ТЯГОТЕНИЕ МЕРКУРИЯ И ПРОБЛЕМА ВЕКОВОГО ДВИЖЕНИЯ ЕГО ПЕРИГЕЛИЯ

А.А.Гришаев, независимый исследователь

Введение.

Научные знания о Меркурии существенно обогатились благодаря результатам работы космического зонда Маринер-10 (см., например, обзор [1]). В частности, радиоконтроль третьего пролёта Маринера-10 вблизи Меркурия дал кривую пролётного изменения скорости зонда из-за действия тяготения Меркурия [2]. Эта кривая свидетельствует, на наш взгляд, о том, что тяготение Меркурия принципиально отличается от планетарного – и, по-видимому, оно организовано аналогично тяготению Луны [3].

Тогда следует пересмотреть традиционное объяснение векового движения перигелия Меркурия. Дело в том, что если Меркурий имеет тяготение лунного типа, то движение перигелия Меркурия, обусловленное возмущениями от планет, представляет собой комбинацию только периодических компонент – поэтому вклад в вековое движение, которое традиционно приписывают возмущениям от планет (527²), требует иного объяснения.

Ниже мы предлагаем объяснение, которое основано на наших представлениях о тяготении.

Маринер-10 и тяготение Меркурия.

Зонд Маринер-10 был запущен 3 ноября 1973 г., а 4 февраля 1974 г. он прошёл рядом с Венерой. При этом был впервые выполнен пролётный гравитационный манёвр в поле тяготения планеты. В результате вектор скорости зонда довернулся к Солнцу – в расчёте на это оказалось возможным уменьшить скорость вылета из сферы действия Земли более чем на 1 км/с по сравнению со случаем свободного полёта к Меркурию [4]. Первый пролёт вблизи Меркурия состоялся 29 марта 1974 г. Далее зонд вышел на эллиптическую околосолнечную орбиту с периодом обращения, в два раза большим орбитального периода Меркурия. Таким образом, ожидалось ещё несколько встреч зонда с Меркурием – в том же месте.

При первом пролёте, в точке наибольшего сближения зонда с Меркурием, расстояние до его поверхности составило 706 км [2]. Но часть времени прохождения зонда вблизи Меркурия, включая точку наибольшего сближения, пришлась на интервал, когда Меркурий закрывал собой зонд – т.е. когда радиосвязь с ним отсутствовала. При втором пролёте, минимальное расстояние до поверхности составило слишком большую величину, около 47000 км, и проявление тяготения Меркурия не обнаружилось. При третьем же пролёте зонд находился в пределах прямой видимости с Земли, а минимальное расстояние до поверхности Меркурия составило 327 км – полученные на этот раз данные слежения наиболее информативны. Мы воспроизводим диаграмму, которая показывает изменение допплеровского сдвига при слежении за фазой несущей (»2100 МГц) на третьем пролёте [2]. На этой диаграмме хорошо виден «провал» в скорости зонда на величину ~0.6 км/с. Такой «провал», при приближении зонда «из бесконечности» на расстояние 327 км к поверхности Меркурия – имеющего радиус »2439 км – соответствует, согласно закону всемирного тяготения, массе Меркурия, которая меньше массы Солнца в (6023700±300) раз [2].

Между тем, если тяготение Меркурия было бы организовано по тем же принципам, что и тяготение планет, то изменение допплеровского сдвига имело бы другой вид. Как мы постарались показать в предыдущих статьях, ряд опытных фактов свидетельствует о том, что действие на пробные тела тяготений Солнца и планет разграничено в пространстве: в

области действия планетарного тяготения, солнечное тяготение «отключено» [5]. При пересечении космическим аппаратом границы между областями действия планетарного и солнечного тяготений, происходит переход из одной зоны «инерциального пространства» в другую, т.е. происходит скачок локально-абсолютной скорости [6] аппарата. Соответственно, порождается скачок допплеровского сдвига при радиосвязи с ним – этот непредвиденный феномен привёл к потере целого ряда советских и американских космических аппаратов на первых подлётах к Венере и Марсу [7,5]. Движение Маринера-10 при третьем пролёте вблизи Меркурия происходило почти вдоль луча зрения с Земли – и если тяготение Меркурия имело бы планетарный тип, то влёт зонда в область действия этого тяготения, а также вылет из этой области, сопровождались бы скачками допплеровского сдвига, соответствующими изменениям скорости на несколько километров в секунду. Но на приведённой выше диаграмме эти два пограничных скачка с очевидностью отсутствуют.

Аналогичная аномальная ситуация имеет место в случае с Луной: при пересечении космическим аппаратом границы области действия собственного тяготения Луны, не обнаруживается скачка допплеровского сдвига при радиосвязи с ним. Поэтому логично предположить, что собственное тяготение Меркурия организовано аналогично тому, как оно организовано у Луны – наши представления об аномальном тяготении Луны изложены в [3]. Следствия организации тяготения Меркурия по лунному типу, в частности, таковы:

а) собственное тяготение Меркурия действует на пробные тела лишь в относительно небольшой прилегающей к Меркурию области;

б) несмотря на наличие собственного тяготения, Меркурий движется вокруг Солнца как болванка, которая притягивается к Солнцу, но не вызывает у него ответной динамической реакции;

в) Меркурий не притягивает планеты и не притягивается ими, т.е. Меркурий не вызывает возмущений в движении планет; движение же самого Меркурия возмущается планетами лишь через динамическую реакцию Солнца на планеты.

Эти следствия несколько непривычны – как и наше базовое утверждение о том, что тяготение порождается не веществом – но, насколько нам известно, они не противоречат наблюдательным данным, касающимся движения больших тел в Солнечной системе.

Проблема векового движения перигелия Меркурия.

Согласно закону всемирного тяготения, все большие тела Солнечной системы попарно притягивают друг друга и, таким образом, они должны возмущать движение друг друга. В частности, воздействия планет на Меркурий должны приводить к наличию вековой компоненты движения его перигелия. Расчёт, принципы которого вкратце изложены, например, в [8], даёт для увеличения долготы перигелия Меркурия, которое обусловлено возмущениями от планет, величину »527² за столетие [9]. Если учесть также т.н. прецессию, обусловленную предварением равноденствий, т.е. медленным обратным вращением самой системы небесных координат, то в итоговом вековом смещении перигелия Меркурия ещё остаётся значительный «сухой остаток». Леверрье получил для этого остатка величину около 38² за столетие и трактовал его просто как эмпирическую поправку [9]. Ньюком, стремясь наилучшим образом согласовать теорию с движением всех четырёх внутренних планет, изменил на малую величину показатель степени в ньютоновском законе обратных квадратов; такой подход позволил «объяснить» остаток в движении перигелия Меркурия в 43².37 за столетие [10]. Наконец, Эйнштейн, на основе общей теории относительности (ОТО), получил поправку в движение перицентра, выражение для которой, за один орбитальный оборот, имеет вид [10]:

Dp = 24p³a²/c²T²(1-e²), (1)

где a - большая полуось орбиты, c - скорость света, T - период обращения по орбите, e - её эксцентриситет. Для случая Меркурия эта поправка составила 43².03 за столетие. Принято считать, что проблема векового движении перигелия Меркурия решена именно Эйнштейном.

Но, на наш взгляд, эйнштейновский подход не выдерживает критики. Мало того, что выражение (1) теряет физический смысл при стремлении эксцентриситета к нулю – давая ненулевое смещение перицентра даже для случая круговой орбиты. У выражения (1) имеется и более серьёзный недостаток. А именно, наличие в этом выражении константы c однозначно свидетельствует: оно получено на основе постулата о том, что скорость действия тяготения равна скорости света в вакууме. Но ведь уже Лапласу были известны экспериментальные свидетельства о том, что нижнее ограничение на скорость действия тяготения превышает скорость света в вакууме на 7 порядков [11]. Современные же экспериментальные методики, в частности, приём импульсов пульсаров, позволили увеличить эту цифру до 11 порядков [12]. Таким образом, об ограниченности скорости действия тяготения скоростью света в вакууме не может быть и речи. Поэтому эйнштейновский подход к проблеме движения перигелия Меркурия является заведомо некорректным, и проблема остаётся нерешённой.

Попробуем решить её на основе тезиса о том, что собственное тяготение Меркурия организовано не таким образом, как у планеты, а таким, как у Луны. В этом случае, как отмечалось выше, планеты не притягивают Меркурий: планеты притягивают Солнце и друг друга [13], но они не притягивают болванку, находящуюся за пределами областей действия планетарных тяготений. Возмущения от планет в движение такой болванки проявляются лишь через динамическую реакцию Солнца на планеты. Эта динамическая реакция заключается в соответствующей «болтанке» солнечной частотной воронки [7], что приводит к периодическим «ускорениям сноса» у болванки, движущейся по солнечным частотным склонам [14]. Результирующее смещение перигелия Меркурия, как следует из теории слабо возмущённого движения спутника [15], должно представлять собой всего лишь сумму периодических компонент – без векового смещения. Тогда вклад в движение перигелия Меркурия, равный 527² за столетие, должен быть обусловлен не возмущениями от планет, а какой-то другой причиной – и, значит, нам необходимо объяснить фактическое движение перигелия Меркурия, составляющее 527²+43²=570² за столетие.

Причина такого движения перигелия Меркурия, на наш взгляд, может заключаться в следующем. Организация тяготения по лунному типу означает, что в области действия тяготения Меркурия солнечное тяготение не «отключено». Меркурий не покоится в собственной частотной воронке, как планета, а движется по солнечному частотному склону, и поэтому локально-абсолютные скорости элементов объёма Меркурия имеют составляющую, равную его орбитальной скорости. Поскольку Меркурий имеет также вращение вокруг собственной оси, то сложение этого собственного вращения с орбитальным движением создаёт в объёме Меркурия градиенты локально-абсолютных скоростей. Эти градиенты локально-абсолютных скоростей, в свою очередь, порождают безопорное силовое воздействие на Меркурий, направленное от Солнца. Действительно, как мы постарались показать в [16], спутник, движущийся по орбите с тангенциальной скоростью V при радиус-векторе R, и испытывающий собственное вращение с угловой скоростью w, вектор которой сонаправлен с вектором орбитальной угловой скорости, имеет приращение центробежного ускорения

Da_R ~ 4Vwr/R, (2)

где r – характерный радиус спутника. Как следует из теории движения спутника с непрерывной малой тягой [15], положительное радиальное ускорение Da_R приводит к медленному вращению линии апсид в сторону орбитального движения; за один оборот по орбите с малым эксцентриситетом происходит смещение перицентра на угол

q » 2pDa_R/(GM/R²), (3)

где GM – гравитационный параметр силового центра, т.е. произведение гравитационной постоянной на его массу. На основе (2) и (3), для векового движения перигелия Меркурия получаем:

q₁₀₀ » 8pNh cosa VwRr/GM, (4)

где N»415 – число орбитальных оборотов Меркурия за сто лет, h»0.5 – геометрический фактор, cosa»1 - косинус угла наклона экватора к орбите, V – средняя орбитальная скорость Меркурия, w - угловая скорость его собственного вращения, R – средний радиус орбиты Меркурия, r – его радиус, M – масса Солнца. Непосредственный расчёт по формуле (4) даёт q₁₀₀»67000², т.е. значение, на два порядка большее фактической цифры 570². Но это несоответствие устраняется, если допустить, что Меркурий представляет собой не сплошное тело, а тонкостенную оболочку – по аналогии с Луной, экспериментальные свидетельства о тонкостенности которой приведены, например, в [3]. Если Меркурий действительно является пустотелой оболочкой с толщиной Dr, то в формуле (4) следует заменить радиус r на толщину Dr. И тогда, зная фактическую величину векового движения перигелия Меркурия, возможно оценить толщину его оболочки, которая оказывается равной примерно 21 км.

Эта цифра не представляется нам абсурдной – даже в связи с проблемой обеспечения достаточной прочности сферической оболочки с радиусом 2439 км и с толщиной, на два порядка меньшей. Эта проблема не так велика, как представляется на первый взгляд – если, как мы уже отмечали для случая Луны [3], собственное тяготение Меркурия действует в его окрестностях и лишь в тонком приповерхностном слое грунта. Тогда подавляющая часть вещества Меркурия подвержена действию лишь солнечного тяготения и, находясь в орбитальном околосолнечном движении, пребывает в состоянии, близком к невесомости. Кстати, на экваторе Меркурия обнаружилась огромная особенность – т.н. котловина Калорис, с диаметром 1300 км [1]. Нам не удалось найти данных о глубине этой котловины, причём на фотомозаике, сделанной из снимков Маринера-10, центральная часть этой котловины теряется во мраке. Мы не исключаем того, что в центральной части котловины Калорис имеется сквозное отверстие в оболочке Меркурия. Надеемся, что этот вопрос будет прояснён с помощью запущенного к Меркурию зонда «Мессенджер».

Меркурий – несостоявшийся спутник Венеры?

Усомниться в правильности традиционного мнения о том, что Меркурий является планетой, позволяет поразительное сходство Меркурия с Луной. Это сходство заключается не только в сопоставимости их размеров. Ещё до запуска Маринера-10, благодаря наблюдениям с Земли, было известно, что поверхность Меркурия «отражает электромагнитное излучение на всех длинах волн точно таким же образом, как и Луна (принимая во внимание разницу в их удалениях от Солнца)» [1]. «Оптические и термоэмиссионные свойства Меркурия (альбедо, фотометрическая функция, поляризация, спектральные характеристики, тепловая инерция и т.д.) были измерены с Земли и оказались, фактически, идентичными лунным» [1]. Сходство спектральных характеристик Меркурия с лунными позволило сделать вывод о том, что «поверхность Меркурия покрыта луноподобным реголитом – стеклообразным, обогащённым железом и титаном» [1], причём обнаружились также небольшие различия в спектрах тех или иных регионов, аналогичные различиям в спектрах лунных материков и морей. Все эти выводы были подтверждены и ещё более детализированы измерениями с борта Маринера-10. Кроме того, фотографии Меркурия, сделанные Маринером-10, показали, что рельеф поверхности Меркурия также весьма схож с лунным – как на больших масштабах (материки, моря, кольцевые горы), так и на малых (кратеры). Даже специалисты иногда затруднялись различить, какие фотографии изображали участок поверхности Луны, а какие – участок поверхности Меркурия.

При таком сходстве Меркурия и Луны, вполне логично выглядит наше предположение о том, что и тяготение Меркурия организовано аналогично тому, как оно организовано у Луны, т.е. иначе, чем в случае планеты – тем более что это предположение обосновано данными радиоконтроля за полётом Маринера-10 (см. выше). На основе этого предположения мы пришли к тому, что Меркурий и Луна, по-видимому, имеют ещё одно общее свойство: они представляют собой не сплошные тела, а пустотелые тонкостенные оболочки.

С учётом вышеизложенного, едва ли следует считать Меркурий полноценной планетой. Орбита Меркурия имеет аномально большой эксцентриситет (0.206) и аномально большое наклонение к эклиптике (7°); и не нова идея о том, что Меркурий является бывшим спутником Венеры. К сожалению, автор этой идеи нам неизвестен. Среди специалистов, которые являются сторонниками этой идеи, называют, например, Ван Фландерна и Харрингтона (см. [1]).

Движение перигелия Меркурия и ОТО.

Принято считать, что с вековым движением перигелия Меркурия связано одно из трёх главных опытных подтверждений ОТО. Напомним, как обстоят дела с её двумя другими главными подтверждениями.

Первым считается обнаружение Эддингтоном гравитационного отклонения света, проходящего вблизи Солнца – по заметным во время солнечного затмения смещениям видимых положений звёзд. Эддингтон ограничился устным заявлением о верности ОТО, но не опубликовал ни анализа погрешностей, ни полученных им фотографий, ни методики отбраковки тех из них, которые были расценены как «плохие». Сама идея подобных измерений представляется нам бессмысленной: свет, формирующий изображения звёзд, прежде проходит через нестационарную солнечную корону, из-за чего изображения могут смещаться в произвольном направлении и на произвольную величину. Но даже в идеализированном случае, т.е. при отсутствии этих произвольных смещений изображений, эксперимент Эддингтона был обречён на бездоказательность. В статье [17], написанной специалистом по практической астрономии, приведён подробный анализ инструментальных и методических погрешностей в эксперименте Эддингтона. Этот анализ с очевидностью показывает, что «в данном эксперименте измеряемая величина находилась глубоко под ошибками измерения… вывод о правильности ОТО, основанный на результатах этой экспедиции, является неправомерным и принципиально некорректным» [17].

Вторым подтверждением ОТО считается обнаружение «гравитационного красного смещения», т.е. изменения частоты света при его распространении в изменяющемся гравитационном потенциале. Паунд и Ребка [18] полагали, что с помощью мёссбауэровской спектроскопии они обнаружили именно сдвиг частоты, который приобретают гамма-кванты при вертикальном движении. Но, как следует из той же ОТО, если источник и поглотитель гамма-квантов – с изначально совпадающими линиями – разнести на разные высоты, то их линии уже не будут совпадать: разность составит, в относительном исчислении, ту же самую величину, что и величина «гравитационного красного смещения». Если, при наличии этого несовпадения линий излучения и поглощения, ещё и гамма-кванты изменяли бы свою частоту при вертикальном движении, то измеряемый эффект у Паунда и Ребки был бы удвоенный – а он был одинарный. В дальнейшем, в экспериментах с перевозимыми атомными часами выяснилось, что гравитационные сдвиги энергетических уровней в веществе, несомненно, происходят. Но это означает, что гравитационные сдвиги частоты у квантов света отсутствуют [19], т.е. второе опытное подтверждение ОТО – в изначальной формулировке – также оказывается несостоятельным. Положение не спасает даже уточнённая формулировка: о том, что ОТО предсказывает «гравитационное замедление времени». Такое фундаментальное явление, как замедление времени, приводило бы – при равных условиях – к одинаковым относительным сдвигам частот у генераторов всех типов. Но известно, что гравитационные сдвиги у квантовых стандартов частоты имеют место, а у прецизионных кварцевых – нет [20]; значит, о «гравитационном замедлении времени» не может быть и речи.

Наконец, в данной статье мы постарались показать, что эйнштейновский подход к проблеме векового движения перигелия Меркурия является заведомо некорректным. Как можно видеть, не работает ни одно из трёх главных «опытных подтверждений» ОТО.

Заключение.

Поскольку проблема движения перигелия Меркурия оставалась, фактически, нерешённой, мы попытались решить её на основе наших представлений о тяготении. Вековое движение перигелия Меркурия объясняется, если допустить, что тяготение Меркурия организовано не так, как у планеты, а так, как у Луны. Если наш подход верен, то, в дополнение к известному сходству Меркурия и Луны по внешнему виду, морфологии и физическим свойствам поверхности, высвечивается их существенно большее сходство – что представляется нам логичным и правдоподобным.

Автор благодарит участников форума на www.astronomy.ru за полезные ссылки на первоисточники.

Ссылки.

1. D.E.Gault, J.A.Burns, P.Cassen. Mercury. Ann.Rev.Astron.Astrophys., 15 (1977) 97-126.

Доступна также в Интернете –

http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=1977ARA%26A..15…97G

2. P.B.Esposito, J.D.Anderson, T.Y.Ng. Experimental determination of Mercury’s mass and oblateness. Space Research, 17 (1977) 639-644. M.J.Rycroft, Editor. «Pergamon Press», Oxford-…-Frankfurt, 1977.

3. А.А.Гришаев. «Зыбкое пространство», порождающее собственное тяготение Луны. – Доступна на данном сайте.

4. В.И.Левантовский. Механика космического полёта в элементарном изложении. «Наука», М., 1974.

5. А.А.Гришаев. К реальной динамике пробных тел: локально-абсолютные ускорения. – Доступна на данном сайте.

6. А.А.Гришаев. Эксперимент Майкельсона-Морли: детектирование локально-абсолютной скорости? – Доступна на данном сайте.

7. А.А.Гришаев. Межпланетные полёты и концепция локально-абсолютных скоростей. – Доступна на данном сайте.

8. К.А.Куликов. Фундаментальные постоянные астрономии. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М., 1956.

9. В.К.Абалакин. Основы эфемеридной астрономии. «Наука», М., 1979.

10. М.Ф.Субботин. Введение в теоретическую астрономию. «Наука», М., 1968.

11. Пьер Симон Лаплас. Изложение системы мира. «Наука», Л., 1982.

12. T. Van Flandern. The speed of gravity – what the experiments say. Phys.Lett. A, 250 (1998) 1.

13. А.А.Гришаев. Взаимное тяготение звёзд и планет обусловлено… алгоритмически? – Доступна на данном сайте.

14. А.А.Гришаев. Иерархия частотных склонов в роли «светоносного эфира». – Доступна на данном сайте.

15. К.Б.Алексеев, Г.Г.Бебенин, В.А.Ярошевский. Маневрирование космических аппаратов. «Машиностроение», М., 1950.

16. А.А.Гришаев. Частотно-градиентная природа центробежных сил. – Доступна на данном сайте.

17. Г.Ивченков. Самое важное подтверждение ОТО, или что измерил лорд Эддингтон в 1919 г. http://new-idea.kulichki.net/?mode=art&pf=eddington.htm

18. R.V.Pound, G.A.Rebka. Phys.Rev.Lett., 4 (1960) 337.

19. А.А.Гришаев. О природе релятивистских и гравитационных сдвигов частот квантовых осцилляторов. – Доступна на данном сайте.

20. А.А.Гришаев. Одинаковы ли релятивистские и гравитационные сдвиги частот у квантовых и классических осцилляторов? – Доступна на данном сайте.

Источник: http://newfiz.info

Поступило на сайт: 12 марта 2007.