Из истории небесной механики

Можно сказать, что предмет небесной механики берет свое начало со времени опубликования Исааком Ньютоном в 1687 г. его «Philosophiae Naturalis Priacipia Matbematica», обычно упоминаемых в ссылках как «Principia». В этом прославленном труде Ньютон сформулировал законы движения и закон всемирного тяготения; он вывел также некоторые из наиболее важных свойств движения планет и спутников.

Вывод знаменитых трех законов Кеплера на много лет предшествовал сочинению Ньютона, и поэтому историческое изложение введения в небесную механику следует пути, избранному Ньютоном в

разд. II и III книги I, где он выясняет, какие сведения о силе, действующей на планету, могут быть выведены из законов Кеплера, которые можно сформулировать следующим образом:

I. Орбита планеты лежит в плоскости, проходящей через Солнце, п площадь, описанная прямой, соединяющей Солнце и эту планету, пропорциональна протекшему времени.

II. Орбита планеты является эллипсом, в одном из фокусов которого находится Солнце.

III. Отношение квадрата периода обращепия к кубу большой полуоси имеет одно и то же значение для всех планет, обращающихся вокруг Солнца.

Из утверждений, что орбита планеты лежит в плоскости, проходящей через Солнце, и что площадь, описанная радиусом-вектором, пропорциональна времени, можно заключить, что сила, действующая на планету, должпа быть направлена по прямой, соединяющей эту планету с Солнцем. Эта сила должна быть скорее притягивающей, чем отталкивающей, так как траектория планеты обращена своей вогнутостью к Солнцу. Из утверждения, что орбита планеты является эллипсом с Солнцем в одном из фокусов, следует далее, что сила, удерживающая планету на ее орбите, должна меняться обратно квадрату расстояния планеты от Солнца. Наконец, третий закон Кеплера требует, чтобы силы, действующие на различные планеты, были прямо пропорциональны массам этих планет. Впрочем, поскольку орбпты больших планет приблизительно лежат в одной и той же плоскости, то это рассуждение не может полностью доказать изотропность гравитационного притяжения. Этот довод значительно усиливается при рассмотрении кометных орбит, большинство которых имеет большие наклонности относительно плоскостей орбит больших планет. Все это также было рассмотрено Ньютоном.

Изучение визуально-двойных звезд к концу XVIII столетия повысило интерес к вопросу об универсальности закона тяготения. В большинстве случаев для визуально-двойных звезд ничего неизвестно о движении по лучу зрения, и единственная информация об орбите должна быть получена из наблюдаемого факта, состоящего в том, что проекция истинной относительной орбиты на плоскость, касательную к небесной сфере, является эллипсом, для которого выполняется закон площадей, но в котором фокус не занят центральной звездой. Поэтому возникает вопрос, какому закону гравитационного притяжения соответствуют орбиты, обладающие этим свойством. Ответ гласит, что закон тяготения Ньютона является единственным изотропным законом, удовлетворяющим наблюдениям, но что другие более сложные и анизотропные законы также были бы совместимы с фактами наблюдений. Исследования этого рода производились до введения спектрографа для измерения лучевых скоростей. С помощью сведений о движении по лучу зрении этот ответ можно было бы сделать более определенным.

В эпоху Ньютона существовало достаточное оправдание того, чтобы начинать исследование с установления основных законов из наблюдаемых явлении при помощи метода пндукцпи.

Даже в настоящее время анализ проблемы в таком направлении является поучительным и представляет значительный интерес. В этой книге мы предполагаем, что законы движения и закон тяготения имеются в пашем распоряжении как основные законы небеспой механики, и выводим заключения нз этих предположений. Это означает, что мы следуем с самого начала принципу освященного веками метода научного исследования: законность основных предположении проверяется сравнением наблюдении с теорией. Ньютон сформулировал этот принцип в своих «Правилах умозаключений в физике» («Principia», книга III) следующим образом: «В опытной физике предположения, выведенные из совершающихся явлений помощью па ведения, несмотря па возможность противных им предположений, должны быть почитаемы за верные или в точности или приближенно, пока не обнаружатся такие явления, которыми они еще более уточняются или же окажутся подверженными исключениям».

Хорошо известно, что наблюдения движений небесных тел подтвердили законность этих основных предположений с удивительно высокой степенью точности. Вся важность точности количественного согласия между теорией н наблюдениями, очевидно, не осознана многочисленными авторами писем и брошюр, которые из года в год пропагандируют изменения в основаниях небесной механики.

Имеется одно важное исключение: создание общей теории относительности заставило считать ньютонианский фундамент небесной механики некоторым приближением к более фундаментальной системе законов. Трудность релятивистской формулировки и высокая степень точности приближения, достигнутого при помощи законов Ньютона, оправдывают исследования, проведенные на основе классической теории. В тех немногих случаях, когда общая теория относительности требует модификаций, эти последние могут быть введены как малые поправки к результатам классического анализа.

Наиболее значительным наблюденным отклонением от теории Ньютона является дополнительное ускорение в движении перигелия Меркурия, которое настолько надежно установлено, что это наблюдательное подтверждение общей теории относительности не может более подвергаться серьезному сомнению. Аналогичное, но гораздо меньшее ускорение в движении перигелия орбиты Земли в настоящее время довольно хорошо подтверждается наблюдениями, однако не с такой уверенностью, как в случав перигелия Меркурия.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: