16 декабря, 2017 20:28
Жер жасанды серіктерінің қоз- ғалысы екі себепке байланысты Ке- плер заңдарына бағынбайды:
1. Жер — тығыздығы көлем бойынша біртекті таралған дэл шар емес. Сондықтан оның тартылыс өрісі Жердің геометриялык центрінде орналаскан нүктелік массаның тартылыс өрісіне эквивалентті емес.
|
2. Жер атмосферасының тежеу әсеріне байланысты жасанды серіктер орбиталарының түрі мен өлшемдері өзгеріп, ақырында олар Жер бетіне қүлайды. Жасанды серіктер қозғалысының Кеплер заңдарынан ауыткуларына карап, Жердің пішіні, оның көлемі бойынша тығыздықтың таралуы, атмосфераның қүрылымы туралы пікірлер тұжырымдауға болады. Сон- дықган жасанды серіктердің қоз- ғалысын зерттеулер осы сұрақтарға толығырақ жауаптар беруге мүмкін- дік берді. Соларға қысқаша токталып кетейік. Жасанды серік жолы. Егер Жер пішіні дұрыс шар болып, атмосфера болмаса, жасанды серік қозғалмай- тын жұлдыздар жүйесіне караған- да бағытталуы тұрақты жазык ор- бита бойымен ұшар еді. Орбита элементтері бұл жағдайда Кеплер заңдарымен анықгалады. Жер өз осін айналғандықтан, серік эрбір келе- |
| сі айналымында Жер бетінің басқа нүктелері үстінен ұшып өтеді. Жасанды серіктің бір айналымындағы жолы белгілі болса, уакыттың кез келген келесі мезеттеріндегі оның орнын болжау қиын емес. Бұл үшін Жердің батыстан шығысқа карай сағатына 15°-қа жуық бұрыштык жылдамдықпен айналатынын еске- ру қажет. Сондықган эрбір келесі айналымда серік сол бір ендікті Жер шығыс бағытында жасанды се- ріктің айналу периоды аралығында қаншама бұрышқа бұрылса, сон- ша градусқа батысырақ кесіп өтеді Экватор бойындағы оң- ға бағытталған көрсеткіш Жердің өз осін айналуына байланысты оның бетіндегі нүктелердің козғалыс ба- ғытын анықтайды. Сол бағыттағы (батысқа қарай) көрсеткіштің екі түрлі мағынасы бар: біріншіден, ол жасанды серік жолының батысқа ығысуын көрсетсе, екіншіден, оның орбитасы жазықтығының Жердің айналу осін айнала қозғалғандағы бағытын анықтайды. |
| Жер пішіні. Жер пішіні шар емес екені көптен бері айкын болды. Бі- рінші болып осы ауытқудың сандық мэнін бүкіләлемдік тартылыс заңына сүйене отырып И. Ньютон берді. И. Ньютонның есептеу негізіне алған ойы қарапайым еді. Көз алдымызға полюстен Жер центріне, одан радиус бойымен экватордың бір нүктесіне жүргізілген каналды елестетейік. Жер центрінде екі каналда да қы- сым бірдей болатыны анық. Ал центрден өзге нүктелерде жағдай басқаша болады. Яғни, Жердің айна- луына байланысты, центрден бірдей қашықтықтағы нүктелерде экватор- ға бағытталған каналда сұйық баға- насы элементінің салмағы полюске бағытталған каналдағы дэл сондай сұйық бағанасы салмағынан аз бо- лады. Сондықтан Жер центріндегі қысым бірдей болу үшін экваторға бағытталған канал үзынырақ деп болжау керек. Бүның өзі — Жер дұрыс шар емес, полюстер бағытында қысылған дене деген сөз. Қысылу мөлшері немесе қабысу көрсеткіші, мына формуламен есептеледі:
у _ ^ *3 ’ мұндағы сІэ — экваторлық, сі- по- люстік диаметрлер. Келтірілген осы көзқарас негізінде Ньютонның тап- қан шамасы / = 1/298 болды. Бүл нәтиже 1687 жылы ғылыми басы- лымдарда жарық көрген. Содан |
| Жер атмосферасының кедергісіне байланысты, жасанды серікгер 160 км биіктіктен төмен қашықтықтарда ұзақ уақыт ұшып жүре алмайды. Мүндай биіктіктегі шеңбер бойымен ең аз айналу периоды жуық шама- мен 88 минутқа тең. Осындай уақыт ішінде Жер жуықтағанда 22,5°-қа бұрылады. 50° ендікте бүл бұрышқа 1400 км қашықтық сәйкес. Олай бол- са, айналу периоды 7» 1,5 саг. жа- санды серік 50° ендікке эрбір келесі айналымда алдыңғы жайга қарағанда батысқа қарай 1400 км нүктеде байқалып отырады.
Бірақ, мүндай есептеу нәтижесін серіктің тек бірнеше айналымдары үшін ғана қолдануға болады. Егер ұшу уақыт аралығы айтарлықтай көп болса, қосымша Жердің Күнді ай- нала қозғалысын ескеру қажет. Жер Күнді орташа 365 тэулікте айналып өтетіндіктен, ол тэулік аралығында Күнді айнала Г(0,99°) бұрышқа бүрылады. Бүл кездегі бұрылу бағыты Жердің өз осін айналу бағытымен бірдей. Сондықтан Жер 24 сағат ішінде қозғалмайтын жүлдыздармен салыстырғанда 360°-қа емес, ЗбГ-қа бүрылады, олай болса, бір айналым- ды 24 сағатта емес 23 сағат 56 минут- та жасайды. Осының салдарынан жа- санды серік жолы батыс бағытында ендік бойымен сағатына 15°-қа емес (15+1/24)°-қа ығысады. Бір қараған- да осындай аз түзету қосыла келіп, бірнеше тәуліктен кейін градустармен өлшенетін қосымша береді. |
| гытқа бұрылады. Егер орбита жа- зықтығының орнын өзгертпей жа- санды серік айналу бағытын қарсы өзгертсек, орбита жазықтығының айналу багыты да қарсы өзгереді. Ал орбита жазықтығы мен экватор аралығындағы а бұрыш тұрақты бо- лып қалады. Егер серік орбитасы- ның жазықтығы Жердің айналу осі арқылы өтсе, яғни орбита дэл поляр- лық болса, ол қозғалмайтын жұл- дыздарға қарағанда өзінің бағытын сақтайды. Орбита жазықтығының айналу жылдамдығы Жердің қабысу дәрежесі мен өзінің басқа сипаттама- ларына тәуелді. Сондықтан орбита- ның кейбір сипаттамаларын есептеп жэне айналу жылдамдығын анықта- ғасын Жердің қабысу коэффициентін табуға болады.
Жердің қабысуы жасанды серік орбитасы жазықтығының айналуы- нан баска тағы бір құбылыска се- бепкер: орбита перигелийі солтүс- тік жартышардан оңтүстікке жэне керісінше орын ауыстырып оты- рады. Перигелийдің айналу жыл- дамдығы Жердің қабысуына жэне орбитаның көлбеу бұрышына тэуел- ді. Осыған байланысты перигелий- дің айналу жылдамдығы аркылы Жердің қабысуын есептеуге екінші мүмкіндік туды. Міне, осындай зерт- теулердің арқасында Жердің қабысу дәрежесі 1/298,2 мен 1/298,3 ара- лығында жатқаны анықталды. Бұл нәтиже Жердің экваторлық радиусы |
| бері нақ осы уақытқа дейін Жердің қабысу көрсеткіші эр түрлі тәжіри- белік әдістермен зерттеліп келеді. Азды-көпті айырмашылықтар бай- қалмағанмен, алынған нәтижелер Ньютон шешіміне жақын болып шықты. Жердің жасанды серіктері ұшырылғанша олардың ішінде кең тараған мэн / = 1/297,1 болды. Ал жасанды серіктердің ұшуына бай- ланысты зерттеу эдістері мен бақы- лау аспаптары жетілдіріліп, дэл- дік деңгейі жоғарылап, табылған коэффициентке айтарлықтай түзету енгізілді.
Зерттеулер мына ойларға негіз- делген. Егер Жер пішіні дұрыс шар- дан өзгеше болса, оның тартылыс өрісі Жер центрінде орналасқан ма- териялық нүктенің тартылыс өрісі- мен бірдей болмайды. Әрі қарай Жер пішіні алдын ала белгілі деп сана- сақ, тартылыс өрісі мен жасанды серік траекториясын есептеуге мүм- кіндік бар. Ондай есептеулер, эдетте, қуатты компьютерлер көмегімен жүргізіледі. Бұл жерде алынған нэ- тижелерді баяндау жеткілікті. Егер Жердіц қабысуын ескерсек, орбита жазъщтыгы цозгалмайтын жұл- дыздарга қараганда тұрақты орнын сақтамайды. Ол Жер осін серіктіц айналу багытына қарсы багытта айналады. Мысалы, жасанды серік, Жер- ді шыгыс багытта айналса, оның орбитасы жазықтыгы батыс ба- |
| мұхит беті экватор жазықтығынан Антарктидадағы 3 км мұз қабат ас- тындағы су деңгейіне карағанда 40 м қашық жатыр деген сөз. |
| полюстік радиусынан бұрынғыдай 42,94 км-ге емес 42,77 км-ге артык екенін білдіреді, басқаша айтқанда, Жер пішіні бұрынғыға қарағанда 170 м дәлірек табылды. Бұның өзі айтарлықтай маңызы бар жаңалык болды, себебі сол кездің өзінде Жер бетіндегі геодезиялык ізденістер 10 м дәлдікпен жүргізілетін.
Бірақ Жердің қабысуы оның піші- нінің шардан ауытқуының жалғыз ғана көрінісі емес. Шар пішінінен толық ауытқу математикалық түрде гармоникалар деп аталатын ретті ауытқулардың қосындысымен бері- луі мүмкін. Қабысу екінші гармо- никаға, алмұрт тэрізді пішін үшін- ші гармоникаға, квадрат пішін төртінші гармоникаға, т.б. жатады. суретте қосындысы Жердің нақты пішінін анықтайтын бірнеше алғашқы гармоникалар келтірілген. Әр гармониканың жасанды серік орбитасына жасайтын әсерін есеп- теп, олардың эрқайсысының Жер пішінінің қалыптасуына қосқан үлесін анықтауға болады. Жердің алмұрт тәріздес болуына жауапкер үшінші гармоника перигелийдің қай жартышарда түруына байла- нысты оның Жер центріне дейінгі қашықтығының өзгеруіне жағдай жасайды. Серіктердің орбиталарын зерттеу Жердің алмұрт тэрізділігін, яғни солтүстік полюс бағытындағы сопақтылығы 40 м-ге жуық екенін көрсетті. Бүл — солтүстік полюстегі |
| Серік орбитасы элементтерінің өзгеруіне кейінгі гармоникалар да үлес қосады. Оларды ескеру Жер пішінін жақсы дәлдікпен анықтау- ға мүмкіндік береді. Сонымен, Жер пішінінің негізгі ерекшеліктері оның қабысуы мен оңтүстік жэне солтүс- тік жартышарлар арасындағы алмүрт тэрізді асимметриялығында болып отыр. |
| екінші бір факторға — олардың Жер атмосферасымен үйкелісіне де бай- ланысты. Биіктік өскен сайын ауа тығыздығы тез, жуықтап алғанда, экспоненталық заңмен азаяды. Де- генмен, 160 км биіктікке дейін ауа соншалыкты тығыз болғандықтан, жасанды серіктер өз энергиясын үй- келісті жеңуге жұмсап, айтарлықтай ұзақ уақыт өмір сүре алмай, Жерге құлайды. ¥шу биіктігі неғұрлым биік болса, соғұрлым жасанды серік ор- битада ұзақ қозғалады.
Тежелу әсерінен орбитаның өз- геру ерекшелігі мынаған байланыс- ты. Жер серігі энергиясының ең көп шығыны перигелийде болады. Соның салдарынан перигелий мен афелий биіктіктері кішірейеді, бірақ афелий биіктігі перигелийге караған- да көбірек өзгергендіктен, орбита ұзындығы азаяды. Жасанды серік- тің орбита бойымен қозғалысының жылдамдығы артып, айналу периоды кемиді. Серік орбитасы өзінің кейбір аймақтарында 160 км-ден төмен бо- лып, энергияның тежелуге шығыны өте көп болғандықтан, Жер бетіне тез жақындайтын траектория бойы- мен құлауы мүмкін. Әрине, эдеттегі қалыптаскан жағдайларда жасан- ды серік беті жоғары температура- ға шыдайтын материалмен көмкері- ліп, парашют көмегімен Жер бетіне қолайлы жылдамдықпен түсіріледі. Атмосфера тығыздығын ескере оты- рып, тиімді траектория биіктігін |
| Жасанды серіктер қозғалысын бақылаудың тағы бір маңызды сал- дары — экватор пішінін анықтау. Серіктер ұшырылмай тұрғанда-ак экватор сызығы дэл шеңбер емес екендігі белгілі болған. Бұл пікір тар- тылыс күші бойлыққа тәуелді өзгеру құбылысына негізделген. Бірақ, Жер айналуы салдарынан жасанды серік барлық бойлықтарды басып өтуіне байланысты, тартылыс күшінің бой- лық бойынша өзгеру эффектісі орта- шаланып, бұл құбылыстың әсері- нен серік орбитасының оншалықты өзгеруі байқалмайды. Дегенмен, айтылған орташалану жасанды се- ріктердің траекториясынан тэулік барысында бірнеше жүз метрге жете- тін жеке тербелістерден құралады. Осы тербелістер негізінде тартылыс күшінің бойлыққа тэуелді өзгеруі жэне экватордың пішіні туралы қо- рытынды жасауға болады. Бірінші жуықтауда экватор үлкен жарты осі 20° батыс бойлықтан 160° шығыс бойлықка, кіші жарты осі 110° ба- тыс бойлықтан 70° шығыс бойлыққа бағытталған эллипске ұқсайды. Осы осьтердің арасындағы айырмашы- лық 140 м-ге жуық болып шықты. Табылған нәтиже экватор пішіні жа- санды серіктер қозғалысын бақылау негізінде тағы да тексеріліп, дәлірек анықталды.
Атмосфералық тежелу. Жа- санды серіктер қозғалысының Ке- плер заңдарынан ауытқуы қосымша |
| есептеуге мүмкіндік бар. Сондықтан траектория сипаттамалары бойын- ша, керісінше, атмосфера тығызды- ғының таралуын анықтауға болады. Атмосфераның тығыздығы туралы деректер негізінде жасанды серік айналу периодының өзгеруінен алы- нады. Жоғарыда айтылғандай, Жер атмосферасының тежеуіне байланыс- ты Кеплер заңдарына сэйкес жасан- ды серіктің айналу периоды кемиді, ал жылдамдығы өседі. Сол айналу периодының өзгеру жылдамдығына сүйеніп, атмосфера тығыздығы ту- ралы пікір айтуға болады. Қазіргі уақытта биіктіктің кең аралығы үшін атмосфера тығыздығы туралы жэне жасанды серіктер көмегімен алынған оның басқа да факторларға тәуелді- лігі туралы егжей-тегжейлі мэлімет- тер жиналған. |
Автор публикации
