Где же притягивающее действие у малых тел Солнечной системы?

В Солнечной системе собственное тяготение с полной очевидностью имеется у Солнца, планет и Луны; а также, если судить по наличию атмосферы, у Титана. Что касается остальных спутников планет, то мы обнаруживаем следующее.

Во-первых, даже в случаях самых крупных спутников (в том числе и Титана) не обнаружена динамическая реакция их планет – которые, в согласии с законом всемирного тяготения, должны обращаться вокруг общего со спутником центра масс.

Во-вторых, о тяготении спутников планет свидетельствовало бы наличие у них атмосфер. Но, за исключением Титана, явных признаков атмосфер ни у кого из них не обнаружено.

В-третьих, ни у кого из шести десятков известных на сегодня спутников планет не обнаружено ни одного собственного спутничка. В свете теории вероятностей, такое положение вещей выглядит довольно-таки странным.

В-четвёртых, особого упоминания заслуживают т.н. динамические определения масс спутников, основанные на аксиоме о том, что спутники одной планеты непременно возмущают движение друг друга. Если в действительности спутники не притягивают друг друга, то динамические определения их масс являются попытками решения некорректно поставленной задачи. И признаки этого – действительно налицо: результаты применения этой методики оказываются расплывчатыми и неоднозначными. Вот комментарии определения де Ситтером масс четвёрки крупных спутников Юпитера, на основе полученного им периодического решения: «Фактические орбиты спутников не соответствуют в точности периодическому решению, но могут быть получены из периодического решения вариацией координат и компонент скорости…», и далее: «…трудностью является медленная сходимость аналитического разложения по степеням масс» [М2]. Тем не менее, значения масс, «данные де Ситтером, следует считать наилучшими… Всякое уточнение этих значений потребовало бы построения новой теории, …потребовался бы также новый ряд наблюдений положений этих спутников» [Д1]. Выбранные здесь «наиболее вероятные» значения масс спутников – из набора не повторяющихся значений – едва ли могут служить доказательством того, что спутники действительно притягивают друг друга. Скорее, мы имеем свидетельство о том, что притягивающего действия у них как раз нет.

Такое положение с собственным тяготением у спутников планет является тревожным, поэтому нас пытаются убедить в том, что признаки собственного тяготения имеются хотя бы у астероидов. «Смотрите, - показывали нам фотографии, - на поверхности астероида лежат валуны!» Но мы присматривались и обнаруживали, что эти валуны не «лежат» на поверхности, они вплавлены в неё. «Смотрите, - показывали нам другие фотографии, - на поверхности астероида видны озёра пыли!» Но пыль – если там действительно пыль – может держаться, например, на электростатике… Вот если у астероида обнаружился бы обращающийся вокруг него спутничек – это было бы похоже на доказательство наличия у астероида собственного тяготения.

Ой, до чего же исследователям хотелось обнаружить такие спутнички! Для их визуального обнаружения, у наземных оптических телескопов было недостаточно хороша разрешающая сила, поэтому приходилось выкручиваться. Отыщут астероид с переменным блеском и заявят: это из-за того, что спутничек его периодически затмевает. Да нет, говорят им, это один астероид, просто он вращается и блестит то тёмной, то светлой гранями. Тогда отыщут астероид с двойной периодичностью кривой блеска: уж тут-то точно спутничек затмевает! Да нет, говорят им, это опять один астероид, только с асимметричной формой – например, с выростом – и он испытывает два вращения сразу. Тогда предъявят радио-изображения тесной парочки: допплеровские сдвиги свидетельствуют о её вращении около общего центра [П1]! Да нет, говорят им, это опять вращается один астероид, с перемычкой – радио-изображения и допплеровские сдвиги будут такие же.

Неизвестно, сколько бы ещё длилась эта сказка про белого бычка, если бы не дальний космический зонд ГАЛИЛЕО. 28 августа 1993 года, пролетая рядом с астероидом Ида, этот зонд сделал серию его снимков, которые затем передал по радиоканалу на Землю. Оказалось, что на этих снимках запечатлён небольшой объект рядом с Идой; его назвали Дактилем.

Если бы этот фотосеанс длился достаточно долго для того, чтобы зафиксировать обращение Дактиля вокруг Иды, то открытие спутника у астероида не вызывало бы сомнений. Но, увы, за короткое время пролёта зонда взаимное положение Иды и Дактиля, практически, не изменилось. При том, что масса Иды не была известна, реконструкция орбиты Дактиля, на основе закона всемирного тяготения, допускала весьма значительную неопределённость. Это не мы придумали, это они сами пишут: «Почти сразу стало ясно, что массу/плотность Иды не получить вместе с определением орбиты Дактиля. Вместо этого, был сконструирован набор его орбит – для различных возможных значений массы/плотности Иды, от 1.5 до 4.0 г/см³. Для различных значений плотности различны и орбиты, причём, для названного диапазона плотностей, орбиты различаются очень сильно. При плотностях Иды, меньших примерно 2.1 г/см³, орбиты оказываются всего лишь гиперболическими. При б о льших плотностях Иды орбиты являются эллиптическими с огромными удалениями в апоцентрах, с удалениями в перицентрах примерно 80-85 км, и с периодами, различающимися от примерно одних суток до многих десятков суток. При плотности примерно 2.8 г/см³, орбита почти круговая… с периодом около 27 часов. Для ещё больших плотностей, эллиптические орбиты имеют удаления в апоцентрах 95-100 км, а удаления в перицентрах уменьшаются с увеличением плотности. Для плотности Иды более чем 2.9 г/см³, удаление в перицентре меньше 75 км и период меньше 24 часов…» [ВЕБ1] (перевод наш).

Давайте же смотреть правде в глаза: доказательства того, что Дактиль действительно обращался вокруг Иды – отсутствуют, как отсутствуют и доказательства того, что Ида оказывала на движение Дактиля хоть какое-то воздействие. Несмотря на, мягко говоря, сомнительность «первого достоверного» открытия спутника у астероида, из этого события сделали целую сенсацию. Ну, понятно: общественности не полагается знать, что учёные мужи, на переднем крае науки и техники, фигнёй страдают. Общественности полагается радоваться великим свершениям!

А больше всех обрадовались астрономы, которые как раз вводили в строй новейшие астрооптические инструменты – телескопы с адаптивной оптикой. Это – редкостная прелесть. У обычных телескопов разрешение ограничено помехами, которые дают подвижки воздуха: абсолютно спокойной атмосферы не бывает. А при работе адаптивной оптики, все подвижки изображения в рабочем поле компенсируются и, с помощью компьютерной обработки, исключаются из результирующей картинки. То есть, ведёте вы таким телескопом какой-нибудь астероид (особенно хорошо, если он сам не вращается), и получаете его чёткий образ, а всё остальное – начисто отсекается! Причём, отсекаются не только шумы из-за подвижек воздуха – отсекается и звёздное небо, на фоне которого астероид летит. Автоматика – она же тупая! На снимках, сделанных с помощью обычных телескопов, звездное небо присутствует – что может худо-бедно свидетельствовать о том, что астроном не спал в ту самую ночь. А смотришь на эти «адаптивные» картинки – и недоумеваешь: а не состряпаны ли они, по-простому, средствами компьютерной анимации? Ведь никто не проконтролирует!

Так вот, с помощью этой модерновой техники, астрономы кинулись выдавать «убедительные свидетельства» о наличии спутников у астероидов. Но, при ознакомлении с доступными сообщениями на эту тему, создаётся впечатление, что, включившись в «охоту за двойными астероидами», исследователи торопились делать свои приоритетные заявления, откладывая их надёжное обоснование «на потом». Если на интервале в несколько ночей воспроизводился образ объекта на небольшом угловом расстоянии от астероида, то объект классифицировался как спутник. В сообщениях не приводились доказательства того, что этот «спутник» действительно обращался вокруг астероида, и для параметров орбиты «спутника» давались, в лучшем случае, «предварительные оценки». Причём, эти так называемые оценки делались на основе минимального числа изображений. Лишь в единичных случаях сообщалось всего о трёх (!) взаимных положениях компаньонов [ВЕБ2], в большинстве же случаев обходились даже без этого [ВЕБ3-ВЕБ6].

Но ведь, при таких делах, параметры орбиты определить невозможно! Откуда же взялись значения периодов обращения спутников соответствующих астероидов, приведённые, например, в обзоре [ВЕБ7]? Для каждой из этих цифр следовало бы указать первоисточник, но этого не сделано. Впрочем, автора винить не следует: взгляните на официальный список параметров двойных астероидов, в том числе и параметров орбит их спутников [ВЕБ8]. Этот список сопровождается многочисленными ссылками, но эти ссылки – в никуда. Изучая их, нам так и не удалось прояснить происхождение приводимых цифр!

Придётся нам констатировать, что список имеющих спутники астероидов – на конец 2005 г. их насчитывалось около семи десятков – составлялся на основе необоснованных заявлений. То, что есть парочки астероидов, которые просто летят рядом – это мы не оспариваем. Но не следует привирать, что эти парочки обращаются около общего центра масс! Ибо доказательств такого обращения – нету. Значит, нет доказательств и того, что астероиды имеют собственное тяготение – способное удерживать естественные спутнички.

Но нас пытаются убедить в том, что уже дважды на орбиту вокруг астероида успешно выводились космические аппараты! Уж тут-то, мол, всё было без дураков! И что же мы видим?

Первым, без дураков, был американский зонд NEAR, который подогнали близко к астероиду Эрос – с вектором скорости, мало отличавшимся от вектора скорости Эроса на его околосолнечной орбите. Всё было сделано идеально для того, чтобы зонд захватился тяготением астероида и стал его искусственным спутником. «Так и вышло!» - уверяют нас. Ой ли? А зачем же – после этого захвата – на протяжении всего времени, пока NEAR летал около Эроса, требовалось огромное количество незапланированных включений двигателя? Нам об этом известно потому, что ныне ход научных космических миссий освещается в реальном времени на официальных сайтах космических агентств и обсуждается на специализированных интернет-форумах. «Двигатель включался для коррекций орбиты» - поясняли специалисты из NASA. «Коррекции орбиты «посыпались» одна за другой» - вторили им комментаторы на портале «Новости космонавтики» [ВЕБ9]. Странная потребность во множестве незапланированных коррекций орбиты для успешного хода миссии настолько бросалась в глаза, что по ходу дела американцам пришлось придумывать объяснение происходящему. Судя по материалам того же источника [ВЕБ9], таких объяснений придумали аж два. Согласно первому, множественные незапланированные коррекции орбиты потребовались для того, чтобы зонд, со своими солнечными батареями, поменьше находился в тени. Но отсюда прямо следовало, что, при разработке проекта, орбиту зонда рассчитывали идиоты – а другие идиоты всё это утвердили. Поэтому выдвинули вторую версию. Оказывается, команде управленцев полётом пришлось иметь дело с двумя группами учёных, научные интересы которых расходились в вопросе о желательном удалении зонда от поверхности астероида – оттого-то, якобы, управленцы всё время были вынуждены то уводить зонд подальше от астероида, то, наоборот, подводить поближе к нему. Мол, это всё из-за учёных – что на протяжении года зонду не дали сделать ни одного полного витка по нормальной кеплеровой траектории!

А откуда мы это знаем? Да мы ещё не совсем забыли, чему нас учили в школе: сразу после одного-двух таких нормальных витков можно было вычислить массу Эроса! И не нужно быть пророком, чтобы быть уверенным: быстрое определение массы Эроса было запланированной сенсацией. Ну, не сумасшедшие же рулили зондом NEAR! На орбиту, его, значит, вывели – дальше просто немного подождите, пока он сделает виток, и масса Эроса у вас на блюдечке! Но нет – ученые, мол, этого не допустили. Пришлось идти у них на поводу и постоянно корректировать орбиту! Театр абсурда какой-то!

Но в этом театре абсурда всё моментально проясняется, если иметь в виду, что собственного тяготения у астероида Эроса нет – а, значит, и никакого захвата зонда этим тяготением не было. Однако, надо же было удерживать зонд рядом с астероидом – вот и приходилось незапланированно включать двигатель, чтобы изменять направление дрейфа зонда около астероида. Так и гоняли зонд по кусочно-ломаной траектории вокруг астероида – в течение года! Это и называлось у них «успешным выводом на орбиту».

Да, но ведь запасы рабочего вещества для ионного движка зонда со временем должны закончиться? Именно! Нехорошо получится. Ведь планировалось так и оставить зонд на орбите вокруг Эроса – чтобы надолго сохранилось свидетельство о выдающемся научно-техническом достижении. А зонд, после прекращения «коррекций орбиты», возьмёт да уйдёт от астероида! Выяснится, чего доброго, что никакой орбиты-то не было, и что руководители проекта дурачили общественность. Вот и решили: когда запасы рабочего вещества подойдут к концу, надо будет грохнуть зонд о поверхность астероида – называя это попыткой мягкой посадки. Непосвящённых привела в восторг смелость этого решения, ведь «к посадке зонд был совершенно не приспособлен»! Кстати, как делать «посадку» на объект, не имеющий собственного тяготения? Это делалось впервые в истории! Здесь не требуется традиционный тормозной манёвр на орбите: нужно направиться прямо на объект – и, перед столкновением, притормозить. Или – не притормозить, понимаете? В общем, посадка вышла та, что надо: грохнутый об поверхность зонд подавал признаки жизни ещё в течение месяца…

Повторяем, все эти события обсуждались в реальном времени на форумах – где специалисты мемекали и бебекали, не находя разумных объяснений творившемуся абсурду. Но, спустя некоторое время, умники из NASA переписали историю – самое главное, выдали официальный протокол: «полный» список коррекций орбиты NEAR. Причём, для каждой коррекции обнародовали все интимные подробности – и обоснование, и параметры, и дату-время. Это они вот зачем: вдруг кто-нибудь лет через десять возбухнет – а зачем вы, мол, включали двигатель не по делу? Так тогда его – мордой в этот протокол! Всё, мол, было по делу, недоумок! Был, мол, типичный орбитальный полёт!

Знаете, каков был главный источник проблем в миссии NEAR? А он был таков: двигатель зонда включался командами с Земли! О каждом включении знало слишком много народу, вот и пришлось отдуваться за незапланированные «коррекции орбиты». Хитрые японцы устранили эту проблему напрочь: их зонд HAYABUSA, который они отправили к астероиду Итокава, был «оснащён автономной системой навигации, которая позволяет ему сближаться с астероидами в полностью автоматическом режиме, без участия наземных операторов» [ВЕБ10]. При этом проблемы с удержанием зонда вблизи астероида не слишком бросались в глаза, и основные усилия японцы сосредоточили на выполнении научной программы.

В частности, планировалось высадить на Итокаву исследовательский робот, который, после отделения от зонда на положенной высоте, должен был очень медленно упасть на поверхность. Но… не упал. «Микроробот «Минерва»… успешно стартовал с зонда «Хаябуса» в субботу, 12 ноября 2005г., но вскоре начал удаляться от астероида» [ВЕБ11]. Так и уплыл он в космические дали. Странным образом, это не поколебало уверенность специалистов в том, что у астероида имеется собственное тяготение. Действуя вполне последовательно, они отправили на поверхность астероида ещё одну болваночку без двигателей – отражающий шарик, который должен был выполнять роль навигационного маркера при работе лазерных дальномеров, обеспечивающих посадку на астероид самого зонда, для взятия пробы грунта. Когда дело дошло до работы лазерных дальномеров… ну, в общем, выяснилось, что шарика-отражателя нет на положенном месте. Куда он мог деться, если его аккуратно сбросили с высоты всего в 40 метров [ВЕБ30], и ему оставалось лишь опуститься на поверхность, двигаясь с мизерным ускорением? И это был уже второй прокол подряд! И второй раз подряд японцам пришлось давать смехотворные, наскоро состряпанные объяснения [Г17]! Но здесь уже не выдержали журналисты. Они обрушились на руководителей проекта с требованием, чтобы вторая попытка посадки зонда на поверхность астероида освещалась в прямом эфире. Неслыханная наглость, правда? Но уж так был крепок маразм происходящего, что пришлось японцам согласиться на прямой эфир. Правда, в этом прямом эфире, по ходу второй попытки посадки, связь с зондом на самом интересном месте прервалась. Как по заказу! Так что сел ли японский зонд на астероид, и взял ли он там пробу грунта – науке неизвестно.

После этого, массовый интерес к зонду HAYABUSA угас, и мало-помалу страсти улеглись. Спустя год, провели даже научную конференцию по тематике HAYABUSA-Итокава. Среди всего прочего, там демонстрировалась гравиметрическая карта астероида. Сам видел – редкой красоты вещь! Выполнена в традициях дзен; оказывает успокаивающее и расслабляющее действие. Созерцая этот шедевр, ни за что не подумаешь, что болванки без движков рядом с астероидом не удерживались!

2.6 Малые планеты: как же они ускоряются к Солнцу?

Из закона всемирного тяготения следует, что притяжение к нескольким массивным телам равно векторной сумме притяжений к каждому из них по отдельности. Т.е., тяготения нескольких тел действуют совместно, аддитивно. Такой подход приводит к поразительному парадоксу; мы изложим его в терминах гравитационных потенциалов.

Тело, имеющее собственное тяготение, находится в центре своей потенциальной ямы. Быть в яме означает быть в устойчивом равновесии. Отчего же малое тело, находясь вблизи много большего тела, ускоряется к нему? Оттого, говорят нам, что потенциальная ямка малого тела, складываясь с потенциальным склоном большого тела, возмущает этот склон настолько слабо, что суммарное распределение потенциала в объёме малого тела представляет собой, в первом приближении, склон, а не ямку – а по склону тело должно «скатываться». Очень хорошо! Теперь пусть малое тело удаляется всё дальше от большого. При этом крутизна потенциального склона большого тела становится всё меньше, и, наконец, она сравняется с крутизной потенциальной ямки малого тела на его поверхности. Расстояние от большого тела, на котором это произойдёт, мы называем дальностью отчуждения. За пределами дальности отчуждения малое тело находится уже не «на склоне», а «в ямке». Конечно, эта «ямка» асимметрична из-за перекоса, наводимого склоном большого тела – но теперь это, в первом приближении, ямка, а не склон. А в ямке тело должно удерживаться. С чего ему теперь «скатываться» в сторону большого тела? В перекошенной ямке у тела будет другое положение равновесия и другое распределение деформаций, чем в симметричной ямке, но перекошенная ямка будет удерживать тело не хуже, чем симметричная. Таким образом, из универсальности действия тяготения следует вывод: малое тело, находящееся за пределами дальности отчуждения от большого тела, не должно к нему ускоряться. Но практика не подтверждает этот вывод.

Действительно, для малого тела с массой m и радиусом r, дальность отчуждения D_от от большого тела с массой M есть

.

В таблице приведены рассчитанные по этой формуле дальности отчуждения от Солнца для некоторых малых планет (a – расстояние от Солнца в афелии; справочные данные взяты из [К2]).

Как можно видеть, расстояния от Солнца, на которых малые планеты, несомненно, ускоряются к нему, на порядок превосходят соответствующие дальности отчуждения. Как такое возможно? Парадокс легко разрешался бы, если у малых планет, действительно, не было бы собственного тяготения, т.е. не было бы своих потенциальных ямочек. Тогда для них не было бы и дальностей отчуждения от Солнца, и они могли бы ускоряться к нему в пределах всей области действия солнечного тяготения – что и происходит в действительности.