Cтраница 1
Приливная диссипация, сопровождающая образование двойных звезд, приводит к нагреванию звезд, но одновременно к охлаждению звездной системы. [1]
Эффекты приливной диссипации будут стремиться привести спутник, находящийся внутри критического радиуса, на экваториальную орбиту. Попав на нее, спутник оказывается запертым и остается в экваториальной плоскости, пока не выходит за критический радиус. В случае спутников больших планет диссипация, по-видимому, так мала [66], что тела лунных размеров образовались в экваториальной плоскости. [2]
Критерий захвата посредством приливной диссипации при тесном сближении может быть легко найден. [3]
Спор об океаническом или твердотельном варианте приливной диссипации до сих пор не решен, особенно если учесть, что рассматриваемое ниже лунное возмущение, действующее на океанический прилив, может объяснить явление полностью. [4]
При современной конфигурации системы Земля - Луна приливная диссипация энергии внутри Земли замедляет ее вращение и увеличивает расстояние до Луны и период ее обращения. Приливное трение также вызывает вековые изменения эксцентриситета и наклонения лунной орбиты и наклонения плоскости обращения Земли вокруг Солнца, однако эти эффекты слишком малы, чтобы их можно было заметить за исторический период времени. [5]
Образование двойных звезд может происходить и совершенно иным путем, который предполагает переход энергии орбитального движения звезды в ее внутреннюю структуру. Для участия в таком процессе необходимы только две звезды. Приливная диссипация энергии орбитального движения долго изучалась применительно к системе Земля - Луна; те же физические принципы применимы в основном и к звездным системам. [6]
Скорость вращения Земли, период и среднее движение Луны, среднее расстояние или большая полуось лунной орбиты - все эти параметры являются взаимозависимыми. Мы будем рассматривать среднее движение Луны, имея в виду, что остальные элементы тоже соответственно изменяются. Уже было отмечено, что приливная диссипация, каков бы ни был ее механизм, уменьшает среднее движение. Дарвин нашел, что скорость этого уменьшения зависит от величины вязкости, принятой для тела Земли. Согласно Дарвину, при вязкости, дающей наибольший эффект, всего 50 000 000 лет назад Земля и Луна могли быть очень близки друг к другу, обращаясь с периодом в 4 ч или меньше. Процесс в будущем будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто состояние, при котором оба тела будут постоянно обращены друг к другу одними и теми же полушариями и будут обращаться с периодом около 50 современных суток. Однако результаты Дарвина трудно принять, если учесть, что приливная диссипация обеспечивается не вязкими силами и, вероятно, даже не силами в теле Земли, и сам Дарвин не настаивал на достоверности своей временной шкалы. [7]
В табл. 14 приведены параметры, описывающие захват, относительно которого произвольно предполагается, что он имел место, когда Луна подошла к Земле на расстояние 100 земных радиусов. Захват мог бы произойти 1 79 - Ю9 лет назад, если современная величина приливной диссипации была характерной для всего геологического времени. Как мы уже показали, геологические данные исключают захват на таком позднем этапе истории Земли. Тем не менее параметры, приведенные в табл. 14, все же могли бы описать процесс в любое время, когда произошел захват. Шкала времени для такого захвата очень коротка. Через несколько сот лет эксцентриситет изменяется от единицы до значения менее 10 - 3 и Луна перемещается от 100 до 2 72 радиуса Земли. Это одновременно является шкалой времени для диссипации избытка энергии лунной орбиты. [8]
Тейлор [47] провел детальное изучение диссипации приливной энергии в Ирландском море и обнаружил, что она может объяснить 2 % наблюденных вековых изменений. Если трение приливного течения о дно подчиняется квадратичному закону, то скорость диссипации пропорциональна кубу скорости течения. Приливы бывают более высокими и обладают большими скоростями в мелководных морях и на шельфе мирового океана, и тем самым объясняется непропорциональное распределение приливной диссипации. Джеффрис [21] по наблюдениям приливных течений в Беринговом море пришел к заключению, что 80 % необходимой диссипации происходит именно здесь. Но Манк и Макдональд [36] считают, что наблюдения течений, по которым была получена эта цифра, не характерны для всего Берингова моря, и уменьшили эту величину на порядок. Ими были изучены данные о приливных течениях на многих морях и шельфах. В результате они пришли к заключению, что очень трудно обеспечить всю диссипацию энергии вращения Земли за счет океанов. [9]
Внутренние колебания с периодом, равным приливному, часто наблюдаются в океанах как изменение зависимости температуры от глубины. Эти внутренние волны распространяются от места возникновения и в конечном счете рассеивают всю свою энергию в открытом океане. С учетом некоторых неопределенностей его результат соответствует возмущающему моменту, необходимому для объяснения наблюдаемого векового ускорения Луны. Гровз и Манк [17] перевычислили эффект океанических приливов, используя более современные котидальные карты Дитриха [11], и пришли к такому же заключению, а именно: океанический прилив может объяснить полную приливную диссипацию и необходимый возмущающий момент. Но из-за недостаточности сведений о приливах в центральных районах океанов, вдали от мореографов, вычисленные значения могут уменьшиться или увеличиться более чем в 2 раза. Сущность используемого метода состоит в следующем. [10]
Таким образом, по мере того как двойная становится все более жесткой, ее орбита все более приближается к круговой. Во время каждого обращения по орбите вскоре после образования двойной обычно происходит потеря части энергии - ( vTms / v ериастр) 2 Ka отмечалось выше [ ср. Поэтому орбита становится круговой после приблизительно ( v epHacrp rms) 2 оборотов. Эти приливные процессы характерны для захвата и слияния как галактик, так и звезд. В случае галактик приливная диссипация может усилить эффекты динамического трения во время слияния. Основным механизмом диссипации здесь является не излучение тепла, а выброс звезд с высокими скоростями в гало и за его пределы. [11]
Воздействие приливного трения на элементы орбиты Луны ( большую полуось, наклонение и эксцентриситет) хорошо известно. Общая черта всех этих расчетов та, что, если современное приливное запаздывание считать постоянным во времени, то получается, что Земля и Луна были очень близки друг к другу всего 1 7 - 10 лет назад. Это заставило Макдональда [125] предположить, что современная система Земля - Луна возникла относительно недавно и что до этого времени у Земли было несколько меньших лун. Однако наличие огромного количества кратеров на поверхности Луны и отсутствие геологических сведений относительно многочисленных ударов в древних породах делает эту гипотезу невероятной. Таким образом, темп приливной диссипации мог сильно меняться в течение геологического времени, и это усложнение не учитывалось в расчетах динамики Земли и Луны. [12]
Естественно предположить, что при эллиптичной орбите действие ускоряющих сил на Луну будет наибольшим вблизи перигея, так как возникающие на Земле приливы в этом случае оказываются наиболее высокими благодаря меньшему расстоянию до Луны. Если ускоряющие силы действовали бы на Луну только в перигее, то ее расстояние в апогее непрерывно увеличивалось бы, в то время как перигей оставался постоянным; таким образом, эксцентриситет возрастал бы. С другой стороны, если бы ускоряющие силы были постоянны вдоль всей орбиты, то эксцентриситет должен был уменьшаться. В действительности увеличение или уменьшение эксцентриситета зависит от того, как меняется средняя ускоряющая сила ( или приливное возмущение, действующее на Землю) с изменением расстояния до Луны. Исходя из разумного предположения об обратной пропорциональности приливного возмущающего момента и расстояния до Луны, можно показать [16], что эксцентриситет будет увеличиваться. С другой стороны, Юри и др. [48] показали, что в настоящее время приливная диссипация внутри Луны стремится уменьшить эллиптичность. [13]
Скорость вращения Земли, период и среднее движение Луны, среднее расстояние или большая полуось лунной орбиты - все эти параметры являются взаимозависимыми. Мы будем рассматривать среднее движение Луны, имея в виду, что остальные элементы тоже соответственно изменяются. Уже было отмечено, что приливная диссипация, каков бы ни был ее механизм, уменьшает среднее движение. Дарвин нашел, что скорость этого уменьшения зависит от величины вязкости, принятой для тела Земли. Согласно Дарвину, при вязкости, дающей наибольший эффект, всего 50 000 000 лет назад Земля и Луна могли быть очень близки друг к другу, обращаясь с периодом в 4 ч или меньше. Процесс в будущем будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто состояние, при котором оба тела будут постоянно обращены друг к другу одними и теми же полушариями и будут обращаться с периодом около 50 современных суток. Однако результаты Дарвина трудно принять, если учесть, что приливная диссипация обеспечивается не вязкими силами и, вероятно, даже не силами в теле Земли, и сам Дарвин не настаивал на достоверности своей временной шкалы. [14]