Статья: Барицентрическое движение солнца и его следствия для солнечной системы

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

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.