,3	--	--	377,15	0,25	379,4	0,18	--	--	378,17	0,2	--	--
245,2	0,35	245,3	2,2	245,1	0,25	--	--	244,6	0,22	244,6	0,2	--	--
237,0	16,0	237,0	0,7	237,9	3,9	237,0	1,9	237,0	20,0	237,0	16,5	237,0	19,1
229,4	2,3	229,4	0,75	229,4	0,6	229,4	0,22	229,4	0,30	229,45	0,25	--	--
89,78	8,2	89,78	0,15	89,76	0,23	89,76	0,13	89,78	1,1	89,76	1,15	89,76	1,2
88,71	1,0	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--	--
44,43	7,0	--	--	--	--	--	--	44,43	0,25	44,71	0,18	44,42	0,2
29,52	3,4

Таблица 2. Спектр мощности функций барицентрического движения Солнца в диапазоне от 2,41 года до 760 лет (Т - период в годах; А - амплитуда спектральных пиков в условных единицах)

P	L	аВR	аВр	аCN	аCT	аB
T	А	Т	А	Т	А	Т	А	Т	А	Т	А	Т	А
11,83	2,3	11,86	0,3	11,85	2,15	11,85	0,35	11,88	10,7	11,85	2,55	11,86	9,95
--	--	--	--	9,96	0,4	9,93	1,15	--	--	9,92	0,25	--	_
--	--	--	--	7,77	0,2	7,77	1,9	--	--	--	--	--	--
7,25	0,25	7,42	0,35	7,42	0,4	--	--	7,42	0,12	--	--	--	--
--	--	--	--	5,59	0,3	5,59	0,4	--	--	--	--	--	--
--	--	4,83	0,25	4,83	0,5	4,83	0,55	--	--	--	--	--	--
4,26	1,73	4,26	0,65	4,26	0,7	4,26	0,25	4,26	0,25	4,26	0,25	--	--
3,51	12,1	3,51	2,0	3,51	4,8	3,51	1,1	3,51	1,4	3,51	12,6	3,51	14,7
2,41	3,7	2,41	0,15	2,41	0,35	2,41	0,2	2,41	1,2	2,41	0,5	2,41	0,6
649,5	8,1	--	--	760,0	0,15	--	--	674,0	0,32	714,5	0,35	674,0	0,3
380,0	3,0	384,0	1,2	392,6	'2,8	384,1	0,8	390,4	8,3	384,1	7,35	390,4	8,4
--	--	--	--	169,3	1,25	--	--	--	¦ --	--	--	--	--
--	--	--	--	60,0	0,13	--	--	60,44	0,2	--	--	60,44	0,2
--	--	--	--	45,6	1,5	--	--	--	--	--	--	--	--
--	--	35,9	0,15	35,9	4,7	--	--	--	--	--	--	--	--
19,81	0,5	19,85	27,5	19,82	16,0	19,85	21,2	19,86	9,3	19,84	19,5	19,86	9,3
--	--	--	--	17,74	0,75	--	--	--	--	--	--	--	--
--	--	13,81	3,5	13,82	1,35	13,82	2,9	--	--	13,81	0,5	--	--
--	--	12,77	12,1	12,78	2,95	12,78	9,9	--	--	12,78	0,5	--	--

Из табл. 1 и 2 видно, что несмотря на заметное различие спектров различных функций, они имеют много общих черт. Так, почти для всех функций самым мощным является период 19,8 года, на втором месте стоит период 237 суток, довольно значительную амплитуду имеет период 399 суток, и у всех функций уверенно выявляется период 89,8 суток. Если рассчитать периоды соединений Юпитера с Сатурном, Венерой, Землей и Меркурием (соединением называется момент равенства долготы планет; геометрически это соответствует расположению планет на одной линии с Солнцем по одну сторону от него), то мы получим значения 19,86 года; 236,99; 398,88 и 89,79 суток соответственно, что практически совпадает с приведенными выше доминантными периодами, взятыми из табл. 1 и 2.

Такое хорошее согласие периодов свидетельствует, во-первых, о высокой точности вычисления спектра мощности, а, во-вторых, объясняет происхождение любого из периодов, приведенного в табл. 1 и 2.

В табл. 3 приведены периоды парных соединений всех планет, за исключением Марса и Плутона (соответствующие им периоды в спектрах исследуемых функций не проявляются). Сравнивая данные табл. 3 со спектрами барицентрических функций (табл. 1 и 2), приходим к выводу, что наибольшие амплитуды имеют те спектральные пики, периоды которых соответствуют соединениям Юпитера и Сатурна друг с другом и их парным соединениям со всеми другими планетами. Эффективным оказывается также соединение Урана с Нептуном.

Таблица 3. Периоды парных соединений планет (в скобках - в годах, без скобок - в сутках)

Планета	Меркурий	Венера	Земля	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун
Венера Земля Юпитер Сатурн Уран	144,57 115,88 89,79 88,94 88,22	------- 583,92 236,99 229,49 226,36	583,92 398,88 378,09 369,66	236,99 398,88 (19,86) (13,81)	229,49 378,09 (19,86) (45,35)	226,36 369,66 (13,81) (45,35)	225,54 367,49 (12,78) (35,87) (171,52)

В табл.4 приведены рассчитанные нами периоды тройных соединений планет. Первые две строки исчерпывают все возможные комбинации из трёх планет, а в первом столбце даны периоды из табл. 1 и 2, ближайшие к вычисленным нами периодам тройных соединений планет.

Таблица 4. Сравнение спектральных периодов Т из табл.2 (1-й столбец) с периодами тройных соединений планет (периоды выражены в годах)

т	Ю+Ме+	Ю+В+	Ю+З+	Ю+С+	Ю+У+
	З	Ме	З	С	Ме	В	С	Ме	В	З	Н	Марс
7,77	7,62
9,94	9,83
45,6						44,8
60,3				59,7			60,1
169,3			155,1			155,1		178,6			178,7
386,5						420,4						386,7
694,4		696,2			728,4				655,3	754,6

На основе анализа данных табл. 4 можно сделать следующие выводы:

1) тройные соединения дают наиболее длинные и некоторые из средних периодов, встречающихся в спектрах барицентрических функций;

2) в спектрах барицентрических функций встречаются только такие тройные соединения, в которых обязательно присутствует Юпитер.

Итак, мы показали, что периоды, содержащиеся в исследуемых нами функциях барицентрического движения, объясняются соединениями двух, трех, а возможно, и большего числа планет. Не исключено, что некоторые периоды связаны с оппозициями планет (когда они находятся на одной линии с Солнцем, но по разные стороны от него). Важно, что во всех случаях планеты располагаются на одной линии с Солнцем, т. е. мы имеем дело с линейной конфигурацией планет. В ряде работ отмечалось, что в такие моменты наблюдается активизация различных процессов на Солнце: усиливается рентгеновское и радиоизлучение [Blizard, 1969], происходит дробление пятен и возрастает частота появления мощных вспышек и эруптивных протуберанцев [Прокудина, 1973].

Эффект линейных конфигураций обычно объясняли тем, что при расположении планет на одной линии с Солнцем их приливные силы складываются и это приводит к активизации различных процессов. То, что такое объяснение ошибочно, видно из табл. 5, где приведены рассчитанные нами высоты статических приливов от планет на Солнце (высота прилива, создаваемого Землей, принята за едини

Таблица 5. Высоты статических приливов от планет на Солнце, выраженные в единицах земного прилива

Планета	Ме	В	З	Ма	Ю	С	У	Н	П
Прилив	0,96	2,16	1,00	0,03	2,26	0.109	0,0021	0,00064	0,000013

Как следует из табл. 5, основными приливообразующими планетами являются Юпитер, Венера, Земля и Меркурий. Очень незначительную добавку вносит Сатурн (~5% от прилива Юпитера) и совсем уже мизерный вклад Урана, Нептуна и Плутона. Однако, среди эффективных линейных конфигураций, эмпирически найденных в работе [Прокудина, 1973], встречаются как раз такие, в которых участвуют Сатурн, Уран и Нептун. Если не подвергать сомнению факты активизации солнечных процессов в моменты таких конфигураций, физически обоснованным объяснением, по нашему мнению, остаётся барицентрическое движение Солнца, в котором все большие планеты дают сопоставимый по величине вклад.

Обратим теперь внимание на следующее важное обстоятельство. В табл. 4 имеется период 178,7 года, соответствующий повторениям тройных соединений Юпитера, Сатурна и Нептуна, однако самый близкий по величине период в спектре барицентрических функций равен 169 годам и имеет малую мощность, что не даёт оснований считать его значимым с точки зрения спектрального анализа. В то же время, приведённые в работе [Jose, 1965] графики барицентрических функций за два периода: с 1655 по 1833 год и с 1833 по 2012 год (то есть, имеющие продолжительность около 178 лет), показывают поразительное подобие, говорящее о несомненном наличии периода 178 лет в барицентрических функциях.

Чтобы понять причину возникших противоречий, мы построили графики барицентрических функций на интервале 2044 года и выделили из этого массива данных 11 последовательных выборок длиной по 178 лет. Оказалось, что хотя каждые две соседние выборки мало отличались по виду друг от друга (в полном согласии с выводами Жозе, у которого весь массив данных содержал чуть больше 2-х выборок), с ростом номера выборки отличия от первой выборки прогрессивно нарастали, так что 11-я (последняя) выборка уже мало напоминала первую. Для таких случаев метод Тьюки неприменим и здесь следует применять вейвлет-анализ.

Для каждого спектрального пика указана мощность и комбинация планет, дающих этот пик.

Рис. 4. Спектры мощности основных барицентрических функций.



Рассмотрим теперь вопрос о влиянии барицентрического движения Солнца на солнечную цикличность. На рис. 4 приведены спектры трёх основных барицентрических функций: dL/dt - скорость изменения момента количества движения Солнца относительно барицентра, dP/dt - скорость изменения момента количества движения Солнца относительно мгновенного центра кривизны, а_Вг - радиальная компонента барицентрического ускорения.

Как следует из рис. 4, самым мощным является пик с периодом 19,85 года (обусловленный парными соединениями Юпитера и Сатурна), на втором месте идёт период 237.0 суток (Юпитер и Венера), и хорошо заметен период 89,78 суток (Юпитер и Меркурий). На рис. 5 приведён спектр среднегодовых чисел Вольфа за период с 1749 по 1958 год, взятый нами из работы [Музалевский, Жуков, 1968]. Здесь наиболее мощными являются пики с периодами 11,7 года, 9,86 года и 89 лет.

Рис. 5. Спектры мощности среднегодовых чисел Вольфа



С формальной точки зрения кажется, что между спектрами на Рис. 4 и 5 нет ничего общего. Однако если мы удвоим периоды в спектре чисел Вольфа, то получим:

11,7х2 = 23,4 года - в спектре барицентрических функций нет аналога;

9,86х2 = 19,72 лет. Практическое совпадение с периодом 19,85 года в спектре барицентрического движения

89х2 = 178 лет. Совпадение в пределах ошибок вычислений с периодом 178 лет, обнаруженный Жозе в барицентрическом движении Солнца.

Итак, не исключено, что два из трёх доминантных периода в спектре чисел Вольфа могут быть как-то связаны с барицентрическим движением Солнца. Что касается наиболее важного - 11-летнего периода солнечной цикличности, то этот вопрос по-прежнему остаётся открытым.

5. Уточнение формулировки первого закона Кеплера

Открытые Кеплером законы движения планет исправно служили астрономам до конца XVII столетия, когда возросшая точность наблюдений стала обнаруживать отклонения от этих законов. Причину возникших трудностей впервые удалось объяснить Ньютону с помощью открытого им закона Всемирного тяготения. В своём знаменитом сочинении «Математические начала натуральной философии» Ньютон доказал, что в задаче двух тел в зависимости от начальных условий возможны три типа движений - по эллипсу, параболе или гиперболе, причём именно движение по эллиптической орбите происходит строго по законам Кеплера (если 3-й закон Кеплера брать в уточнённой формулировке Ньютона). Поскольку в Солнечной системе имеется 9 планет и любая из них взаимодействует не только с Солнцем, но и с другими планетами, задача двух тел становится нестрогой. Однако в силу того, что масса Солнца в тысячу раз превышает массу самой большой планеты - Юпитера, эти отклонения невелики и учитываются как возмущения кеплеровой эллиптической орбиты с помощью методов, разработанных Эйлером, Лагранжем и другими учёными XYIII - XIX вв. Успехи в теоретическом анализе движений небесных тел привели к следующей уточнённой формулировке первого закона Кеплера:

Все планеты движутся по слабовозмущённым эллипсам, в одном из фокусов которых (общем для всех планет) находится Солнце.

Оказалось, однако, что переход от идеализированной задачи 2-х тел к реальной задаче 10 тел, имеющей место в Солнечной системе, требует внесения ещё одной существенной поправки в формулировку первого закона Кеплера. Эта поправка, связанная с барицентрическим движением Солнца, может иметь большое значение для астрономии, геофизики и ряда других наук.

В уже упоминавшейся работе [Jose, 1965] были вычислены траектории барицентрического движения Солнца, но ничего не было сказано о том, как при этом движутся планеты. Некоторые авторы, исходя из аналогии с системой Земля-Луна, где оба тела движутся вокруг общего центра масс, после работы Жозе пришли к выводу, что Земля и другие планеты должны двигаться не вокруг Солнца, а вокруг барицентра Солнечной системы. Так, в работе [Коваленко и др.1987], исходя из такого постулата и используя рассчитанное П.Жозе барицентрическое движение Солнца, было получено, что поток солнечной энергии на орбите Земли, вычисляемый по данным Ежегодников (то есть, без учёта барицентрического движения), может содержать ошибку до 2% - величины, вполне достаточной для того, чтобы оказать существенное влияние на погоду и климат Земли.

Чтобы выяснить, какие особенности в движении Земли возникают вследствие барицентрического движения Солнца, нами были рассчитаны барицентрические и гелиоцентрические координаты Земли и барицентрические координаты Солнца, в рамках задачи 10 тел (Солнце + 9 планет) [Долгачёв и др., 1989]. На рис. 6 приведена траектория движения центра Солнца относительно барицентра с 1973 по 2008 год в барицентрической эклиптической системе координат с шагом 200 суток. Здесь же в масштабе рисунка изображено Солнце (штриховая окружность радиуса 4.66х10^-3 а.е. - астрономических единиц).

Рис. 6. Движение Солнца вокруг барицентра Солнечной системы с 1973 по 2008 год (рассчитано авторами настоящей статьи численным интегрированием задачи 10 тел)

На рис. 7 даны графики изменения со временем расстояния с между Землёй и Солнцем (кривая a), Землёй и барицентром r (кривая б) и Солнцем и барицентром R (кривая в). По оси абсцисс отложены годы и соответствующие им номера точек (взятые из рис. 6).

Как видно из рис. 7, кривая изменения расстояния между Землёй и Солнцем представляет собой синусоиду с практически постоянными амплитудой и периодом, что имеет место при движении по эллиптической орбите. В то же время, график изменения расстояния от Земли до барицентра показывает заметные вариации как амплитуды (до 40%), так и периода (до 5%). Хорошо видна связь этих изменений с величиной барицентрического расстояния Солнца (нижняя кривая).



Рис. 7. Изменение со временем расстояния от Земли до Солнца (кривая «а»), от Земли до барицентра (кривая «б») и от Солнца до барицентра (кривая «в»).

На основании анализа полученных результатов нами был сделан следующий вывод: Земля движется по слабовозмущённому эллипсу вокруг Солнца, участвуя вместе с ним в движении вокруг барицентра Солнечной системы (курсивом выделен полученный нами результат).

Расчёты, проведённые нами позднее в работе [Долгачёв и др., 1991] для других больших планет, показали, что полученный для Земли вывод выполняется для всех планет. Это привело нас к следующей уточнённой формулировке 1-го закона Кеплера:

Все планеты движутся по слабовозмущённым эллипсам вокруг Солнца, участвуя вместе с ним в движении вокруг барицентра Солнечной системы.

Уточнённая формулировка 1-го закона Кеплера позволяет совершенно по-новому взглянуть на гравитационное взаимодействие планет и Солнца. Если раньше Солнце выступало как главный дирижёр планетных движений, а планеты лишь слегка искажали орбиты ближайших к ним планет, то теперь мы видим, что каждая планета вносит свой вклад в смещение Солнца относительно общего центра масс, а все вместе они вынуждают Солнце двигаться по кардиоиде. Но тысячекратное превосходство Солнца по массе не позволяет планетам отставать от него, и потому все планеты синхронно повторяют замысловатые движения Солнца, обращаясь, в то же время, вокруг него по слабовозмущённым эллипсам.

Рис. 8. Совместное барицентрическое движение Солнца (жирная линия) и планеты (тонкая линия). Величины по осям выражены в сотых долях а.е.

Из новой формулировки 1-го закона Кеплера следуют два важных вывода:

1) движение каждой планеты передаётся Солнцу, а от него - всем другим планетам. Можно сказать, что Солнце выступает в качестве ретранслятора гравитации для всей солнечной системы.

2) Активизация однотипных физических процессов должна происходить одновременно во всей солнечной системе.

6. Загадки Солнечной системы и первый закон Кеплера

Уточнённая формулировка первого закона Кеплера даёт ключ к пониманию целого ряда загадочных явлений в Солнечной системе. Одно из них - колебания долготы Красного Пятна Юпитера с периодом около 3-х месяцев, обнаруженные Е. Ризом в 1970 году [Reese, 1970] и затем подтверждённые им на более обширном наблюдательном материале [Reese, 1971]. Сопоставив колебания долготы Красного Пятна Юпитера с орбитальным движением Меркурия, Ф. Линк [Link, 1975] установил, что синхронизация этих двух движений происходит в моменты нижних соединений Меркурия, то есть, когда Меркурий и Юпитер оказываются на одной линии с Солнцем по одну сторону от него. Поскольку прямое гравитационное воздействие Меркурия на Юпитер ничтожно (масса Меркурия мала а его расстояние до Юпитера велико), Линк выдвинул довольно спорное предположение, что обнаруженная им связь может быть следствием солнечной активности.

Сравнительно недавно группа авторов [Trigo-Rodriguez et al., 1999] используя лучшие наземные наблюдения Юпитера и его изображения, полученные на космическом телескопе «Хаббл», подтвердила существование колебаний долготы Красного Пятна Юпитера со средним периодом 89,74 суток. Этот период с точностью до сотых долей совпадает с периодом парных соединений Юпитера и Меркурия 89,79 суток, приведённом в табл.3 нашей статьи. Мы считаем такое совпадение прямым доказательством нашей концепции о гравитационном взаимодействии планет через Солнце. Действительно, поскольку орбитальное движение Меркурия интегрировано в барицентрическое движение Солнца, а Юпитер в точности повторяет все движения Солнца, в движении Юпитера обязательно будет проявляться орбитальный период Меркурия как последовательные этапы ускорения и замедления. По современным представлениям [Ксанфомалити, 1997], Красное Пятно Юпитера - это гигантский долгоживущий вихрь, глубоко уходящий в недра газожидкой планеты, где он как бы стоит на якоре. По этой причине его верхние слои движутся с несколько иной скоростью, чем окружающая атмосфера. Вот почему 3-х месячные колебания обнаруживаются только у Красного Пятна.

Рис. 9. Взаимодействие Земли и Марса через Солнце. Кривая, похожая на синусоиду - расстояние до Марса в моменты его противостояний;

? ? - периоды сильных пылевых бурь на Марсе;

¦ - годы катастрофических засух на Земле.

Ещё один пример такого взаимодействия планет через Солнце был обнаружен А.И.Хлыстовым для Земли и Марса [Хлыстов, 2004]. На рис. 9, взятом из этой работы, кривая, похожая на синусоиду, представляет собой расстояния между Землёй и Марсом, вычисленные автором в интервале с 1880 по 2020 год. Двойные вертикальные линии на рисунке соответствуют годам жесточайших засух на огромной территории, включающей Центрально-Чернозёмный район, Поволжье, Северный Кавказ и восток Украины. Значки в виде пальмы отмечают моменты мощных пылевых бурь на Марсе.

Как видно из рисунка 9, пылевые бури на Марсе и засухи на Земле почти всегда совпадают по времени и происходят они вблизи Великих противостояний Марса, когда он находится на минимальном расстоянии от Земли.

Эти наблюдения также можно объяснить на основании уточнённого 1-го закона Кеплера. Взаимные движения Земли и Марса трансформируются в ускоренное движение Солнца, а через него снова возвращаются к этим планетам, вызывая, как и в случае Юпитера, вариации угловой скорости вращения планет. Это приводит, с одной стороны, к нарушению циркуляции в атмосферах планет, а с другой - к сдвиговым процессам в их недрах. Первый эффект проявляется в катастрофических сбоях погоды, а второй - к активизации сейсмической и вулканической деятельности.

Последний вывод подтверждается результатами работы [Шпитальная, 1975]. В этой работе приводится ряд общих морфологических черт и условий возникновения и развития хромосферных вспышек на Солнце и землетрясений, доказывающих однотипность этих процессов и приводящих к выводу о существовании одной общей причины, ответственной за оба явления. Согласно нашей концепции, синхронная активизация однотипных процессов в Солнечной системе является прямым следствием уточнённого

1-го закона Кеплера, поэтому близкое совпадение по времени моментов возникновения вспышек и землетрясений можно объяснить нерегулярностями в барицентрическом движении Солнца и Земли.

Итак, барицентрическое движение Солнца может проявляться в разнообразных процессах на всех телах Солнечной системы, включая Солнце и Землю. На ряде примеров мы показали, что в поисках скрытых взаимосвязей могут оказаться полезными приведённые в этой статье периоды двойных и тройных соединений планет, спектры мощности барицентрических функций и сами эти функции.



Литература

1. Бухгольц Н. Н. Основной курс теоретической механики. Ч. 1. М.: Наука, 1965. 467 с.

2. Долгачев В. П., Доможилова Л. М., Хлыстов А.И. О барицентрическом движении Земли и Солнца. // Астрон. цирк. 1989. № 1538. С.35-36.

3. Долгачев В. П., Доможилова Л. М., Хлыстов А. И. Некоторые свойства барицентрического движении больших планет и Солнца. // Тр. ГАИШ. 1991. Т. 62. С. 111-118.

4. Коваленко В.Д. и др.//Агроклиматические ресурсы Сибири. Новосибирск. 1987. С.103-107.

5. Ксанфомалити Л. В. Парад планет. М. Наука. Физматлит. 1997. 256 с.

6. Музалевский Ю.С., Жуков Л.В. К вопросу о взаимосвязях в периодичности индексов активности Солнца.// Солнечные данные. 1968. № 12. С.77-84.

7. Прокудина В. С. Приложение метода планетных конфигураций к активным явлениям на Солнце // Сообщ. ГАИШ. 1973. № 181. С. 11-29.

8. Хлыстов А. И., Долгачев В. П., Доможилова Л. М. Барицентрическое движении Солнца и солнечно - земные связи. // Биофизика. 1992. Т.37. Вып. 3. С. 547-553.

9. Хлыстов А. И., Долгачев В. П., Доможилова Л. М. Исследование периодичностей в барицентрическом движении Солнца на протяжении 2045 лет. // Кинематика и физика небесных тел. 1994. Т.10. №1. С.84-87.

10. Хлыстов А.И. Когда просыпаются вулканы Марса? «Техника-Молодёжи». 2004. №4. С.10-14.

11. Шпитальная А. Г. и др. О возможности воздействия гравитационных волн на активность Земли и Солнца. В сб. «Динамика и эволюция звездных систем». М-Л.: 1975. С. 129-137.

12. Blackman R. В., Tukey J. W. The measurement of power spectra from the point of view of communication engineering. New York: Dovar Publ. Inc. 1958. 128 p.

13. Blizard J. B. // Bull. American Astron. Soc, V. 1, P. 336-340.

14. Charvatova I. On the relation between solar motion and the solar activity in the Years 1730-80 and 1910-60 a.d. // Bull. Astron. Inst. Chech. 1990. V.41. N 3. P. 200-204.

15. Cohen Т. J., Lintz P.R. Long term periodicities in the sunspot cycle. // Nature. 1974. V. 250. N 5465. Р. 398-400.

16. Darwin G.H. On the precession of a viscous spheroid and on the remote history of the earth. // Phil.Trans. Roy. Soc. London. 1879. V.170. P.447-530.

17. Darwin G.H. On the secular changes in the elements of the orbit of a satellite revolving about a tidally distorted planet.// Phil.Trans. Roy. Soc. London. 1880. V.171. P.713-891.

18. Fairbridge R. W., Shirley J. H. Prolonged minima and the 179-yr cycle of the solar inertial motion. // Sol. Phys. 1987. V.110. № 1. P.191-2103.

19. Joze P. D. Sun's motion and sunspots. //Astron. J. 1965. V.70. №3. P.193-200.

20. Khlystov A.I., Dolgachev V.P. and Domozhilova L.M. Barycentric movement of the Sun and Solar-Terrestrial relations. // Biophysics. 1992. V.37. No3. P.455-460.

21. Link F. Some particularities affecting the movements of Jupiter's red spot. // Planetary and Space Science. 1975. V.23. Iss.5. P.805-812.

22. Okal E., Anderson D. L. On the planetary theory of sunspots // Nature. 1975. V. 253. N5492. P. 511-513.

23. Reese E. J. Jupiter's Red Spot in 1968-1969. // Icarus, 1970, V.12, Iss.2. P.249-252.

24. Reese E. J. Jupiter: Its Red Spot and Other Features in 1969-1970. // Icarus. 1971. V.14. Iss. 2. P.343-354.

25. Shirley J.H., Sperber К R., Fairbridge R.W. Sun's inertial motion and Luminosity. // Sol. Phys. 1990. V. 127. № 2. P. 379-392.

26. Trigo-Rodriguez J. M. et al. 1999. The 90 day oscillation of Jupiter's Great Red Spot revisited. // 31st Annual Meeting of the DPS. Kursaal Center. Poster.

27. Wood R. M., Wood K.D. Solar Motion and sunspot comparison // Nature. 1965. V. 208. № 5006. P. 129-131.

Размещено на Allbest.ru