Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2
Шрифт:
Итак, пусть Луна состоит из непроводящих пород. Тогда магнитное поле солнечного ветра (а кроме плазмы и нейтралов в солнечном ветре есть и вмороженное в него магнитное поле) свободно проходит через Луну, а все частицы солнечного ветра падают на лунную поверхность, отдавая ей свой импульс. Плотность потока импульса в солнечном ветре в районе орбиты Земли порядка р = mpnv2 ~ 10– 9 Н/м2. Это дает силу давления солнечного ветра на поверхность Луны порядка F ~ D2p ~104 Н.
Эта
Земля-Луна могла бы привести к некоторой эволюции Лунной орбиты (изменению эксцентриситета). Однако, если вспомнить, что орбита Луны обдувается солнечным ветром с разных сторон в течение года, то понятно, что эффект, даже если он и имел бы место, полностью исчезает за счет усреднения.
В пользу ньютонова режима обтекания говорит большое содержание Не (и Не3) в поверхностном слое лунных пород и аномально низкое альбедо лунной поверхности, которое можно объяснить как результат длительной бомбардировки протонами солнечного ветра с энергией порядка 1 КэВ.
Теперь немного о взаимодействии с магнитным полем солнечного ветра. Если проводимость лунных пород не нулевая, то магнитное поле солнечного ветра проникает в Луну за характерное время t ~ d2sm0m, где t — типичное время установления поля в проводящей среде, d — толщина скин-слоя (равная размеру Луны), s — проводимость лунных пород, m — магнитная проницаемость, m0 — магнитная постоянная.
Если t заметно больше, чем время пролета солнечного ветра мимо Луны, то магнитное поле "налипает" на солнечную сторону
Луны и его напряженность увеличивается. Когда напряженность магнитного поля вырастет настолько, что эффективное давление магнитного поля уравновесит давление, связанное со скоростным напором солнечного ветра, процесс станет стационарным и магнитное поле на солнечной стороне Луны стабилизируется.
Как мы говорили, поток импульса солнечного ветра mpnv2 ~ 10– 9 Н/м2. Приравнивая это к давлению магнитного поля В2/(2m0), находим В ~ 5•10– 8 Тл.
Как видим, поле должно, примерно, на порядок превосходит характерное магнитное поле солнечного ветра, и при этом оно должно полностью останавливать плазму солнечного ветра перед поверхностью Луны. В результате, должна возникнуть ударная волна и должно наблюдаться индуцированное дипольное магнитное поле Луны (которое должно менять полярность в соответствии с полярностью локального поля в солнечном ветре).
Здесь снова может появится газодинамика, несмотря на то, что длина свободного пробега велика. Это связано с тем, что в замагниченной плазме есть свои характерные размеры — ларморовский и дебаевский радиусы (причем, по крайней мере, дебаевский радиус мал по сравнению с размером Луны). Поэтому в магнитной гидродинамике обтекание снова может проходить в газовом (сверхзвуковом) режиме. Но если оценить силу давления солнечного ветра (или магнитного поля) на поверхность Луны, то результат будет того же порядка, что и при ньютоновом обтекании.
Что происходит на самом деле (есть ли у Луны наведенное магнитное поле), я не знаю. Но, как и
И вот еще. Уж если и сравнивать цифры, то не силу давления солнечного ветра с силой притяжения Луны Землей, а изменение импульса Луны на полувитке к ее полному импульсу: ?p ~ Ft ~ 1010 Н•с — это импульс силы давления за полмесяца, Р = MV ~ 1026 кг•м/с — это импульс Луны.
Итак, катастрофическое изменение орбиты происходит за Р/?p ~ 1016 оборотов или за 1015 лет… — это превосходит время жизни Вселенной! Кроме того, как я говорил выше, следует помнить, что эффект исчезает за счет того, что солнечный ветер в течение года обдувает орбиту Луны со всех сторон.
Воробьев П.В.
• ДОПОЛНЕНИЕ К ОТВЕТУ НА ВОПРОС № 64: Как измерить массу тела в космосе, ведь там нет веса?
ОТВЕТ: Поговорим об измерении массы в условиях невесомости (в космическом корабле).
Вспомним, сначала, в каком смысле буква "m" встречается в ньютоновской теории (механика + гравитация): во-первых, мы видим массу тела в ньютоновском законе тяготения F = GMm/r2; во-вторых, видим, что в этом законе масса упомянута дважды: один раз она выступает как активная масса М — источник гравитационного поля, а во втором случае как пассивная масса m — взаимодействующая с данным гравитационным полем. Рассматривая взаимодействие тел с различными комбинациями активной и пассивной гравитационных масс, можно показать, что значение активной массы любого тела равно значению его пассивной массы, и, наконец, мы видим массу тела в законе нютоновой динамики: F = mа. Но теперь m — это инертная масса тела и она, вообще говоря, вовсе не обязана быть равной гравитационной массе.
Предположение о равенстве инертной и гравитационной масс является совершенно независимой гипотезой, называется ПРИНЦИПОМ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ (инертной и гравитационной массы) и является основой общей теории относительности (ОТО).
Сегодня равенство инертной и гравитационной масс проверено с точностью лучше, чем 10–13 в серии экспериментов Эевёша, Дикке, Брагинского и в многочисленных экспериментах по поискам так называемой "пятой силы" (которую в определенном смысле можно связать с антигравитацией). Таким образом, с точностью лучше, чем 10–13 или даже абсолютно точно — если мы верим в ОТО — инертная и гравитационная массы тела одинаковы.
Масса встречается, разумеется, и в знаменитой эйнштейновской формуле Е = mс2, но для нас это значит только, что масса тела определяется не только суммарной массой составляющих его элементарных частиц, но и энергией связей, которые собирают эти частицы в осязаемое тело.
Конечно, постепенно аннигилируя тело известным количеством антивещества, можно измерить его массу. Но такого решения не должен предлагать даже плохой теоретик. При аннигиляции одного килограмма массы выделяется 2•1017 джоулей тепла в виде жесткого гамма излучения. Только это уже приведет к катастрофическому разрушению вашего объекта (вместе с вами и кораблем) задолго до полной аннигиляции тела. Поэтому такой способ можно классифицировать как фантастический и абсурдный.