천문학

목성의 중력은 어디에서 오는가? 목성 가스가 날아 가지 않는 이유는 무엇입니까?

목성의 중력은 어디에서 오는가? 목성 가스가 날아 가지 않는 이유는 무엇입니까?


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중력은 두 질량 사이의 인력입니다.

기체 행성은 어떻습니까? 어디에서 인력을 얻습니까?

큰 암석 행성은 중력장에 충분한 가스를 유지하기에 충분한 인력이 없지만 목성은 많은 가스를 가지고 있습니다.

이것은 내부에 집중된 질량이 있다는 것을 의미합니까? 중력장 아래에서 가스가 '내부'상태로 유지됩니까? 그렇다면 왜 가스 행성도 암석 행성으로 간주되지 않습니까?


내부에 단단한 덩어리가없는 경우 잘못된 결론입니다.

일부는 '평범한'고체 코어를 가지고 있으며 가스 거인의 중심에있는 압력이 너무 높아 수소를 '금속'상태로 압축하는 것으로 '의심'됩니다. 행성 핵심 Wikipedia 페이지에서 인용 :

가스 거인도 코어를 가지고 있지만, 이들의 구성은 여전히 ​​논쟁의 문제이며 전통적인 돌 / 철, 얼음 또는 유체 금속 수소에 이르기까지 가능한 구성의 범위입니다.

특히 목성의 경우 :

목성은 핵 내에서 생성 된 자기장이 관찰되어 일부 금속 물질이 존재 함을 나타냅니다. […]
목성은 지구 질량의 10-30 배에 달하는 바위 및 / 또는 얼음 핵을 가지고 있습니다. […]
열 수축 / 진화 모델은 많은 양 (토성보다 큼)에서 코어 내에 금속 수소의 존재를 지원합니다.

지구의 핵심 밀도는 입방 미터당 약 12,000kg이고 목성의 중심 밀도는 입방 미터당 25,000kg으로 추정됩니다 (링크). 지구보다 훨씬 더 큰 반경 (70000km 대 6370km)과 함께, 여러분은 지구 질량의 12 ~ 45 배에 달하는 질량을 가진 꽤 거대한 핵을 갖게 될 것입니다. 그래서 거기에는 많은 중력이 있습니다.

더 읽을 거리 : 외부 행성 : 거대한 행성 : 인테리어


당신은 "질량"과 "단단한"을 혼동하고 있습니다. 모든 물질에는 질량이 있고 모든 질량은 중력장을 생성합니다. 여기에는 가스, 액체 및 플라즈마가 포함됩니다.

기체는 고체보다 밀도가 훨씬 낮지 만 기체에도 질량이 있으며 충분한 기체가 있으면 측정 가능한 중력장을 갖게됩니다.

목성은 크고, 많은 수소와 헬륨 (그리고 다른 가스들)로 구성되어 있으며, 행성 깊은 곳에서 가스는 이상한 상태로 압축됩니다. 바위 같은 코어가있을 수도 있지만, 우리가 이해하는 것처럼 "바위"와는 다른 극심한 압력을 받고 있습니다. 그러나 모든 물질은 고체 물질뿐만 아니라 질량을 가지고 있기 때문에 중력장을 생성하기 위해 행성이 단단한 핵을 가질 필요는 없습니다.


목성과 가까이서 개인적으로 : 9 개의 우주 탐사선의 역사

2016 년 7 월 4 일, Juno 탐사선은 목성에 도착하여 역사상 다른 ​​어떤 우주선보다 목성 거인에 더 가까이 다가 가기위한 캠페인을 시작할 예정입니다.

Juno를 포함하여 목성을 가까이서 연구 한 9 개의 우주 탐사선이 있습니다. 첫 번째는 1973 년 줄무늬 거인을지나 항해 한 Pioneer 10이었습니다. 여기에 9 개의 임무와 그들이 달성 한 내용이 요약되어 있습니다.

목성을 연구 한 대부분의 탐사선에는 여러 가지 임무 목표가있었습니다. 파이오니어 10 호도 소행성대를 연구 한 다음 목성을지나 태양계의 더 먼 지역을 연구했습니다. 그러나 Jupiter는 Juno 임무의 주요 초점입니다. 탐사선은 이전 탐사선보다 목성의 다채로운 구름 꼭대기에 가까워 질 것이며, 약 20 개월 동안 관측 한 후 Juno는 가스 거인과 충돌하여 임무를 끝낼 것입니다. [목성에 대한 주노 미션 전체 취재]


행성 사실

질량으로 볼 때 태양은 엄청난 양을 가지고 있습니다. 물체의 질량이 클수록 중력이 강해집니다. 그래서 태양의 비정상적으로 거대한 질량을 감안할 때 그것은 또한 엄청난 양의 중력을 가지고 있습니다.

  • 태양의 질량은 지구 질량보다 333,000 배 더 큽니다
  • 태양의 질량은 목성의 질량보다 1,048 배 더 많습니다.
  • 태양의 질량은 토성의 질량보다 3,498 배 더 크다
  • 태양의 질량은 전체 태양계 질량의 약 99.8 %를 구성합니다.

태양의 중력과 지구의 중력을 비교하면 28 배 더 강하고 더 큽니다. 그리고 태양 표면의 온도가 약 5,800 켈빈이고 대부분 수소로 구성되어 있다는 사실은 말할 것도 없습니다.

태양의 중력의 강도를 더 잘 설명하기 위해 예를 들어 보겠습니다. 예를 들어 여러분이 지구에서 100kg의 몸무게를 가지고 있다고 가정 해 봅시다. 당신이 태양의 표면에 있다면, 당신은 2,800 킬로그램의 몸무게처럼 느껴질 것입니다. 이것은 태양의 중력이 지구 중력의 28 배이기 때문입니다
태양의 중력은 모든 질량을 거의 완벽한 구체로 끌어 당깁니다. 태양의 중심 또는 중심에서는 온도와 압력이 너무 높아 융합 반응이 쉽게 발생할 수 있습니다. 태양에서 나오는 엄청난 양의 빛, 압력 및 에너지는 중력을 방해합니다. 태양의 중력 당김의 영향과 영향은 최대 2 광년까지 확장 될 수 있으며, 그 지점은 다른 이웃 별의 당김과 중력이 더 강하지 않으면 더 커집니다.

댓글-& # 8220Gravity of the Sun & # 8221에 대한 14 개의 응답

나는 이것을 말하는 방법을 모른다, 나는 과학자가 아니거나 심지어 그것을 닫는다. 그러나 3 일 전에 나는 누워서 우주에 대해 깊이 생각하고 있었고, 우리는 거대한 자석으로서 태양을 완벽하게 공전하는 우주에서 어떻게 안정되어 있는지 그리고 우리는 거대한 자기장에서 그 주위를 날아 다니는 물체들입니다. 그리고 그것은 저를 호기심의 상태로 만들었습니다. 저는 그것에 대해 생각하는 것을 멈출 수 없었습니다. 그리고 제가 인터넷을봤을 때, 저는 태양이 중력을 가지고 있고 그렇다고 지구와 다른 행성들보다 강하다는 것을 알았지 만 지구가 안정된 중력을 가지는 이유를 알게되었습니다. 9.78 m / s² 그리고 금성은 8.87 m / s2입니다 Altho는 태양에 더 가깝습니다. 제가 생각했던 것은 태양에 더 가까울수록 u는 행성이 더 중력을 가지고 있다고 생각했지만 더 깊은 생각을하게 된 것은 핵심 자체가 자석은 태양과 같지만 더 작은 versoin, 그리고 나는 모든 판에 코어가 있는지 확인하기 위해 다시 인터넷을 보았습니다. 그리고 내가 찾은 것은 지구와 달이 더 작은 코어를 가지고 있지만 더 작다는 것입니다. 중력은 코어를 가져야합니다. 각 행성의 코어 크기 / 활동성 + 각 행성에서 태양까지의 거리에 따라 각 행성의 중력 질량이 혼란스러워집니다. 그래서 금성이 거의 지구 중력에 가까워 졌다고 생각합니다. 태양에? 그러나 지구 코어는 금성보다 더 크고 더 활동적입니다. 그래서 행성에 핵이 없다면 어떻게 될까요? 행성은 태양에서 멀어 지거나 경로를 벗어나게 될까요? 아니면 끌려 가서 태양으로 끌려 갈까요? & # 8230 만약 핵과 태양이 자석처럼 작동한다면, 그것들은 같은 극성을 가져야합니다. 그래서 그들은 서로로부터 격퇴 될 것입니다. 그러나 완벽한 혼란 속에서 그것은 각 행성에 대해 설정되었습니다. 예를 들어 태양이 1000 개의 자석 력을 가지고 있고 그 극성이 양이고 지구가 280 자력이고 그 극성도 양이라면 지구와 다른 모든 행성이 코어 일뿐만 아니라 금속을 얻었 기 때문에 그 위치에 서있을 것입니다. 태양과 비교하여 음극처럼 작용하는 단단한 표면은 동시에 당기고 밀지 만 달이 지구를 공전하기 위해서는 달 가스가 지구와 태양을 공전하는 지구에 비해 더 작은 코어, 왜 그?


답변 :

왜 그들은 중력장에 완전히 끌리지 않았습니까?

궤적이 변경되는 정도는 3 가지 요인에 따라 달라집니다.

  1. 행성의 질량,
  2. 우주선의 속도,
  3. 우주선과 행성 사이의 거리

Voyager의 속도와 거리는 Voyager가 행성 주위를 도는 것을 방지하기 위해 선택되었습니다. 목성에 접근하기 전 보이저의 속도는 목성의 탈출 속도보다 빠르다.

사실, 당신의 궤도가 행성의 대기에 닿지 않는 한 당신은 좋습니다. 다른 행성에서 도착하기 때문에 당신의 속도는 항상 탈출 속도보다 빠릅니다.

그러나 그들은 어떻게 질량을 예측할 수 있습니까?

행성에 위성이 있으면 행성의 질량을 매우 정확하게 계산할 수 있습니다. 이것은 Kepler의 세 번째 법칙을 사용합니다.

G는 만유 중력 상수, 6.6726 x 10-11N-m 2 / kg 2
r = 달의 궤도 반경
T = 달의 궤도주기

따라서 여러분은 r과 T 만 필요합니다. 둘 다 지구에서 아주 잘 관찰 할 수 있습니다.

이 우주선은 프로펠러 연료를 사용하여

아니요. 보이저 1 호가 지구에서 발사되었을 때 로켓의 마지막 단계에서 탈출 궤적에 놓인 다음 단계가 버려졌습니다. Voyager의 속도를 크게 변경하기 위해 로켓이 마지막으로 사용되었습니다. 더 이상 추진하지 않고 목성으로 이동했기 때문에 태양에서 멀어짐에 따라 속도가 천천히 감소했습니다.

그리고 목성에 가까워 지자 보이저의 속도는 목성의 중력에 이끌려 급격히 증가했습니다. Voyager의 가장 가까운 접근에서 Voyager의 궤적이 구부러졌습니다. 이것은 우주선을 토성으로 향하게했습니다. 보이저가 목성에서 멀어지면서 목성의 중력이 속도를 늦췄습니다. 로켓 추진을 사용하지 않고 모두.

@Hobbes & amp @Steve Linton이 게시 한 답변에 추가하기 위해 임무 설계자들은 실제로 목성의 위성 궤도에서 목성의 중력장을 아주 잘 알고있었습니다. 그러나 보이저가 도착하기 전에 다른 두 우주선 파이오니어 10과 11의 근접 비행에서 추가 측정 값을 얻었습니다.

@Steve Linton은 접근하는 행성과 관련하여 우주선 속도의 "측면"부분이 미치는 영향을 정확하게 설명합니다. 측면 구성 요소가 충분히 크면 탐사선이 행성을 놓칠 것입니다. 측면 구성 요소를 늘리기 위해 접근시 [궤적 조정 기동을 통해] 우주선을 조준하여 속도 구성 요소를 정확하게 조정합니다. 하나는 행성을 향하고 다른 하나는 옆으로 향합니다. 이 조합은 행성에 중력이 없다면 우주선이 갈 행성의 측면을 가리키는 "조준점"을 설정합니다. 궤적 설계자는이를 놓친 거리를 "", 일부 b- 평면 조준점.

이 다이어그램은 증가 효과를 확인하는 데 도움이됩니다. 접근 속도가 일정하게 유지되는 경우. 일반적인 행성 간 궤적의 경우 접근 속도는 선택한 항목에 의존하지 않습니다. . [픽셀 화에 대해 죄송합니다. 이것은 프레젠테이션 자료실에서 가져온 매우 오래된 다이어그램입니다.]

갈색 황갈색 (원본 파일에서는 주황색이었습니다!) 원은 행성을 나타내며, 다른 색상의 곡선은 궤적과 우주선이 다른 , 모두 동일한 접근 속도로 행성 중심을 통과하는 검은 색 점선에 평행합니다. 더가는 점선은 행성에 중력이 없다면 우주선의 궤적을 나타냅니다. 만약 붉은 색과 갈색을 띤 황갈색 (이전의 주황색!) 궤적처럼 충분히 크지 않습니다. 그들은 행성에 영향을 미칩니다. 굵고 빨간색 점선과 갈색의 황갈색 선은 행성이 질량이 같지만 크기가 훨씬 더 작은 경우 (즉, 훨씬 더 조밀 한 경우)와 같이 두 가지 궤적이 아무것도 부딪치지 않으면 계속되는 방식을 보여줍니다. ).

녹색과 파란색 선은 그들은 행성을 그리워 할만큼 충분히 크다. 그들은 이들의 몇 가지 특성을 지적합니다 쌍곡선 궤도 : 1) 더 큰 , 행성에서 멀어 질수록 가장 가까운 접근 거리이고 2) , 행성이 궤적을 "구부리는"각도가 작을수록. 다시 말하지만 이것은 고정 된 접근 속도를위한 것입니다. 빨간색 궤적은 거의 180 ° 구부러지고 파란색은 구부러져 있습니다.


목성의 중력은 어디에서 오는가? 목성 가스가 날아 가지 않는 이유는 무엇입니까? -천문학

목성은 우리 태양계에서 다섯 번째이자 가장 큰 행성입니다. 이 거대한 가스 거인은 두꺼운 대기, 39 개의 알려진 위성, 어둡고 거의 보이지 않는 고리를 가지고 있습니다. 가장 눈에 띄는 특징은 위도를 가로 지르는 밴드와 큰 붉은 반점 (폭풍)입니다.

목성은 대부분 가스로 구성되어 있습니다. 이 거대한 행성은 태양에서 흡수하는 열의 두 배를 방출합니다. 또한 매우 강한 자기장을 가지고 있습니다. 극에서 약간 평평 해지고 적도에서 약간 부풀어 오른다.

크기
목성의 지름은 88,700 마일 (142,800km)입니다. 이것은 지구 지름의 11 배가 조금 넘는 것입니다. 목성은 너무 커서 우리 태양계의 다른 모든 행성들이 목성 안에 들어갈 수있을 정도입니다.

질량과 중력
목성의 질량은 약 1.9 x 10 27 kg입니다. 이것은 지구 질량의 318 배이지만 목성의 중력은 지구 중력의 254 %에 불과합니다. 이것은 목성이 매우 큰 행성이기 때문입니다 (그리고 행성이 행성 표면에서 물체에 가하는 중력은 질량에 비례하고 반경 제곱의 역에 비례합니다).

100 파운드의 사람은 목성에서 254 파운드가 나갑니다.

JUPITER에서의 하루 및 1 년의 길이
축을 중심으로 회전하는 데는 목성 9.8 시간이 걸립니다 (이는 목성의 날입니다). 목성이 태양을 한 번 공전하는 데는 11.86 지구의 년이 걸립니다 (이는 목성의 해입니다).

목성은 기체와 액체로 구성되어 있으므로 회전 할 때 부품이 정확히 같은 속도로 회전하지 않습니다. 그것은 매우 빠르게 회전하고,이 회전 동작은 목성에게 약간 평평해진 구체처럼 보이는 커다란 적도 팽창을 제공합니다.

목성의 궤도
목성은 지구보다 태양보다 5.2 배 더 멀리 떨어져 있습니다. 평균적으로 태양으로부터 778,330,000km (480,000,000 마일) 떨어져 있습니다.

aphelion (목성이 태양에서 가장 먼 궤도에있는 장소)에서 목성은 태양에서 815,700,000km 떨어져 있습니다. 근일점 (목성이 태양에 가장 가까운 궤도의 장소)에서 목성은 태양에서 749,900,000km 떨어져 있습니다.

목성은 계절이 없습니다. 계절은 기울어 진 축에 의해 발생하고 목성의 축은 3도 기울어집니다 (계절을 일으키기에 충분하지 않음).

목성의 달
목성은 4 개의 큰 위성과 수십 개의 작은 위성을 가지고 있습니다 (지금까지 알려진 위성은 39 개입니다). 더 많은 달이 항상 발견되고 있습니다.

갈릴레오는 목성의 가장 큰 4 개의 위성, 이오 (화산 활동), 유로파, 가니메데 (왼쪽 그림에 표시된 목성의 가장 큰 위성), 칼리스토를 1610 년에 발견했습니다.이 위성은 갈릴리 위성으로 알려져 있습니다. 가니메데는 태양계에서 가장 큰 달입니다.

반지
목성은 작은 바위 조각과 먼지로 구성된 희미하고 어두운 고리를 가지고 있습니다. 이 고리는 1980 년 NASA의 보이저 1 호에 의해 발견되었습니다. 보이저 2 호가 목성에 의해 비행했을 때 고리가 더 조사되었습니다. 반지는 0.05의 알베도를 가지고 있으며 그들이받는 햇빛을 많이 반사하지 않습니다.

온도 범위
구름 정상 평균 120K = -153 & degC = -244 & degF.

목성의 발견
목성은 고대부터 잘 알려져 있습니다. 밤하늘에서 세 번째로 밝은 물체 (달과 금성 다음)입니다.

혜성 SL9, 목성 타격


1994 년 7 월 6 일 목성의 SL-9 충돌 지점. 허블 우주 망원경의 사진.
Shoemaker-Levy 9 (SL-9)는 Eugene과 Carolyn Shoemaker, David H. Levy가 발견 한 단기간 혜성입니다. 혜성이 목성 근처를 지나갈 때 목성의 중력이 혜성을 분열 시켰습니다. 혜성의 파편들이 1994 년 7 월 6 일 동안 목성과 충돌하여 지구에서 볼 수있는 목성의 대기에 거대한 불덩이를 일으켰습니다.

우주선 방문
목성은 1973 년에 목성이 비행 한 NASA의 파이오니어 10에 의해 처음 방문되었습니다. 나중에 플라이 바이 방문에는 파이오니어 11, 보이저 1, 보이저 2, 율리시스, 갈릴레오가 포함되었습니다.


두 개의 거대 가스 (목성과 토성)가 충돌하면 어떻게 될까요?

당신이 달리는 길의 한쪽 끝에 목성을 배치하고 otehr 끝에 당신이 토성을 배치한다고 가정합시다. 두 행성이 일렬로있는 곳에 무언가를 트리거하고 서로 직접 충돌합니다. 그들은 가장 거대한 행성이기 때문에 중력으로 인해 가스가 빠져 나갈 수 있습니까? 가스 거대 충돌은 어떻게 생겼을까 요? 그것들이 뭉쳐 하나의 거대한 가스 행성을 형성할까요, 아니면 가스가 우주로 빠져 나갈까요?

행성 규모에서는 집합이 중요하지 않습니다. 행성이 고체, 액체 또는 기체로 만들어 졌든간에 별 차이가 없습니다. 중력은 다른 모든 것보다 우선합니다.

그러한 큰 행성 체의 충돌은 부분적으로는 운동 에너지 (한 행성이 다른 행성과 충돌하는 속도), 부분적으로는 중력으로 인해 엄청난 양의 열을 방출 할 것입니다. 합쳐진 몸은 처음에는 꽤 뜨겁습니다.

충돌 속도, 각도, 정면 충돌이든 그냥 "방목"이든 상관없이 행성은 더 큰 하나의 더 무거운 행성으로 다소 합쳐 지거나 산산조각이 나고 사방에 물질 조각을 뿜어 낼 수 있습니다. 조각들은 다시 쓰러지거나 합쳐진 몸 주위의 궤도에 남아 하나 또는 여러 개의 위성으로 합쳐지는 경향이 있습니다.

일부 파편이 고속으로 방출되어 충돌에서 영원히 멀어지는 것은 불가능하지 않습니다.

편집 : 행성이 고체, 액체 또는 기체라고 상상하지 마십시오. 그것들을 중력에 의해서만 함께 유지되는 작은 당구 공의 거대한 느슨한 더미로 생각하면 충돌 중에 일어나는 일을 훨씬 더 잘 이해할 수 있습니다.

이 비디오는 행성 간의 충돌에 대해 얼마나 정확합니까?

하지만 두 행성이 모두 가스로 만들어 졌다면 어떤 "조각"이나 "조각"이 있을까요?

nit를 고르기 위해서 : 만약 그들이 결합된다면, 새로운 행성은 훨씬 더 질량, 그러나 직경은 거의 동일하게 유지됩니다. 가스 거인이 특정 크기에 도달하면 밀도가 높아집니다. 목성은 질량이 20 배인 갈색 왜성만큼 큽니다.

한 행성은 메탄이 무겁고 다른 행성은 산소가 무겁습니다. 열은 화학 반응을 유발합니다. 그 화학 반응이 그들이 행동하는 방식에 많은 영향을 미칠까요 (단지 융합하기보다는 격렬하게 폭발하는 것과 같이), 아니면 연소하면서 일을하면서 대신 탄소 산화물에 무거워 질까요?

우리 가스 거인에 단단한 암석이나 액체가 있다는 증거가 있습니까? 있다면 어떻게 다를까요? 더 큰 폭발? 더 많은 에너지 전달? 중력과는 별개로 물질 충돌 상태를 구별하기 위해 다른 것은 무엇입니까?

핵까지 완전히 액체 인 행성이 있습니까?

그래서 당신은 그냥 "잘 모르겠어요"라고 말하는 거죠?

SPH 모델링은 당신이 하나의 행성으로 끝날 것을 제안합니다. 여기에서 찾을 수있는 데이터가 많지 않은 것 같습니다.

짧은 대답은 거의 은하가 충돌하는 것과 같으며 결국 그들은 고리 시스템 (토성 같은)을 가진 하나의 몸이 될 수 있거나 두 개의 새로운 큰 몸으로 이루어진 시스템이 될 수 있으며 일부 가스는 시스템 외부에서 손실 될 것입니다.

긴 대답은 더 복잡하며 "조력"및 "로슈 한계"와 관련이 있습니다. 이제 두 개의 가스 거인이 충돌하는지, 두 개의 별 또는 두 개의 바위가 많은 행성이 충돌의 역학이 동일하든 상관 없습니다. 우리는 이러한 유형의 충돌을 "Stellar body interactions / collisions"라고 부릅니다. 왜냐하면 그들이 "충돌"하지 않더라도 여전히 서로를 파괴 할 수 있기 때문입니다. 모든 종류의 항성 상호 작용을 이해하려면 먼저 "중력 조력"을 이해해야합니다. 이것은 지구, 태양, 달 사이의 조력의 영향에서 볼 수 있듯이 실제로 바다의 조수와 관련이 있습니다. http://www.youtube.com/watch?v=l37ofe9haMU

여기 비디오의 예는 물이지만 조력의 전체적인 모양은 상관없이 동일합니다. 단단한 지구는 실제로 조 수력을 경험할 것이며 "만조"조건에서 1 인치의 분율이 상승하고 동일한 모양의 "썰물"조건에서는 1 인치 분의 1 인치가 떨어질 것입니다.

조력은 항성 체가 중심에서 방사형 인 중력을 발휘하기 때문에 발생하며 서로 밀접한 상호 작용을 할 때 각 항 성체의 두 중심을 연결하는 선을 따라 중력을 설명해야 할뿐만 아니라 고려해야 할 사항도 고려해야합니다. 각 항 성체의 모든 지점에서 다른 항 성체의 모든 지점까지의 중력. 충돌이 질문에서와 같이 정면으로 진행 되든 눈길을 사로 잡는 충돌이든 마찬가지입니다. 유일한 차이점은 최종 결과입니다.

지구와 달의 예에서 간단하게 설명하면, 조수는 달에 가장 가까운 지구 쪽에서 가장 높고 달과 수직 인 양면에서 가장 낮습니다. 이제 달에서 가장 먼 지구 쪽에서도 만조가 발생합니다. 그것은 지구의 저쪽에서 지구의 중력과 함께 작용하는 달의 중력이 있기 때문에 바닷물이 조금 더 무겁습니다.

지구와 달이 더 가까워지면 지구의 단단한 부분은 구조적 무결성을 잃고 부서 질 때까지 동일한 모양으로 변형되기 시작합니다. 이제 달에도 똑같은 일이 일어날 것이라고 언급해야합니다. 어느 한 몸이 파괴되지 않고 다른 몸에 접근 할 수있는 한계를 로슈 한계라고합니다. http://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit

로슈 리미트는 실제로 서로를 "타격"하는 것과는 달리 모든 항 성체 상호 작용에서 "엔드 게임"입니다. 사실, 두 시체가 Roche Limit를 넘으면 닿기도 전에 서로 부서지고 파괴됩니다. 이 한계에 대한 계산은 매우 간단하며 두 질량 비율의 세제곱근에 비례합니다. 계산은 각 몸이 단순히 자기 중력에 의해 함께 묶여 있다고 가정하며, 이는 대부분의 항성 상호 작용에 좋습니다.

비슷한 질량의 두 몸체의 경우, 소멸 된 잔해는 함께 회전하고 결국 잔해 위에 남은 고리가있는 새로운 물체로 합쳐질 수 있습니다. 이것은 토성에게 일어 났을 수도 있습니다.

질문의 예에서 두 물체는 본질적으로 서로 "떨어져"있지만 실제 상황에서는 두 물체가 서로 주위를 공전하고 충돌로 회전합니다. 이것이 하나 이상의 시체를 얻는 방법입니다. 이것은 지구가 어떻게 달을 얻었는지에 대한 지배적 인 이론 (거대 충격 이론)입니다. 지구 마크 1은 화성 크기의 행성 (화성 아님)과 지구 마크 2와 잔해로 형성된 달과의 충돌로 파괴되었습니다. 이것은 태양계가 탄생 한 지 2 억년이 채 안되는 시점에 일어 났을 것입니다. 따라서 지구 마크 1의 표면 상태를 추측하기는 어렵습니다.

로슈 한계에 도달하면 되돌릴 수 없다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 대부분의 경우 로슈 한계 내에서 안정적인 궤도를 만드는 것은 불가능합니다. 시체 하나 또는 둘 다 파괴해야합니다. 큰 몸과 작은 몸의 경우 큰 몸은 상호 작용에서 살아남을 수 있고 작은 몸은 파괴됩니다. 더 작은 몸체의 결과적인 파편은 더 큰 몸체와 충돌하거나 "파편의 따옴표"또는 둘의 조합으로 궤도를 돌고 있습니다.

재미있는 사실은 지구 마크 2와 달을 만든 충돌의 후유증의 결과로 달은 천천히 지구 궤도를 벗어나고 있습니다. 어느 시점에서 그것은 잃어 버릴 것입니다. 따라서 수백만 년 전에는 지구에 훨씬 더 가까웠습니다.


목성의 달 가니메데

목성의 위성 가니메데. 크레딧 : NASA

1610 년 갈릴레오 갈릴레이는 자신이 디자인 한 망원경으로 밤하늘을 올려다 보았습니다. 목성을 발견 한 그는 목성을 둘러싼 여러 "발광 물체"의 존재를 발견했으며 처음에는 별을 위해 가져갔습니다. 시간이지나면서 그는이 "별들"이 행성을 공전하고 있다는 것을 알아 차렸고, 실제로 목성의 위성이라는 것을 깨달았습니다.이 위성은 Io, Europa, Ganymede 및 Callisto로 명명 될 것입니다.

이 중에서 가니메데가 가장 크고 많은 매력적인 특징을 자랑합니다. 태양계에서 가장 큰 달일뿐만 아니라 행성 수성보다 큽니다. 그것은 자기권을 소유하고 얇은 산소 대기를 가지고있는 것으로 알려진 태양계에서 유일한 인공위성이며 (동우 달인 유로파와 칼리스토와 매우 유사) 내부 바다를 가지고 있다고 믿어진다.

중국의 천문 기록에 따르면 천문학 자 Gan De가 일찍이 기원전 365 년에 육안으로 목성의 달 (아마 가니메데)을 발견했을 수 있다고 주장하지만 갈릴레오 갈릴레이는 1610 년 1 월 7 일 망원경을 사용하여 가니메데를 처음으로 관측 한 것으로 기록됩니다. . Io, Europa 및 Callisto와 함께 그는 당시 "Medicean Stars"라고 이름지었습니다. 그의 후원자 인 Tuscany의 Grand Duke, Cosimo de 'Medici의 이름을 따서 명명했습니다.

독일 천문학 자이자 가니메데를 독자적으로 발견했다고 주장한 갈릴레오의 동시대 인 사이먼 마리우스는 요하네스 케플러의 요청에 따라 다른 이름을 제안했습니다. 그러나 이오, 유로파, 가니메데, 칼리스토의 이름은 모두 고전 신화에서 따온 것입니다. 20 세기까지는 공식적으로 채택되지 않았습니다.

그 이전에 갈릴리 위성은 행성과의 근접성에 따라 목성 I부터 IV까지 명명되었습니다 (가니메데는 목성 III로 지정됨). 토성의 위성이 발견 된 후, 케플러와 마리우스의 이름을 기반으로하는 명명 시스템이 목성의 위성에 사용되었습니다. 그리스 신화에서 가니메데는 트로이 (일 리움)라는 도시의 이름을 딴 트 로스 왕 (일 리온)의 아들이었습니다.

평균 반경이 2634.1 ± 0.3km (지구 0.413에 해당) 인 가니메데는 태양계에서 가장 큰 달이며 수성보다 훨씬 큽니다. 그러나 1.4819 x 10 23 kg (지구 0.025에 해당)의 질량은 절반에 불과합니다. 이것은 물 얼음과 규산염 바위로 구성된 가니메데의 구성 때문입니다 (아래 참조).

가니메데의 궤도는 0.0013의 작은 편심 률을 가지고 있으며 평균 거리 (반장 축)는 1,070,400km로, 주변시에서 1,069,200km에서 끝단 1,071,600km까지 다양합니다. 가니메데는 단일 혁명을 완료하는 데 7 일 3 시간이 걸립니다. 가장 알려진 위성과 마찬가지로 가니메데는 조석으로 잠겨 있으며 한쪽은 항상 행성을 향하고 있습니다.

그것의 궤도는 수세기에 걸친 태양과 행성의 중력 섭동으로 인해 편심과 경사가 준 주기적으로 변하는 목성 적도를 향하고 있습니다. 이러한 궤도 변화로 인해 축 기울기가 0 ~ 0.33 ° 사이에서 변합니다. 가니메데는 Io와 4 : 1 궤도 공명, 유로파와 2 : 1 공명을 가지고 있습니다.

본질적으로 이것은 Io가 가니메데가 만든 모든 궤도에 대해 목성을 4 번 (그리고 유로파는 2 번) 공전한다는 것을 의미합니다. Io와 Europa 사이의 우월한 결합은 Io가 periapsis에 있고 Europa가 apoapsis에있을 때 발생하고 Europa와 Ganymede 사이의 우월한 결합은 Europa가 periapsis에있을 때 발생합니다. 이러한 복잡한 공명 (4 : 2 : 1 공명)을 라플라스 공명이라고합니다.

구성 및 표면 구조 :

평균 밀도가 1.936 g / cm 3 인 가니메데는 동일한 비율의 암석 물질과 물 얼음으로 구성되었을 가능성이 높습니다. 물의 얼음은 달 질량의 46-50 % (칼리스토보다 약간 낮음)를 구성하는 것으로 추정되며 암모니아와 같은 추가 휘발성 얼음이 존재할 가능성이 있습니다. 가니메데의 표면은 약 43 %의 알베도를 가지고 있으며, 이는 물 얼음이 표면의 50-90 %의 질량 분율을 구성 함을 시사합니다.

근적외선 및 자외선 조사에서도 이산화탄소, 이산화황 및 시아 노겐, 황산 수소 및 다양한 유기 화합물의 존재가 밝혀졌습니다. 보다 최근의 데이터에 따르면 황산 마그네슘 및 아마도 황산나트륨과 같은 염이 지하 해양에서 유래했을 수 있다는 증거가 있습니다 (아래 참조).

가니메데의 내부는 철로 만들어진 단단한 내부 코어, 액체 철 및 철-황화물 외부 코어, 규산염 맨틀, 대부분이 바위 껍질과 코어를 둘러싸는 얼음의 구형 껍질로 구성되어 완전히 차별화 된 것으로 보입니다. 코어는 반경이 500km로 측정되며 온도는 약 1500-1700K이고 압력은 최대 10GPa입니다.

액체의 철 니켈이 풍부한 코어의 존재에 대한 가장 강력한 증거는 가니메데의 고유 자기장입니다. 전기 전도도가 높은 액체 철의 대류는 자기장 생성의 가장 합리적인 모델입니다. 코어의 밀도는 5.5 – 6 g / cm 3이고 규산염 맨틀의 추정 밀도는 3.4입니다. – 3.6 g / cm 3.

이 맨틀은 규산염 물질, 대부분의 경우 콘드 라이트와 철로 구성됩니다. 바깥 쪽 빙각은 가장 큰 층으로 추정되는 두께는 800km (497 마일)입니다. 가니메데 내부에있는이 층과 다른 층의 정확한 두께는 가정 된 규산염의 조성과 코어에있는 황의 양에 따라 다릅니다.

과학자들은 또한 가니메데가 두 개의 얼음 층 사이에 자리 잡은 두꺼운 바다를 가지고 있다고 믿습니다. 얼음 층과 코어 사이에는 정사각형 층, ​​그 위에는 육각 층이 있습니다. 이 바다의 존재는 궤도 탐사선과 가니메데의 오로라가 어떻게 작용하는지에 대한 연구를 통해 확인되었습니다. 요컨대, 달의 오로라는 가니메데의 자기장의 영향을받으며, 이는 차례로 거대한 지하 바닷물 바다의 존재에 영향을받습니다.

가니메데의 표면은 두 가지 유형의 지형이 혼합되어 있습니다. 아주 오래되고, 상자가 많고, 어두운 지역이 있고, 다소 젊고 밝은 지역은 광범위한 홈과 능선으로 표시되어 있습니다. 유로파와 유사한 방식으로 가니메데의 표면은 비대칭이며, 선두 반구는 후행 반구보다 더 밝습니다.

표면의 약 1/3을 차지하는 어두운 지형은이 지역의 표면 얼음에 점토와 유기 물질이 포함되어 있기 때문에 색이 너무 짙습니다. 충돌 분화구가 어두운 지형 지역에서 훨씬 더 광범위하다는 사실과 일치하는 충돌 장치에 의해 이러한 것들이 남겨 졌다는 이론이 있습니다.

한편, 그루브가있는 지형은 자연적으로 지각 적이라고 믿어지며, 이는 부분적으로 극저온주의에 기인 할 수 있지만 대부분은 조수 가열 사건의 결과로 생각됩니다. 조석의 굴곡은 내부를 가열하고 암석권을 긴장시켜 표면의 70 %에서 오래되고 어두운 지형을 지우는 균열, 움푹 들어간 곳 및 단층의 발생으로 이어질 수 있습니다.

분화구는 어두운 지역에서 더 흔하지 만 표면 전체에서 볼 수 있습니다. 가니메데는 달과 비슷한 35 억 ~ 40 억년 전에 무거운 상자를 샀을 것입니다. 사실이라면, 대부분의 영향은 그 시대에 일어 났지만, 크레이터 링 속도는 그 이후로 훨씬 더 적었습니다. 가니메데의 분화구는 달과 수성의 분화구보다 평평하며, 아마도 가니메데의 얼음 지각의 상대적으로 약한 특성 때문일 것입니다.

목성과 갈릴리 위성의 그림. 크레딧 : NASA

가니메데는 또한 보이저 우주선에서 처음 발견 된 물의 서리로 구성된 극지방 모자를 가지고 있습니다. 발견 이후, 수증기의 열 이동에서 더 높은 위도로의 열 이동에서 얼음을 더 밝게 만드는 플라즈마 충격에 이르기까지 몇 가지 이론이 제안되었습니다. Data obtained by the Galileo spacecraft – which noted a very close correspondence between the polar cap boundary and the boundaries of the moon's magnetic field – suggests that the latter theory is correct.

Similar to Europa, Ganymede has a tenuous oxygen atmosphere. Also similar to Europa is how the atmosphere formed, which involves water ice on the surface being split into hydrogen and oxygen through interaction with UV radiation, the hydrogen being lost to space and the oxygen being retained. The surface pressure of this atmosphere is thought to lie within the range of 0.2–1.2 micro Pascals.

The presence of this atmosphere also causes an airglow effect, a faint emission of light caused by the interaction of atomic oxygen and energetic particles. This effect is not uniformly distributed (as with Europa), but instead causes bright spots to appear above the polar regions – which could be "polar auroras" – due to the planet's magnetic field.

Additional evidence of the oxygen atmosphere comes from the detection of various gases trapped in the ice on Ganymede. This evidence consisted of the spectroscopic detection of ozone (O³), as well as absorption features that indicated the presence of oxygen gas (O²). Another constituent of the atmosphere is hydrogen, which (despite most being lost to space) still exists at a surface in very minor concentrations.

The existence of this neutral atmosphere implies that an ionosphere should exist since oxygen molecules are ionized by the impacts of the energetic electrons coming from the magnetosphere and by solar electromagnetic UV radiation. However, the existence of an ionosphere remains controversial, due to conflicting data gathered by different missions.

Ganymede is unique among moons in the solar systems in that it alone has a magnetosphere. The value of the moon's permanent magnetic moment is estimated to be 1.3 x 10 13 T·m 3 , which is three times larger than the magnetic moment of Mercury. The magnetic dipole is tilted with respect to the rotational axis of Ganymede by 176°, which means that it is directed against the Jovian magnetic moment.

The dipole magnetic field created by this permanent moment has a strength of 719 ± 2 Teslas (nT) at Ganymede's equator, and roughly twice that at the poles (1440 nT). This magnetic moment also carves a part of space around Ganymede, creating a tiny magnetosphere embedded inside that of Jupiter with a diameter of about 10,525 – 13,156 km.

The Ganymedian magnetosphere has a region of closed field lines located below 30° latitude, where charged particles (electrons and ions) are trapped, creating a kind of radiation belt. The main ion species in the magnetosphere is single ionized oxygen, which fits well with Ganymede's tenuous oxygen atmosphere.

The interaction between the Ganymedian magnetosphere and Jovian plasma is in many respects similar to that of the solar wind and Earth's magnetosphere. The plasma co-rotating with Jupiter impinges on the trailing side of the Ganymedian magnetosphere much like the solar wind impinges on the Earth's magnetosphere.

In addition to the intrinsic magnetic moment, Ganymede has an induced dipole magnetic field who's existence is connected with the variation of the Jovian magnetic field near Ganymede. The induced magnetic field of Ganymede is similar to those of Callisto and Europa, indicating that this moon also has a subsurface water ocean with a high electrical conductivity.

However, the existence of Ganymede's magnetosphere remains a bit of a mystery. On the one hand, its existence is believed to be the result of Ganymede's a dynamo effect caused by conducting material moving in the core, similar to Earth. However, other bodies that have differentiated metallic cores don't have magnetospheres, and the relatively small size of Ganymede's core suggests that it should have cooled sufficiently that fluid motions are no longer possible.

Ganymede is the largest satellite in our solar system, larger than Mercury and Pluto, and three-quarters the size of Mars. Credit: NASA/JPL

One explanation for this incongruity is that the same orbital resonances that may have disrupted the surface also allow the magnetic field to persist. With tidal heating increasing during such resonances, the mantle may have insulated the core, preventing it from cooling. Another explanation is a remnant magnetization of silicate rocks in the mantle, which is possible if the satellite had a more significant dynamo-generated field in the past.

There is some speculation on the potential habitability of Ganymede's ocean. An analysis published in 2014, taking into account the realistic thermodynamics for water and effects of salt, suggests that Ganymede might have a stack of several ocean layers separated by different phases of ice, with the lowest liquid layer adjacent to the rocky mantle below.

This is important, since the layer closest to the rocky interior would be subject to heating due to tidal flexing in the mantle. This heat could be transferred into the water via hydrothermal vents, which could provide the necessary heat and energy to sustain life. Combined with oxygenated water, life forms could exist at the core-mantle boundary in the form of extremophiles, in a way that is similar to what is found in Earth's oceans (and presumed to exist in Europa's interior ocean).

Several probes flying by or orbiting Jupiter have explored Ganymede more closely, including four flybys in the 1970s, and multiple passes in the 1990s to 2000s. The first approaches were conducted by the Pioneer 10 and 11 probes, which approached the moon in 1973 and 1974, respectively. These missions returned more specific information on its physical characteristics and resolved features to 400 km (250 mi) on its surface.

The next missions came in 1979, when the Voyager 1 and 2 probes passed the moon, refining estimates of its size and revealing its grooved terrain for the first time. In 1995, the Galileo spacecraft orbited Jupiter and went on to make six close flybys between 1996 and 2000. The probe's findings included the discovery of Ganymede's magnetic field, the moon's interior ocean, and a large number of spectral images that showed non-ice compounds on the surface.

The most recent mission to Ganymede was made by the New Horizons probe in 2007. While en route to Pluto, the probe obtained topographic and composition mapping data of Europa and Ganymede during its flyby of Jupiter. Their are no missions to Ganymede currently in operation, but several missions have been proposed for the coming decades.

One such proposal is the joint NASA/ESA Europa Jupiter System Mission (EJSM), which would explore Jupiter's moons (including Ganymede) and has a proposed launch date of 2020. The mission would consist of NASA's Jupiter Europa Orbiter, the ESA's Jupiter Ganymede Orbiter, and possibly a JAXA Jupiter Magnetospheric Orbiter.

The ESA's contribution was renamed the Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) in 2012, and obtained a launch slot aboard the ESA's Cosmic Vision science program (scheduled for launch in 2022 or 2024). This may include a partner mission from the Russian Space Research Institute – known as the Ganymede Lander (GL) – and would involve JUICE examining Ganymede from orbit and conducting multiple flybys or Europa and Callisto.

A Ganymede orbiter based on the Juno probe was also proposed in 2010 for the Planetary Science Decadal Survey. As part of the committee report presented at the Survey – titled "Vision and Voyagers for Planetary Science in the Decade 2013-2022" – a concept study for a possible Ganymede Orbiter was proposed, which included recommendations on instrumentation.

A canceled proposal for a Ganymede orbiter was the Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO), which would have performed a flyby of Europa, Ganymede and Callisto. Designed to use nuclear fission for power and an ion engine for propulsion, JIMO would have studied Ganymede in greater detail than an previous orbiter. However, the mission was canceled in 2005 because of budget cuts.

Artist’s cut-away representation of the internal structure of Ganymede, with layers shown to scale. Credit: Wikipedia Commons/kelvinsong

Ganymede is considered a possible candidate for human settlement – and even terraforming – due to the many advantages it presents. For one, as Jupiter's largest moon, Ganymede has a gravitational force of 1.428 m/s 2 (the equivalent of 0.146 g) which is comparable to Earth's Moon. Sufficient enough to limit the effects of muscle and bone degeneration, this lower gravity also means that the moon has a lower escape velocity – which means it would take considerably less fuel for rockets to take off from the surface.

What's more, the presence of a magnetosphere mans that colonists would be better shielded from cosmic radiation than on other bodies. The prevalence of water ice means that colonists could also produce breathable oxygen, their own drinking water, and would be able to synthesize rocket fuel. Unfortunately, beyond this, Ganymede presents numerous challenges for colonization.

The magnetic field of Jupiter and co-rotation enforcing currents. Credit: Wikipedia Commons/Ruslik0

For starters, the presence of a magnetosphere does not shield Ganymede from enough cosmic radiation to ensure human safety, due to the fact that it is overshadowed by Jupiter's powerful magnetic field. This results in the surface receiving some 8 rem of radiation per day – which is 333 times the average of what Earth-bound organisms experience in a year.

The dominance of Jupiter's magnetic field also means that Ganymede's magnetosphere is not strong enough to retain an atmosphere of sufficient density to sustain human beings. It would also be insufficient to retain much heat. Hence, settlements on the surface would need to be heavily insulated, shielded from radiation, and contain a breathable atmosphere.

A possible solution to this, similar to what has been proposed for Europa, would be for colonists to build settlements within the icy mantle, or possibly under the surface of the ice entirely. These embedded (or aquatic habitats) would be shielded from harmful cosmic radiation by the icy mantle. They could also function as conduits between the ocean and the surface, piping water in and processing it into fuel for export.

However, such possibilities are still far from realization and in the meantime, exploring Ganymede and deciphering its deeper mysteries remains the priority. And of these, Ganymede has several! Much like the other Galilean moons, Ganymede possesses a wealth of unique and mysterious attributes, many of which still defy comprehension.

In addition to being the largest moon in the solar system, it is the only moon other than Earth (and the gas giants) to have a magnetic field. And of course, there's the possibility that life could exist beneath its icy crust, possibly in microbial or extreme form. All of these make Ganymede an intriguing prospect for future exploration.

  • Jupiter’s moon Ganymede. 크레딧 : NASA
  • Artist’s concept of the Jupiter Icy Moons Orbiter (JIMO), a cancelled program that envisioned sending a spacecraft to inspect Callisto, Ganymede and Europa. Credit: NASA/JPL

Jupiter has colorful bands running laterally. They have colors ranging from whites, yellows, browns, to reds. The deeper atmosphere has blue clouds.

Jupiter’s Great Red Spot is a visible red-brownish spot found on the giant planet. It is actually a hurricane that has been brewing for hundreds of years. It is wider than Earth’s diameter and it spins at 225 miles per hour (360 kilometers per hour). Nobody knows what drives it or whether it will ever disappear.

Jupiter does not have a solid crust like the terrestrial planets and we have not yet figured out what its core is made up of. The core is surrounded by fluid hydrogen which is then surrounded by a gaseous atmosphere. Jupiter is, therefore a massive ball of liquid and gas (unless we discover the real structure of the core).

The Atmosphere:

It has molecular hydrogen (89.8%), helium (10.2%), and traces of ammonia, methane, water, ethane, ice aerosols, ammonia ice aerosols, hydrogen deuteride, and ammonia hydrosulfide in its atmosphere. In the deeper atmosphere, it rains diamonds.

The colorful bands we see are probably clouds of sulfur and gases containing phosphorous. The atmospheric pressure is immense. There are winds blowing constantly and in opposite directions.

In the upper atmosphere, winds reach speeds of up to 335 miles per hour (539 kilometers per hour).

Deeper in the atmosphere, Hydrogen is compressed into liquid Hydrogen. Jupiter has a strong magnetic field that creates a magnetosphere where all bodies revolving around it are housed.

A magnetosphere is a region where the Jovian magnetic field is more dominant than the solar field.

It has a magnetic field that is 16 to 54 times stronger than that of Earth.

The Seasons:

Jupiter’s axis has a three-degree tilt which is not enough to cause distinct seasons like the ones we experience on earth (Earth has a 23-degree tilt). Jupiter has the fastest planetary spin. It takes less than 10 hours to fully turn on its axis that is less than half a day on earth.

Jupiter’s temperatures vary massively from the core to the clouds. While the clouds have an average temperature of -234 degrees Fahrenheit (-145 Celsius).

The core supplies more heat to the gas giant than the sun, and has sustained temperatures reaching 43,000 degrees Fahrenheit (24,000 Celsius).

The Terrain:

Jupiter is a gas giant. So, unlike terrestrial planets, it does not have a “terrain” in the conventional sense because it is a big ball of gases and liquids.


Ask Ethan: Why Doesn’t Gravity Happen Instantly?

Two black holes, each with accretion disks, are illustrated here just before they collide. . [+] inspiral and merger of binary black holes provided humanity with our first direct measurement of gravitational waves, and with it, our first direct measurement of the speed of gravity. It isn't instantaneous.

Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).

When you look at the Sun, the light you’re seeing isn’t the light that’s being emitted right now. Instead, you’re seeing light that’s a little more than eight minutes old, since the Sun is some 150 million kilometers (93 million miles) away, and light — although it’s fast — can only travel through the Universe at a specific speed: the speed of light. But what about gravitation? Everything on Earth experiences the Sun’s gravitational pull, but is the gravity that the Earth experiences as it orbits the Sun coming from the Sun right now, at this very instant? Or, just like light, are we experiencing gravitation from some time ago? It’s a fascinating question to ponder, with Paul Roland writing in to ask about,

"the relationship of gravitational wave speed to that of light. At first I saw no connection, since gravity derives from mass and is a totally separate effect versus electromagnetics. One might assume [this] would cause gravitational effects to be slower than light [in terms of] propagation time.”

We all have our intuitive thoughts for how we expect things to behave, but only experiments and observations can provide the answer. Gravity isn’t instant, and turns out to propagate at exactly the speed of light. Here’s how we know.

When a gravitational microlensing event occurs, the background light from a star gets distorted and . [+] magnified as an intervening mass travels across or near the line-of-sight to the star. The effect of the intervening gravity bends the space between the light and our eyes, creating a specific signal that reveals the mass and speed of the planet in question. Gravitation's effects aren't instantaneous, but only occur at the speed of light.

Jan Skowron / Astronomical Observatory, University of Warsaw

Our story starts with the speed of light. The first person to try to measure it, at least according to legend, was Galileo. He set up an experiment at night, where two people would each be atop adjacent mountain peaks, each one equipped with a lantern. One of them would unveil their lantern, and when the other saw it, they would unveil their own lantern, allowing the first person to measure how much time elapsed. Unfortunately for Galileo, the results appeared instantaneous, limited only by the speed of a human’s reaction.

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The key advance didn’t come until 1676, when Ole Rømer had the brilliant idea to observe Jupiter’s innermost large moon, Io, as it passed behind Jupiter and re-emerged from the giant planet’s shadow. Because light has to travel from the Sun to Io, and then from Io back to our eyes, there ought to be a delay from when Io leaves Jupiter’s shadow, geometrically, until we can observe it here on Earth. Although Rømer’s conclusions were off by about 30% from the actual value, this was the first measurement of the speed of light, and the first robust demonstration that light traveled at a finite speed after all.

목성의 위성 중 하나가 우리 태양계에서 가장 큰 행성 뒤를 지나면. [+] 행성의 그림자가 어두워지고 있습니다. 햇빛이 다시 달을 비추기 시작하면 우리는 즉시 그것을 보지 못하지만 몇 분 후에 빛이 달에서 우리 눈으로 이동하는 데 걸리는 시간입니다. 여기에서 Io는 Ole Rømer가 처음으로 빛의 속도를 측정 할 때 사용한 것과 동일한 현상 인 목성 뒤에서 다시 나타납니다.

Rømer’s work influenced a number of important scientists of his day, including Christiaan Huygens and Isaac Newton, who came up with the first scientific descriptions of light. About a decade after Rømer, however, Newton turned his attention to gravitation, and all ideas about a finite speed for gravity went out the window. Instead, according to Newton, every massive object in the Universe exerted an attractive force on every other massive object in the Universe, and that interaction was instantaneous.

The strength of the gravitational force is always proportional to each of the masses multiplied together, and inversely proportional to the square of the distance between them. Move twice as far away from one another, and the gravitational force becomes just one-quarter as strong. And if you ask which direction the gravitational force points in, it’s always along a straight line connecting those two masses. That’s the way Newton formulated his law of universal gravitation, where the mathematical orbits he derived matched up precisely with the way the planets moved through space.

Before we understood how the law of gravity worked, we were able to establish than any object in . [+] orbit around another obeyed Kepler's second law: it traced out equal areas in equal amounts of time, indicating that it must move more slowly when it's farther away and more quickly when it's closer. At all moments, in Newton's gravity, the gravitational force must point towards where the Sun is, not where it was a finite time ago in the past.

Of course, we already knew how to describe the way that planets orbited the Sun: Kepler’s laws of planetary motion were many decades old by time Newton came along. What he did that was so remarkable was to put forth a theory of gravity: a mathematical framework that obeyed rules from which all of Kepler’s laws (and many other rules) could be derived. So long as, at every moment in time, the force on any planet always points directly towards where the Sun is at that exact moment, you get the planetary orbits to match up with what we observe.

What Newton also realized was this: if you make the gravitational force point towards where the Sun was a certain amount of time ago — such as

8 minutes ago from the perspective of planet Earth — the planetary orbits you get are all wrong. In order for Newton’s conception of gravity to have a chance at working, the gravitational force needs to be instantaneous. If gravitation is slow, even if “slow” means that it moves at the speed of light, Newton’s gravity doesn’t work, after all.

One revolutionary aspect of relativistic motion, put forth by Einstein but previously built up by . [+] Lorentz, Fitzgerald, and others, that rapidly moving objects appeared to contract in space and dilate in time. The faster you move relative to someone at rest, the greater your lengths appear to be contracted, while the more time appears to dilate for the outside world. This picture, of relativistic mechanics, replaced the old Newtonian view of classical mechanics, but also carries tremendous implications for theories that aren't relativistically invariant, like Newtonian gravity.

For hundreds of years, Newton’s gravity was able to solve every mechanical problem that nature (and humans) threw at it. When Uranus’s orbit appeared to violate Kepler’s laws, it was a tantalizing clue that perhaps Newton was wrong, but it wasn’t to be. Instead, there was an additional mass out there in the form of the planet Neptune. Once its position and mass became known, that puzzle went away.

But Newton’s successes wouldn’t last forever. The first real clue came with the discovery of Special Relativity, and the notion that space and time aren’t absolute quantities, but rather how we observe them depends very intricately on our motion and location. In particular, the faster you move through space, the slower clocks appear to run and the shorter distances appear to be. As Fitzgerald and Lorentz, working before Einstein, described it, distances contract and time dilates the closer you move to the speed of light. Unstable particles are observed to survive for longer if they move at high speeds. Space and time cannot be absolute, but must be relative for each unique observer.

행성이 태양을 공전하는 방식에 대한 정확한 모델은. [+] 다른 동작 방향. If the Sun were to simply wink out of existence, Newton's theory predicts that they would all instantaneously fly off in straight lines, while Einstein's predicts that the inner planets would continue orbiting for shorter periods of time than the outer planets.

If that’s true, and different observers moving with different velocities and/or at different locations can’t agree on things like distances and times, then how could Newton’s conception of gravity be correct? It seems that all of these things can’t be true simultaneously something must be inconsistent here.

One way to think about it is to consider an absurd but useful puzzle: imagine that, somehow, some omnipotent being were able to instantaneously remove the Sun from our Universe. What would we expect would happen to the Earth?

As far as the light goes, we know that it would continue to arrive for another 8 minutes or so, and the Sun would only appear to go disappear once that light stops reaching us. The other planets would only go dark once the sunlight stopped reaching them, reflecting off of them, and ceased arriving at our eyes. But what about gravitation? Would that cease instantly? Would all of the planets, asteroids, comets, and Kuiper belt objects simply fly off in a straight line all at once? Or would they all continue orbiting for a time, continuing their gravitational dance in blissful ignorance until the effect of gravity finally hit them?

Unlike the picture that Newton had of instantaneous forces along the line-of-sight connecting any . [+] two masses, Einstein conceived gravity as a warped spacetime fabric, where the individual particles moved through that curved space according to the predictions of General Relativity. In Einstein's picture, gravity is not instantaneous at all.

The problem, according to Einstein, is that Newton’s entire picture must be flawed. Gravity isn’t best viewed as a straight-line, instantaneous force connecting any two points in the Universe. Instead, Einstein put forth a picture where space-and-time are woven together in what he visualized as an inseparable fabric, and that not only masses, but all forms of matter and energy, deformed that fabric. Instead of the planets orbiting because of an invisible force, they simply move along the curved path determined by the curved, distorted fabric of spacetime.

This conception of gravity leads to a radically different set of equations from Newton’s, and instead predicts that gravity not only propagates at a finite speed, but that speed — the speed of gravity — must be exactly equal to the speed of light. If you were to suddenly “wink” the Sun out of existence, that spacetime fabric would “snap” back to flat the same way a rock falling into a pool of water would cause the water’s surface to snap back. It would come to equilibrium, but the changes in the surface would come in ripples or waves, and they would only propagate at a finite speed: the speed of light.

Ripples in spacetime are what gravitational waves are, and they travel through space at the speed of . [+] light in all directions. Although the constants of electromagnetism never appear in the equations for Einstein's General Relativity, gravitational waves undoubtedly move at the speed of light.

European Gravitational Observatory, Lionel BRET/EUROLIOS

For many years, we’ve had indirect tests of the speed of gravity, but nothing that measured these ripples directly. We measured how the orbits of two pulsing neutron stars changed as they orbited one another, determining that energy was radiating away at a finite speed: the speed of light, to within a 99.8% accuracy. Just as Jupiter’s shadow obscures light, Jupiter’s gravity can bend a background light source, and a 2002 coincidence lined up Earth, Jupiter, and a distant quasar. The gravitational bending of the quasar light due to Jupiter gave us another independent measurement of gravity’s speed: it’s again the speed of light, but comes with a

All of this began to change dramatically about 5 years ago, when the first advanced gravitational wave detectors saw their first signals. As the first gravitational waves traveled across the Universe from merging black holes, a journey of more than a billion light-years for our first detection, they arrived at our (then) two gravitational wave detectors just milliseconds apart, a small but significant difference. Because they’re at different points on Earth, we’d expect a slightly different arrival time if gravity propagated at a finite speed, but no difference if it were instantaneous. For every gravitational wave event, the speed of light is consistent with the observed arrival times of the waves.

The signal from LIGO of the first robust detection of gravitational waves. The waveform is not just . [+] a visualization it's representative of what you'd actually hear if you listened properly, with increasing frequency and amplitude as the two masses approach the moment of the exact merger.

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger B. P. Abbott et al., (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), Physical Review Letters 116, 061102 (2016)

But in 2017, something spectacular happened that blew all our other constraints — both direct and indirect ones — away. 에서

130 million light-years away, a gravitational wave signal began to arrive. It started out with a small but detectable amplitude, then increased in power while getting faster in frequency, corresponding to two low-mass objects, neutron stars, inspiraling and merging. After only a few seconds, the gravitational wave signal spiked, and then ceased, signaling the merger was complete. And then, no more than 2 seconds later, the first sign of light arrived: a gamma-ray burst.

It took some 130 million years for both the gravitational waves and the light from this event to travel through the Universe, and they arrived at the exact same time: to within 2 seconds. That means, at most, if the speed of light and the speed of gravity are different, then they’re different by no more than about 1 part in a quadrillion (10 15 ), or that those two speeds are 99.9999999999999% identical. In many ways, it’s the most accurate measurement of a cosmic speed ever made. Gravity really does travel at a finite speed, and that speed is identical to the speed of light.

Artist’s illustration of two merging neutron stars. The rippling spacetime grid represents . [+] gravitational waves emitted from the collision, while the narrow beams are the jets of gamma rays that shoot out just seconds after the gravitational waves (detected as a gamma-ray burst by astronomers). The gravitational waves and the radiation must travel at the same speed to a precision of 15 significant digits.

NSF / LIGO / Sonoma State University / A. Simonnet

From a modern point of view, this makes sense, as any massless form of radiation — whether particle or wave — must travel at exactly the speed of light. What started off as an assumption based on the need for self-consistency in our theories has now been directly confirmed observationally. Newton’s original conception of gravitation doesn’t hold up, as gravity isn’t an instantaneous force after all. Instead, the results agree with Einstein: gravitation propagates at a finite speed, and the speed of gravity is exactly equal to the speed of light.

We at last know what would happen if you could somehow make the Sun disappear: the last light from the Sun would continue traveling away from it at the speed of light, and it would only go dark when the light stopped arriving. Similarly, gravity would behave in the same fashion, with the Sun’s gravitational effects continuing to influence the planets, asteroids, and all the other objects in the galaxy until its gravitational signal no longer arrived. Mercury would fly off in a straight line first, followed by all the other masses in order. The light would stop arriving at exactly the same time the gravitational effects did. As we only now know for certain, gravity and light really do travel at exactly the same speeds.


Sun's Tidal Effect

Even though the Sun is 391 times as far away from the Earth as the Moon, its force on the Earth is about 175 times as large. Yet its tidal effect is smaller than that of the Moon because tides are caused by the difference in gravity field across the Earth. The Earth's diameter is such a small fraction of the Sun-Earth distance that the gravity field changes by only a factor of 1.00017 across the Earth. The actual force differential across the Earth is 0.00017 x 174.5 = 0.03 times the Moon's force, compared to 0.068 difference across the Earth for the Moon's force. The actual tidal influence then is 44% of that of the Moon.


비디오보기: გაკვეთილი #9. მსოფლიო მიზიდულობის კანონი, სიმძიმის ძალა, თავისუფალი ვარდნა (구월 2022).


코멘트:

  1. Daylon

    인터넷은 문장 안에 대문자로 철자가 있습니다. And the hundredths are not with a period, but with a comma.

  2. Kenos

    놀랍게도, 그것은 귀중한 정보

  3. Colis

    Wacker, by the way, this brilliant phrase is just being used



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