Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - Алексей Михайлович Семихатов

платоновых тел, но в некотором роде такая же, – которая могла бы их фиксировать? Или их значения – дело случая в том смысле, что они как-то распределены по очень большому числу разных вселенных, а мы просто возникли в одной из них? Напрашивается параллель с временами Кеплера: пока познание было заперто в пределах одной планетной системы, а действующие в ней механизмы причин и следствий были неясны, все ее отличительные черты можно было принимать за единственно возможные. Однако взгляд «наружу» (как и взгляд «вглубь», в причины и следствия) быстро показывает, что детали каждой из планетных систем достаточно случайны и не могут однозначно определяться фундаментальными законами природы. Но эта аналогия небезобидна, ведь мы заперты внутри одной-единственной вселенной, и способов выглянуть из нее наружу и познакомиться с другими вселенными не просматривается. Аргументы, вовлекающие другие вселенные, при всей своей способности будоражить воображение, опасно близки к традиционно понимаемым границам науки, которая имеет дело с тем, что воспроизводимо, и выводы которой должны допускать принципиальную возможность опровержения при столкновении с наблюдениями. За неимением взгляда «наружу» остается взгляд «вглубь», в теоретические построения по поводу самых фундаментальных механизмов, но состояние наших знаний на данный момент не позволяет прийти к сколько-нибудь однозначным выводам; интерпретации теоретических схем неизбежно смешиваются тут с некоторым философским выбором.

Орбиты-подковы. Механизм обмена количеством движения, который с завидным постоянством демонстрируют Янус и Эпиметей, должен был проявлять себя в молодой Солнечной системе, пусть и не с установившейся регулярностью, но в ситуациях иного масштаба и с намного более серьезными последствиями: большие планеты могли исходно сформироваться не на тех орбитах, которые они занимают сейчас, а потом мигрировать, обмениваясь количеством движения. Для небесных тел сравнимой массы изменения их орбит при этом взаимны; но если подобное происходит с двумя телами, одно из которых массивное, а другое – очень легкое, то вся «суета» выпадает на долю легкого.

Наша собственная планета, например, управляется своей гравитацией с несколькими астероидами, заставляя их менять орбиту. Происходящее иногда описывают словами «подковообразная орбита»; такая орбита показана на рис. 3.18. Хотя орбита такого астероида, очевидно, некеплерова, из рисунка ни в коем случае не следует заключать, что он летает вокруг Солнца «то вперед, то назад», реально описывая контур подковы. Всю картину надо рассматривать так же, как рис. 2.4: она вращается против часовой стрелки вокруг Солнца. Астероид догоняет Землю, находясь на орбите меньшего радиуса вокруг Солнца, и в точке A притяжение Земли делается существенным, из-за чего, как мы уже не раз обсуждали, астероид переходит (B) на более далекую от Солнца орбиту (C) и замедляется. При этом, конечно, он продолжает вращение вокруг Солнца и никогда не движется буквально в радиальном направлении A – C: радиальным это направление выглядит только с точки зрения астронома на Земле, в действительности же, пока астероид добирался из A в C, вся картинка повернулась как целое и астероид вместе с Землей пролетел заметный участок орбиты вокруг Солнца. Выбравшись на более далекую орбиту, астероид начинает отставать от Земли: оба продолжают, разумеется, вращаться вокруг Солнца, но астроном на Земле видит, что астероид удаляется от него, пройдя точку C и отставая все сильнее: его расстояние от Земли увеличивается, что с точки зрения астронома выглядит как возвратное движение по подкове. Это удаление от Земли происходит медленно, потому что оно определяется разностью двух скоростей, и оба тела успеют сделать немало оборотов вокруг Солнца (другими словами, успевает пройти много лет), пока астероид отстанет на почти полный оборот. Астроном на Земле (или, скорее, его внук) обнаружит астероид в точке D, начиная откуда события будут развиваться противоположно тому, как это описано в мемуарах деда: Земля, в действительности догоняя астероид, тянет его к себе, отчего тот переходит на более близкую к Солнцу и более быструю орбиту и, пройдя точку E, получает прибавку в скорости и начинает удаляться от Земли. Скорость удаления – это снова разность скоростей астероида и Земли. Обгоняя Землю в ее движении, астероид в конце концов обгонит ее почти на целый оборот, сменившиеся поколения астрономов обнаружат его в точке A относительно Земли, и история повторится.

Рис. 3.18. Подковообразная орбита астероида. Такой она выглядит для астронома с Земли, который решил считать себя неподвижным. Вычерчивание астероидом всей подковы может занять пару сотен лет. Параметры подковы показаны с огромным преувеличением по сравнению с расстоянием от Солнца до Земли: в действительности внутренний и внешний радиусы подковы различаются на несколько тысячных долей радиуса земной орбиты

Подкова описывает переходы между более внешней и более внутренней орбитами

Подобное движение может оказаться более сложным, если орбита астероида наклонена по отношению к плоскости орбиты Земли и/или если эллипс, по которому пытается лететь астероид, пока в дело не вмешивается Земля, более вытянут, чем (почти круговая) орбита Земли; движение определенно оказывается более сложным из-за притяжения Венеры, ведь значительную часть времени астероид находится далеко от Земли, предоставляя соседней планете все возможности влиять на себя настолько, насколько она дотянется своей гравитацией. В результате тела на подобных орбитах могут демонстрировать поведение, которое сочетает несколько элементов и в целом оказывается не очень устойчивым: пробыв на «подкове» какое-то время, астероид может перестать исполнять этот танец. Выявление же небесных тел, реально движущихся подобным образом, – непростая задача, не только наблюдательная, но и вычислительная: не желая ждать пару сотен лет, пока какое-то тело без спешки догонит (или не догонит) Землю на орбите, а потом начнет (или не начнет) отставать, мы просим компьютер узнать, как же будут развиваться события, предварительно сообщив ему (компьютеру) все подробности, которые нам самим известны о ключевых участниках событий. Но для успеха ньютоново-компьютерных предсказаний требуется не только учет притяжения Венеры или даже Марса и Юпитера, но и точные измерения дуги текущей траектории, по которой движется тот или иной астероид. Тел, движущихся по орбитам, близким к земной, известно около двух десятков. Например, астероид 2015 XX169 (камень с поперечником едва ли в 20 метров) после своего максимального сближения с Землей в декабре 2015 г. в течение не менее одного года менял свою орбиту в сторону увеличения и собирается совершить обратный переход примерно через 130 лет – неспешная манера рисовать подкову. Заниматься этим он будет, скорее всего, еще несколько тысяч лет. Этот астероид,