الفلك

هل تساهم الأجسام غير المرتبطة في جاذبية الكوكب؟

هل تساهم الأجسام غير المرتبطة في جاذبية الكوكب؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إذا كان بإمكانك قياس جاذبية الأرض بدقة لا نهائية ، وفعلت ذلك مع الأرض وسكانها بالكامل ، والأرض بلا بشر ، فهل سيكون هناك فرق مباشر في الجاذبية؟ هل هذه طريقة صحيحة حتى للتفكير في الجاذبية؟


أعتقد أن السؤال يتعلق أكثر عندما يتجول شخص حول السطح ، أو يقود سيارته ، أو يستقل المصعد ، أو عندما تقفز قطة من شجرة ، أو يطير طائر في السماء ، هل هذا يغير جاذبية الأرض ، والإجابة ، كما لوحظ في الإجابة الأخرى ، هي نعم ، ولكن بشكل طفيف جدًا.

كتلة الأرض والزخم الزاوي ثابتان (إذا تجاهلنا خسارة الغلاف الجوي ، والإشعاع الخارج والإشعاع في والنيازك / الغبار الفضائي في الداخل). الشيء غير المتسق هو شكل الأرض وتباين كثافتها ، وشكل الأرض وتباين كثافتها ، يغيران ، بمهارة شديدة ، جاذبيتها بمعنى أن جاذبية الأرض متكتلة وليست سلسة.

إن حجم تأثير البشر على جاذبية الكوكب من خلال المشي أو القيادة أو بناء الأشياء يكاد لا يكاد يُذكر. أكبر التأثيرات على كتلة الجاذبية الأرضية هي التأثيرات التكتونية وليست من صنع الإنسان. أجزاء من اليابان ، على سبيل المثال ، غرقت ما يقرب من 3 أقدام خلال الزلزال الكبير في عام 2011. أكبر تأثير من صنع الإنسان هو ذوبان الأنهار الجليدية بسبب تغير المناخ.


نعم ، ستغير القوة الجذابة بمقدار 10 ^ -14 إذا كان هناك عالم بدون أشخاص.

اعتمادًا على المسافة ، يمكنك قياس جاذبية الأشخاص والمباني ، في الواقع استخدموا الجاذبية لقياس الفجوات في أهرامات الجيزة مرة واحدة.

يمكن لمسح الجاذبية اليوم اكتشاف الكهوف والخزانات من 2 متر إلى 50 مترًا على عمق 2 متر إلى 150 مترًا ، لذلك في المستقبل ، سنكون قادرين على اكتشاف العديد من الكهوف والحفريات باستخدام أجهزة قياس الجاذبية بتقنية النانو. http://physicsworld.com/cws/article/news/2016/mar/30/new-gravimeter-on-a-chip-is-tiny-yet-extremely-sensitive


القوة الجماعية للأجسام الجليدية المظلمة للنظام الشمسي

كافح العلماء طويلًا لشرح وجود "الأجسام المنفصلة" عن النظام الشمسي ، والتي لها مدارات تميل مثل الأرجوحة وتتجمع غالبًا في جزء واحد من سماء الليل. الائتمان: ستيفن بوروز / جيلا

تعتبر المناطق الخارجية من نظامنا الشمسي مكانًا غريبًا - مليئًا بأجسام مظلمة وجليدية تحمل ألقابًا مثل Sedna و Biden و The Goblin ، ويمتد كل منها عدة مئات من الأميال.

قد تساعد دراستان جديدتان أجراهما باحثون في جامعة كولورادو بولدر في حل أحد أكبر الألغاز حول هذه العوالم البعيدة: لماذا لا يدور الكثير منهم حول الشمس بالطريقة التي ينبغي عليهم القيام بها.

إن مدارات هذه الشذوذ الكوكبي ، والتي يسميها العلماء "الأجسام المنفصلة" ، هي إمالة وانعكاس مستوي النظام الشمسي ، من بين سلوكيات أخرى غير عادية.

قالت آن ماري ماديجان ، الأستاذة المساعدة في قسم الفيزياء الفلكية: "هذه المنطقة من الفضاء ، الأقرب إلينا كثيرًا من النجوم في مجرتنا والأشياء الأخرى التي يمكننا مراقبتها بشكل جيد ، غير معروفة لنا تمامًا". وعلوم الكواكب (APS) في CU Boulder.

اقترح بعض الباحثين أنه يمكن إلقاء اللوم على شيء كبير - مثل كوكب غير مكتشف ، يُطلق عليه اسم "الكوكب 9" ، والذي ينثر الأجسام في أعقابه.

لكن ماديجان وطالب الدراسات العليا ألكسندر زديريك يفضلان التفكير بشكل أصغر. بالاعتماد على عمليات محاكاة حاسوبية شاملة ، يؤكد الثنائي أن هذه الأجسام المنفصلة ربما تكون قد عطلت مداراتها - من خلال دفعات جاذبية صغيرة تراكمت على مدى ملايين السنين.

وقال ماديجان إن النتائج تقدم تلميحًا محيرًا لما قد يحدث في هذه المنطقة الغامضة من الفضاء.

قال ماديجان ، وهو أيضًا زميل في JILA: "نحن أول فريق قادر على إعادة إنتاج كل شيء ، كل الانحرافات المدارية الغريبة التي شاهدها العلماء على مر السنين". "من الجنون الاعتقاد أنه لا يزال هناك الكثير الذي يتعين علينا القيام به."

نشر الفريق نتائجه في 2 يوليو في المجلة الفلكية والشهر الماضي في رسائل المجلة الفلكية.

قوة الكويكبات

وأضاف ماديجان أن المشكلة في دراسة النظام الشمسي الخارجي هي أنه مجرد مظلم.

وقالت: "الطريقة الوحيدة عادة لرصد هذه الأجسام هي أن تصطدم أشعة الشمس بسطحها وتعود إلى تلسكوباتنا على الأرض". "نظرًا لصعوبة معرفة أي شيء عنها ، كان هناك افتراض بأنها فارغة."

إنها واحدة من عدد متزايد من العلماء الذين يجادلون بأن هذه المنطقة من الفضاء بعيدة كل البعد عن كونها فارغة - لكن هذا لا يسهل فهمها.

مجرد إلقاء نظرة على الأشياء المنفصلة. بينما تميل معظم الأجسام في النظام الشمسي إلى الدوران حول الشمس في قرص مسطح ، يمكن أن تميل مدارات هذه العوالم الجليدية مثل الأرجوحة. يميل الكثيرون أيضًا إلى التجمع في شريحة واحدة فقط من سماء الليل ، تشبه إلى حد ما البوصلة التي تشير إلى الشمال فقط.

أراد ماديجان وزديريك معرفة السبب. للقيام بذلك ، لجأوا إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة لإعادة إنشاء ، أو نمذجة ، ديناميكيات النظام الشمسي الخارجي بتفاصيل أكبر من أي وقت مضى.

وقال زديريك من وكالة الأنباء الجزائرية: "لقد صنعنا نموذجًا ربما كان موجودًا في السابق في النظام الشمسي الخارجي وأضفنا أيضًا تأثير الجاذبية للكواكب العملاقة مثل كوكب المشتري".

في هذه العملية ، اكتشفوا شيئًا غير عادي: الأجسام الجليدية في عمليات المحاكاة الخاصة بهم بدأت تدور حول الشمس كالمعتاد. لكن بعد ذلك ، مع مرور الوقت ، بدأوا في الشد والضغط على بعضهم البعض. نتيجة لذلك ، نمت مداراتها بشكل متزعزع حتى أصبحت تشبه في النهاية الشيء الحقيقي. كان الأمر الأكثر لفتًا للنظر هو أنهم فعلوا كل شيء بمفردهم - لم تكن الكويكبات والكواكب الصغيرة بحاجة إلى كوكب كبير لرميها في حلقة.

قال ماديجان: "بشكل فردي ، كل تفاعلات الجاذبية بين هذه الأجسام الصغيرة ضعيفة". "ولكن إذا كان لديك ما يكفي منهم ، يصبح هذا مهمًا."

شهد ماديجان وزديريك تلميحات عن أنماط مماثلة في بحث سابق ، لكن نتائجهم الأخيرة توفر أكثر الأدلة شمولاً حتى الآن.

تأتي النتائج أيضًا مع تحذير كبير. من أجل جعل نظرية ماديجان وزديريك عن "الجاذبية الجماعية" تعمل ، كان النظام الشمسي الخارجي بحاجة ذات مرة إلى احتواء كمية هائلة من الأشياء.

قال ماديجان: "كنت بحاجة إلى أشياء تضاف إلى شيء ما يعادل 20 كتلة أرضية". "هذا ممكن من الناحية النظرية ، لكنه بالتأكيد سيصطدم بمعتقدات الناس."

بطريقة أو بأخرى ، يجب على العلماء اكتشاف ذلك قريبًا. من المقرر أن يبدأ تلسكوب جديد يسمى مرصد Vera C. Rubin في تشيلي في عام 2022 وسيبدأ في تسليط ضوء جديد على هذا الامتداد غير المعروف للفضاء.

قال زديريك: "يرتبط الكثير من الانبهار الأخير بالنظام الشمسي الخارجي بالتقدم التكنولوجي". "أنت حقًا بحاجة إلى أحدث جيل من التلسكوبات لمراقبة هذه الأجسام."


اسأل إيثان: كيف تختبر الجسيمات عديمة الكتلة الجاذبية؟

توضح هذه الصورة تأثير عدسة الجاذبية والمسارات المتعددة التي يمكن للضوء أن يسلكها. [+] الوصول إلى نفس الوجهة. بالنظر إلى المسافات الكونية الهائلة والكتل الهائلة في اللعب ، يمكن أن تختلف أوقات الوصول بأقل من ساعات أو بقدر عقود بين الصور ، ومع ذلك فإن الضوء نفسه يعاني بوضوح من آثار الجاذبية ، على الرغم من أنه ليس له كتلة خاصة به.

ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ويوهان ريتشارد (معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، الولايات المتحدة الأمريكية) شكر وتقدير: دافيد دي مارتن وأمب جيمس لونج (وكالة الفضاء الأوروبية / هابل)

عندما اقترح نيوتن قانون الجاذبية العامة لأول مرة ، كانت هذه هي المرة الأولى التي أدركنا فيها نفس القاعدة التي تحكم كيفية سقوط الأجسام على الأرض والتي تحكم أيضًا كيفية تحركها وجذب بعضها البعض في جميع أنحاء الكون. سقطت الأجسام على الأرض بسبب الجاذبية ، تسحب الأرض نفسها إلى جسم كروي بسبب الجاذبية الأرضية تدور حول الكواكب والكواكب حول الشمس بسبب الجاذبية وما إلى ذلك على نطاقات أكبر وأكبر. كان قانون نيوتن بسيطًا ولكنه عميق: الأجسام ذات الكتلة تجذب بعضها البعض وتعتمد فقط على كتلها ومسافاتها وثابت الجاذبية للكون. إذن كيف ، إذن ، الجسيمات عديمة الكتلة ، مثل الفوتونات ، تختبر الجاذبية؟ هذا ما يريد بريت هامرز معرفته ، متسائلاً:

بالنظر إلى معادلة الجاذبية بين كتلتين ، وحقيقة أن الفوتونات عديمة الكتلة ، كيف يمكن لكتلة (مثل نجم أو ثقب أسود) أن تؤثر على الفوتون المذكور؟

إنه سؤال جيد حقًا ، لكن يمكن أن يجيب عليه فهمنا العميق للجاذبية. دعونا نرى كيف.

يوضح هذا الرسم التخطيطي لنظامنا الشمسي المسار الدرامي لـ A / 2017 U1 (الخط المتقطع) كما هو. [+] عبرت مستوى الكواكب (المعروفة باسم مسير الشمس) ، ثم استدار وعاد للخارج. المدار الزائدي لبعض الأجسام غير المقيدة ، والمدارات الإهليلجية والدائرية للأجسام المقيدة ، والأشكال المكافئة التي تتبعها الأجسام المتساقطة في مجال الجاذبية كلها أمثلة على ما توصلت إليه من قانون نيوتن بسيط للقوة.

Brooks Bays / SOEST Publication Services / معهد UH لعلم الفلك

عندما جاء نيوتن ، كان مفهومه عن الجاذبية ثوريًا جذريًا. كان الناس قد قاسوا سابقًا كيفية تسارع الأجسام بالقرب من سطح الأرض ، مع زيادة المسافة التي تسقطها بما يتناسب مع الوقت الذي تسقط فيه بشكل مربع. أحدث كبلر ثورة في علم الفلك من خلال إثبات أن الكواكب تدور حول الشمس في مدار بيضاوي الشكل. وقد بدأ هالي ، المعاصر لنيوتن ، في فهم الطبيعة الدورية للمذنبات.

كان نيوتن ، بشكل لا يصدق ، قادرًا على تجميع كل هذا في إطار واحد. سقطت الأجسام بالمعدل الذي حدث على الأرض لأنها تسارعت نحو مركز الأرض. دارت الأقمار حول كواكبها بسبب الانجذاب المتبادل مع الكواكب والمذنبات التي تدور حول الشمس. قانون واحد مباشر ومباشر: إن ضرب ثابت الجاذبية بأي كتلتين ، مقسومًا على مربع المسافة بينهما ، يمنحك قوة الجاذبية.

حلت النسبية العامة لأينشتاين محل قانون نيوتن للجاذبية الكونية ، ولكن. [+] اعتمد على مفهوم الفعل الفوري (القوة) عن بعد ، وهو واضح بشكل لا يصدق. ثابت الجاذبية في هذه المعادلة ، G ، إلى جانب قيم الكتلتين والمسافة بينهما ، هي العوامل الوحيدة في تحديد قوة الجاذبية.

ويكيميديا ​​المستخدم المشاع دنيس نيلسون

هذا شرح جميع الأنواع المختلفة من المدارات الممكنة: الدوائر ، والقطع الناقص ، والقطوع المكافئة ، والقطوع الزائدة. وأوضح طاقة الجاذبية الكامنة وكيف ستتحول هذه الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. شرح سرعة الهروب ، وسمح لنا في النهاية بمعرفة كيفية الهروب من روابط الجاذبية الأرضية. إذا كانت هناك مشكلة تتعلق بقوة الجاذبية ، يمكن للجاذبية النيوتونية حلها. منذ حوالي 200 عام ، شرح كل شيء لاحظناه على الإطلاق.

كان المنطق وراء ذلك بسيطًا جدًا أيضًا: إذا كان بإمكانك القول ، بكل تأكيد ودقة ،

  • ما كانت كل الجماهير في الكون في أي وقت ،
  • حيث كانوا موجودين ،
  • وكيف كانوا يتحركون في البداية ،

يمكن أن تخبرك جاذبية نيوتن بالقوة التي ستكون على كل جسم في كل مكان في الكون في أي وقت. الكون ، وفقًا لنيوتن ، كان حتميًا تمامًا.

تخضع مدارات الكواكب والمذنبات ، من بين الأجرام السماوية الأخرى ، لقوانين. [+] الجاذبية العامة.

كاي جيبسون ، شركة Ball Aerospace & amp Technologies Corp

ها هي الفكرة الأساسية للكون النيوتوني: لديك كل كتلك الموجودة ، فهي تجذب بعضها البعض على الفور ، عبر أي مسافة من الفضاء ، في كل الأوقات ، بنفس المقدار الذي يتوقعه قانون نيوتن للجاذبية الكونية. هذا صحيح بالنسبة لجميع الجماهير في كل مكان وفي جميع الأوقات. إذا كان هذا صحيحًا بنسبة 100٪ ، فلن تكون هناك طريقة للتوفيق بين ذلك وبين انحناء الضوء بالكتلة. الضوء عديم الكتلة (م = 0) ، وبالتالي لا يمكن لجميع الكتل في كل الكون أن تمارس أي قوة عليها. أي شيء ، بغض النظر عن حجمه ، مضروبًا في 0 لا يزال يساوي 0.

لكن صورة نيوتن لا يمكن أن تكون صحيحة ، وتوضح النسبية الخاصة لأينشتاين السبب. تخيل أنك وأنا نقف بجانب بعضنا البعض ، وعندما تنطلق مسدس البداية ، تتقدم للأمام ، إلى الأمام ، بينما أنا أتعثر وأبقى في راحة. عندما ننظر إلى كتلة بعيدة ، تجذبنا ، ترى جسديًا مسافة مختلفة عن تلك الكتلة مني ، على الرغم من أننا ما زلنا في نفس المكان في الفضاء.

كان أحد التحديات التي واجهت النظرية النيوتونية هي الفكرة التي طرحها أينشتاين ولكن تم بناؤها سابقًا. [+] لورينتز وفيتزجيرالد وآخرين ، أن الأجسام المتحركة بسرعة بدت وكأنها تتقلص في الفضاء وتتوسع في الوقت المناسب. المكان والزمان ، فجأة ، لم يبدوا ثابتين ومطلقين.

والسبب في ذلك هو انكماش الطول ، والذي ينص على أن المراقبين الذين يتحركون بسرعات مختلفة سيختلفون حول المسافات المرصودة: كلما تقدمت بشكل أسرع ، ستظهر الأطوال الأقصر (الأكثر تقلصًا). هذه نتيجة واحدة فقط للنسبية ، لكنها توضح جيدًا سبب عدم صحة الصورة النيوتونية.

تلك الكتلة البعيدة التي نراها أنا وأنت - عندما يكون أحدنا ثابتًا والآخر في حالة حركة - ستؤثر قوة الجاذبية على كلانا. إذا كنا على نفس المسافة من هذا الجسم ، فعليًا ، يجب أن تكون القوة الجاذبة هي نفسها. ولكن إذا كانت المسافة نسبية ، فمن هو الصحيح إذن؟ هل قياساتي الثابتة للمسافات من الكتلة إلينا صحيحة؟ أم أن القياس أثناء الحركة للقياس الأصغر ، صحيح؟

في الصورة النيوتونية للجاذبية ، المكان والزمان كميات مطلقة وثابتة ، بينما في. [+] الصورة الآينشتينية ، الزمكان هو هيكل واحد موحد حيث الأبعاد الثلاثة للفضاء وبُعد واحد للوقت مرتبطان ارتباطًا وثيقًا.

الجواب ، بشكل مفاجئ ، هو أننا بحاجة إلى أن نكون على صواب. يجب أن يكون قانون الجاذبية الصحيح صحيحًا لمن يراقبه ، وصورة نيوتن غير متوافقة مع ذلك. استغرق الأمر حتى عام 1915 لظهور صياغة أكثر دقة ، وكان هذا هو وصول النسبية العامة لأينشتاين.

من الناحية المفاهيمية ، لا تشبه نسبية أينشتاين كثيرًا صورة نيوتن. على وجه الخصوص ، فإنه يؤكد الاختلافات الرئيسية التالية.

  • المكان والزمان نسبيان ، ليسا مطلقين وثابتين ، ووجهات نظر كل مراقب عنهما صحيحة بنفس القدر.
  • كيان الزمكان مشوه (أو منحني هندسيًا) بكل الضغوط عليه.
  • إن سبب تشوه الزمكان ليس مجرد كتلة ، بل كل أنواع الطاقة مجتمعة معًا ، حيث الكتلة هي مجرد شكل واحد من أشكال الطاقة.
  • وهذا التغير في انحناء الزمكان لا يمكن أن ينتشر إلا بسرعة الجاذبية (التي تعادل سرعة الضوء) ، وليس على الفور.

في نظرية الجاذبية لنيوتن ، تشكل المدارات أشكالًا بيضاوية كاملة عندما تحدث حول مفردة كبيرة. [+] الجماهير. ومع ذلك ، في النسبية العامة ، هناك تأثير إضافي للمبادرة بسبب انحناء الزمكان ، وهذا يتسبب في تحول المدار بمرور الوقت ، بطريقة يمكن قياسها في بعض الأحيان. يتقدم الزئبق بمعدل 43 بوصة (حيث 1 بوصة تساوي 1/3600 جزء من درجة واحدة) لكل قرن من الثقب الأسود الأصغر في OJ 287 بدورات بمعدل 39 درجة لكل مدار مدته 12 عامًا.

NCSA، UCLA / Keck، A. Ghez group Visualization: S. Levy and R. Patterson / UIUC

إذن ، هل أينشتاين على حق؟ هل نيوتن على حق؟ هل كل واحد منهم على حق جزئيا؟

كان السبب الكامل وراء اقتراح نسبية أينشتاين في المقام الأول هو وجود مشكلة في الجاذبية النيوتونية: لقد فشلت في التنبؤ بشكل صحيح بالحركة المتغيرة لمدار كوكب عطارد بمرور الوقت. كانت هناك حاجة إلى مساهمة إضافية ، وأدرك أينشتاين أنه كان يعمل على شيء عميق ، أخيرًا ، عندما كانت نظريته قادرة على إعادة إنتاج تلك الانحرافات الصغيرة عن نظرية نيوتن.

ولكن يجب أن يكون هناك اختبار إضافي - حيث قدمت الفكرتان المتنافستان تنبؤات مختلفة - يمكن أن يميزهما عن بعضهما البعض.

تم تحديد لوحة فوتوغرافية مبكرة للنجوم (محاطة بدائرة) أثناء كسوف الشمس طوال الطريق مرة أخرى. [+] 1900.

Chabot Space & amp Science Center

كان أول اختبار حاسم هو استخدام الشمس نفسها ، ومعرفة ما إذا كانت تنحرف الضوء أم لا. أولئك الذين شاهدوا الكسوف الكلي للشمس في عام 2017 قد يكونون قد لاحظوا نجمًا ، Regulus ، على بعد درجة واحدة فقط من الشمس المكسوفة. يمكن رؤية النجوم خلال العديد من الكسوفات ، ويمكن أن يبدو مسارها وكأنه يمر بالقرب من أضخم جسم في النظام الشمسي: شمسنا. لكن هل ينحني هذا الضوء؟ كانت هذه الأفكار الثلاثة:

  1. إذا كان نيوتن محقًا ، وانجذبت الكتل فقط ، فلن ينحني الضوء على الإطلاق ، وسيكون الانحراف الزاوي الظاهر صفرًا.
  2. إذا كان نيوتن يمينًا جزئيًا ، وكان قانونه صحيحًا ، لكنك تحتاج إلى تخصيص كتلة فعالة للفوتونات (لأن لديهم طاقة ، ونحن نعلم ذلك E = mc 2 ) ، ثم يمكنك تخصيص كتلة لهم م = E / ج 2 ، وحساب الانحراف الزاوي الظاهر.
  3. أو ، إذا كان أينشتاين محقًا تمامًا ، فستحتاج إلى استخدام نظريته الجديدة للنسبية العامة لحساب الانحراف الزاوي الظاهر ، والذي يمنحك رقمًا أكبر بمرتين من الانحراف شبه النيوتوني السابق.

أثناء الكسوف الكلي ، ستظهر النجوم في وضع مختلف عن وضعها الفعلي. [+] المواقع ، بسبب انحناء الضوء من كتلة متداخلة: الشمس.

إي سيجل / ما وراء المجرة

كان للكسوف الكلي للشمس لعام 1919 عدد من المراقبين تم إعدادهم حول العالم لأخذ هذه القياسات الحرجة بالضبط. تُعرف اليوم باسم بعثة إدينجتون ، على اسم عالم الفلك البريطاني آرثر إدينجتون الذي كان العقل المدبر لاختبار الرصد ، تم جمع البيانات من قارات أمريكا الجنوبية وأفريقيا ، وتم جمعها معًا لتحليلها.

عندما اكتمل التحليل ، حتى عندما تم تضمين الأخطاء ، كان الاستنتاج واضحًا: كان هناك انحراف في ضوء النجوم ، وكان متسقًا مع تنبؤات أينشتاين. نظرية الجاذبية لنيوتن لا تصف الكون الذي تحتاجه النسبية العامة لأينشتاين لفهمه بشكل صحيح.

أظهرت نتائج رحلة إدينجتون عام 1919 ، بشكل قاطع ، أن النظرية العامة لـ. [+] وصفت النسبية انحناء ضوء النجوم حول الأجسام الضخمة ، مما أدى إلى إسقاط الصورة النيوتونية. كان هذا أول تأكيد بالملاحظة للنسبية العامة لأينشتاين ، ويبدو أنه يتماشى مع تصور "نسيج الفضاء المنحني".

أخبار لندن المصورة ، 1919

اليوم ، لدينا قرن من الإدراك المتأخر فيما يتعلق بالنسبية العامة والجاذبية النيوتونية. نحن نعلم أنه في جميع الظروف تقريبًا - طالما أنك لست قريبًا جدًا من كتلة كبيرة جدًا - فإن الجاذبية النيوتونية هي تقريب ممتاز لنظرية الجاذبية الأفضل لدينا. ولكن إذا كنت تريد أن تكون أكثر صحة ، فأنت بحاجة إلى حساب هذه التأثيرات الصغيرة عادةً. كان انحراف ضوء النجوم عن خط مستقيم خلال كسوف الشمس عام 1919 0.0005 درجة فقط ، لكننا تمكنا من قياسه بالدقة اللازمة.

بدلاً من شبكة ثلاثية الأبعاد فارغة وفارغة ، يؤدي وضع الكتلة لأسفل إلى ما كان يمكن أن يكون "مستقيمًا". [+] بدلاً من ذلك تصبح الخطوط منحنية بمقدار معين. في النسبية العامة ، نتعامل مع المكان والزمان على أنهما مستمران ، ولكن جميع أشكال الطاقة ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الكتلة ، تساهم في انحناء الزمكان.

كريستوفر فيتالي للشبكات ومعهد برات

الكتل ليست هي الحَكَم الوحيد لجاذبية الجاذبية ، كل أشكال الطاقة تساهم وتتأثر. المقدار الذي يتأثرون به هو نيوتن تقريبًا ، وحيث تتسع الاختلافات ، تتفق نظرية أينشتاين مع ما نلاحظه. منحنى المادة والطاقة والزمكان والزمكان المنحني يخبران كل من المادة والطاقة بكيفية التحرك. هذا هو السبب في أن الكتل يمكن أن تمارس تأثير الجاذبية على الفوتونات: فهي تنحني في الفضاء. ليس للفوتون أي خيار فيما يحتاج إلى القيام به. إنه يتحرك في خط مستقيم من منظوره ولا يمكنه مساعدته إذا كان الكون نفسه ، لأنه يحتوي على المادة والطاقة ، غير مصنوع من خطوط مستقيمة على الإطلاق!


لا الكوكب التاسع؟ قد تفسر الجاذبية الجماعية المدارات الغريبة عند حافة النظام الشمسي وحافة # 8217

اقترح علماء الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 2016 أن مدارات هذه الأجسام الستة المتطرفة العابرة لنبتون (باللون الأرجواني) & # 8211 جميعها محاذاة بشكل غامض في اتجاه واحد & # 8211 يمكن تفسيرها من خلال وجود الكوكب التاسع (باللون البرتقالي) في نظامنا الشمسي. على الرغم من عمليات البحث ، لم يتم العثور على الكوكب التاسع حتى الآن. الصورة عبر معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا / R. هيرت (IPAC).

في أواخر شهر مايو ، قدم فريق دولي من الباحثين أدلة جديدة على وجود كوكب غير معروف على أطراف نظامنا الشمسي. جاء الدليل من تحليل جسم غريب الأطوار في النظام الشمسي الخارجي - 2015 BP519 (المعروف أيضًا باسم Caju) & # 8211 الذي تم التنبؤ بمداره غير المعتاد بواسطة نماذج الكمبيوتر المستخدمة من قبل علماء الفلك الذين & # 8217ve كانوا يبحثون عن الكوكب التاسع منذ عام 2016. الأسبوع الماضي ، ومع ذلك ، قدم علماء فلك آخرون وأعضاء # 8211 من مجموعة ديناميكيات غريبة في جامعة كولورادو ، بولدر & # 8211 دليلًا على أن الكوكب التاسع قد لا يحتاج إلى الوجود ، بعد كل شيء. قدمت آن ماري ماديجان ، التي تقود المجموعة ، نتائج المجموعة & # 8217s في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية الأسبوع الماضي و # 8217s ، والذي استمر من 3 إلى 7 يونيو 2018 في دنفر. قال بيان فريقها و # 8217:

التفاعلات الشبيهة بالسيارات الوفير على حواف نظامنا الشمسي - وليس الكوكب التاسع الغامض - قد تفسر ديناميات الأجسام الغريبة التي تسمى & # 8220 كائنات منفصلة & # 8221 & # 8230

في الدراسة الجديدة ، نظر ماديجان وزملاؤه جاكوب فليسيج وألكساندر زديريك ، أيضًا من CU Boulder ، بعناية في مدارات بعض هذه الأجسام. على سبيل المثال ، نظروا إلى الجسم الخارجي الصغير للنظام الشمسي 90377 Sedna ، والذي يدور حول شمسنا على مسافة تقرب من 8 مليارات ميل (13 مليار كيلومتر). تبدو مدارات Sedna وحفنة من الأجسام الأخرى في تلك المسافة فصل & # 8211 أو منفصل & # 8211 من بقية المجموعة الشمسية. هذه المدارات الغريبة هي التي دفعت علماء الفلك من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا مايك براون وكونستانين باتيجين إلى اقتراح الكوكب التاسع في المقام الأول.

اقترح براون وباتيجين أن الكوكب التاسع الذي لم يُرَ بعد & # 8211 حجم الأرض بأربعة أضعاف وكتلة الأرض & # 8217s & # 8211 قد يكون كامنًا وراء نبتون. اقترحوا أن الكوكب المجهول وجاذبية # 8217s تؤثر على مدارات & # 8220 الأجسام المنفصلة. & # 8221 منذ عام 2016 ، كان علماء الفلك في جميع أنحاء العالم يبحثون عن الكوكب التاسع ، ولكن لم يعثر عليه أحد بعد.

في غضون ذلك ، اكتشف ماديجان وفليسيج وزديريك فكرة جديدة حول مدارات هذه الأجسام الخارجية للنظام الشمسي. تظهر الحسابات الجديدة أن المدارات قد تكون نتيجة تدافع هذه الأجسام ضد بعضها البعض والحطام في ذلك الجزء من الفضاء. في هذه الحالة ، لن تكون هناك حاجة إلى الكوكب التاسع. قال ماديجان:

هناك الكثير من هذه الجثث هناك. ماذا تفعل جاذبيتها الجماعية؟ يمكننا حل الكثير من هذه المشكلات بمجرد أخذ هذا السؤال في الاعتبار.

وأشار ماديجان إلى أن النظام الشمسي الخارجي هو:

& # 8230 مكان غير عادي ، من منظور الجاذبية.

بمجرد الابتعاد عن نبتون ، لا معنى للأشياء ، وهو أمر مثير حقًا.

وأوضح بيان فريقها و # 8217:

من بين الأشياء التي لا معنى لها: Sedna. يستغرق هذا الكوكب الصغير أكثر من 11000 عام للإبحار حول شمس الأرض وهو أصغر قليلاً من بلوتو & # 8230 Sedna والأجسام الأخرى المنفصلة تكمل مدارات عملاقة على شكل دائرة لا تجعلها قريبة من الكواكب الكبيرة مثل كوكب المشتري أو نبتون. كيف خرجوا إلى هناك بمفردهم لا يزال لغزا مستمرا.

لم ينوي فريق ماديغان في الأصل البحث عن تفسير بديل لمدارات الأجسام المنفصلة. بدلاً من ذلك ، شارك جاكوب فليسيج ، وهو طالب جامعي يدرس الفيزياء الفلكية في CU Boulder ، في تطوير عمليات محاكاة الكمبيوتر لاستكشاف ديناميات المدارات. قال ماديجان:

لقد جاء إلى مكتبي ذات يوم وقال ، & # 8220 أرى بعض الأشياء الرائعة حقًا هنا. & # 8221

لقد حسب فليسيغ أن مدارات الأجسام الجليدية الواقعة خارج كوكب نبتون تدور حول الشمس مثل عقارب الساعة. بعض هذه المدارات ، مثل تلك التي تنتمي إلى الكويكبات ، تتحرك مثل عقرب الدقائق ، أو سريعة نسبيًا ومترادفة. أما المدارات الأخرى ، وهي مدارات الأجسام الأكبر مثل Sedna ، فتتحرك ببطء أكبر. هم عقرب الساعة. في النهاية ، تلتقي تلك الأيدي. قال فليسيج:

ترى تراكمًا لمدارات الأجسام الصغيرة على جانب واحد من الشمس. تصطدم هذه المدارات بالجسم الأكبر ، وما يحدث هو أن تلك التفاعلات ستغير مدارها من شكل بيضاوي إلى شكل دائري أكثر.

بعبارة أخرى ، ينتقل مدار Sedna من العادي إلى المنفصل ، تمامًا بسبب تلك التفاعلات الصغيرة الحجم. نتائج الفريق تتماشى أيضًا مع الملاحظات الأخيرة. أشارت الأبحاث من عام 2012 إلى أنه كلما زاد حجم الجسم المنفصل ، كلما أصبح مداره بعيدًا عن الشمس - تمامًا كما تظهر حسابات Fleisig.

عرض فنان & # 8217s لسيدنا ، الذي يبدو ضارب إلى الحمرة في صور التلسكوب. الصورة عبر NASA / JPL-Caltech.

يقول هؤلاء الفلكيون إن النتائج التي توصلوا إليها قد توفر أدلة حول ظاهرة أخرى: انقراض الديناصورات. عندما يتفاعل الحطام الفضائي في النظام الشمسي الخارجي ، تتقلص مدارات هذه الأجسام وتتسع في دورة متكررة. يمكن أن تنتهي هذه الدورة بإطلاق المذنبات نحو النظام الشمسي الداخلي على مقياس زمني يمكن التنبؤ به. قال فليسيج:

في حين أننا لا نستطيع أن نقول أن هذا النمط قتل الديناصورات ، إلا أنه محير.

وأضاف ماديجان أن مدار سيدنا هو مثال آخر على مدى إثارة النظام الشمسي الخارجي. قالت:

قد يتعين تغيير الصورة التي نرسمها للنظام الشمسي الخارجي في الكتب المدرسية. هناك الكثير من الأشياء أكثر مما كنا نعتقد من قبل ، وهو أمر رائع حقًا.

اقترح عالما الفلك مايك براون وكونستانين باتيجين (KBatygin على تويتر) ، وكلاهما من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، الكوكب التاسع في عام 2016 وما زالا يحاولان التحقيق فيه. الصورة عبر Lance Hayashida / Caltech / NASA.

خلاصة القول: اقترح علماء الفلك في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الكوكب التاسع في عام 2016 ، وكان علماء فلك آخرون حول العالم يبحثون عنه. ومع ذلك لم يره أحد. وفي الوقت نفسه ، هناك بحث يشير إلى أننا قد لا نحتاج إلى الكوكب التاسع لشرح المدارات الغريبة للأجسام الصغيرة في النظام الشمسي الخارجي.


نظام الكواكب

نظام الكواكب هو مجموعة من الأشياء التي ليست نجوماً تدور حول نجم أو مجموعة من النجوم.

يتكون النظام الكوكبي من مجموعة من الأجسام غير النجمية التي تدور حول نجم أو نظام نجمي. يتم الاحتفاظ بالأجسام غير النجمية في مدار بواسطة الجاذبية. تتضمن أمثلة الأجسام غير النجمية الكواكب والكواكب القزمة والكويكبات. يُعرف نظامنا الكوكبي باسم النظام الشمسي ، ويتألف من ثمانية كواكب تدور حول نجم ، الشمس. يتم تنظيم النظام الشمسي بطريقة يتم فيها العثور على الكواكب الصخرية الأصغر بالقرب من الشمس وتوجد الكواكب الغازية الكبيرة في أماكن أبعد. وذلك لأن درجة الحرارة تكون أكثر برودة بعيدًا عن الشمس ، لذلك يمكن للغازات أن تتكثف لتشكل كواكب.

تتكون أنظمة الكواكب من أقراص كوكبية أولية. تتكون أقراص الكواكب الأولية من الغبار والجليد حول النجوم الجديدة. بمرور الوقت ، تبدأ الجسيمات الموجودة في هذه الأقراص في التكتل معًا وتشكل كرات صغيرة من المادة تُعرف باسم الكواكب الصغيرة ، وهي المرحلة الأولى في تطور الكوكب. تجذب هذه الكواكب الصغيرة المزيد من المادة عن طريق جاذبيتها حتى تصل إلى حجم الكواكب. توضح عملية التكوين هذه سبب وجود جميع الكواكب في نظامنا الشمسي في مستوى مداري.

تم اكتشاف أول كوكب خارج نظامنا الشمسي في عام 1988. ويعرف باسم كوكب خارج المجموعة الشمسية لأنها لا تنتمي إلى نظامنا الشمسي. تم اكتشافه من قبل فريق من جامعتين كنديتين وتم تأكيده في عام 1991. وهو معروف بشكل غير رسمي باسم كوكب لاثام بعد اكتشافه والمعروف رسميًا باسم HD 114762 ب.

يهتم العلماء بالعثور على الكواكب حيث يمكن أن يكون هناك ماء سائل. كل أشكال الحياة على الأرض تتطلب الماء السائل. هناك عدد من العوامل التي من شأنها أن تساهم في إمكانية وجود الماء ، ولكن أهمها هو بعد الكوكب عن الشمس ، لأن الماء السائل لا يمكن أن يتواجد إلا في نطاقات درجات حرارة معينة. حتى الآن ، الأرض هي الكوكب الوحيد الذي نعرفه في الكون الذي يحتوي على مياه سائلة ، ولكن هناك المزيد من أنظمة الكواكب في الكون التي لم يتم اكتشافها بعد.

كيف أستخدم هذا؟

تحتوي لوحات القصص المصورة في موسوعة الصور على معلومات سهلة الهضم ومرئية لتحفيز الفهم والاحتفاظ. Storyboard That متحمس للوكالة الطلابية ، ونريد أن يكون الجميع رواة قصص. توفر القصص المصورة وسيلة ممتازة لعرض ما تعلمه الطلاب ولتعليم الآخرين.

استخدم هذه الموسوعات كنقطة انطلاق للمشاريع الفردية والفئوية!


قد لا يكون الكوكب 9 يسبب اضطرابات في حزام كايبر ، فقط الجاذبية الجماعية لكل شيء هناك

في يناير 2016 ، نشر عالما الفلك مايك براون وكونستانتين باتيجين أول دليل على احتمال وجود كوكب آخر في نظامنا الشمسي. يُعرف باسم "الكوكب 9" (أو "الكوكب X" ، لأولئك الذين يعارضون القرار المثير للجدل لعام 2006 الصادر عن الاتحاد الفلكي الدولي) ، كان يُعتقد أن هذا الجسم الافتراضي يدور على مسافة بعيدة جدًا من شمسنا ، كما يتضح من حقيقة أن عبورًا معينًا- يبدو أن الأجسام النبتون (TNOs) تشير جميعها في نفس الاتجاه.

منذ ذلك الوقت ، ظهرت أدلة أخرى عززت وجود الكوكب 9 / الكوكب X. ومع ذلك ، اقترح فريق من الباحثين من CU Boulder مؤخرًا تفسيرًا بديلاً. وفقًا لأبحاثهم ، قد تكون التفاعلات بين كائنات حزام كايبر (KBOs) نفسها هي التي قد تفسر الديناميكيات الغريبة للأجسام المفصولة & # 8220 & # 8221 على حافة النظام الشمسي.

قدم الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في الاجتماع 232 للجمعية الفلكية الأمريكية ، الذي استمر من 3 إلى 7 يونيو في دنفر ، كولورادو. تم تقديم العرض في 4 يونيو خلال مؤتمر صحفي بعنوان & # 8220Minor Planets، Dwarf Planets & amp Exoplanets & # 8221. قاد البحث Jacob Fleisig ، وهو طالب جامعي يدرس الفيزياء الفلكية في CU Boulder ، وشمل Ann-Marie Madigan و Alexander Zderic & # 8211 أستاذًا مساعدًا وطالب دراسات عليا في CU Boulder ، على التوالي.

تصور الفنان و # 8217s لـ Sedna ، كوكب قزم في النظام الشمسي لا يدخل إلا ضمن 76 وحدة فلكية (AUs) من شمسنا. الائتمان: NASA / JPL-Caltech

من أجل دراستهم ، ركز الفريق على الأجسام الجليدية مثل Sedna ، وهو كوكب صغير يدور حول الشمس على مسافة تتراوح من 76 AU عند الحضيض إلى 936 AU في aphelion. إلى جانب حفنة من الأجسام الأخرى في هذه المسافة ، مثل إيريس ، يبدو أن Sedna منفصلة عن بقية النظام الشمسي & # 8211 وهو شيء كافح علماء الفلك لتفسيره منذ اكتشافه.

تم اكتشاف Sedna أيضًا من قبل مايكل براون الذي اكتشفه ، جنبًا إلى جنب مع تشاد تروجيلو من مرصد الجوزاء وديفيد رابينوفيتز من جامعة ييل ، في 14 نوفمبر 2003 ، أثناء إجراء مسح لحزام كايبر. بالإضافة إلى الدوران حول شمسنا لمدة تزيد عن 11000 عام ، فإن هذا الكوكب الصغير وغيره من الأجسام المنفصلة له مدار إهليلجي ضخم.

ما هو أكثر من ذلك ، أن هذا المدار لا يأخذهم سيدنا أو هذه الأجسام الأخرى في أي مكان بالقرب من نبتون أو أي عملاق غازي آخر. على عكس بلوتو والأجسام العابرة لنبتون الأخرى (TNOs) ، فإنه من الغموض إذن كيف حققوا مداراتهم الحالية. The possible existence of a as-yet-undiscovered planet (Planet 9/Planet X), which would be about 10 times the size of Earth, is one hypothetical explanation.

After years of searching for this planet and attempting to determine where its orbit would take it, astronomers have yet to find Planet 9/Planet X. However, as Prof. Madigan explained in a recent CU Boulder press release, there is another possible explanation for the gravitational weirdness going on out there:

“There are so many of these bodies out there. What does their collective gravity do? We can solve a lot of these problems by just taking into account that question… Once you get further away from Neptune, things don’t make any sense, which is really exciting.”

While Madigan and her team did not originally set out to find another explanation for the orbits of “detached objects”, they ended up pursuing the possibility thanks to Jacob Fleisig’s computer modelling. While developing simulations to explore the dynamics of the detached objects, he noticed something very interesting about the region of space they occupy.

Having calculated the orbits of icy objects beyond Neptune, Fleisig and the rest of the team noticed that different objects behave much like the different hands on a clock. Whereas asteroids move like the minute hand (relatively fast and in tandem), larger objects like Sedna move more slowly like the hour hand. Eventually, the hands intersect. As Fleisig explained:

“You see a pileup of the orbits of smaller objects to one side of the sun. These orbits crash into the bigger body, and what happens is those interactions will change its orbit from an oval shape to a more circular shape.”

What Fleisig’s computer model showed was that Sedna’s orbit goes from normal to detached as a result of those small-scale interactions. It also showed that the larger the detached object, the farther it gets away from the Sun – something which agrees with previous research and observations. In addition to explaining why Sedna and similar bodies behave the way they do, these findings may provide clues to another major event in Earth’s history.

Artistic rendition of the Chicxulub impactor striking ancient Earth, which is believed to have caused the Cretaceous–Paleogene extinction event . الائتمان: ناسا

This would be what caused the extinction of the dinosaurs. Astronomers have understood for a long time that the dynamics of the outer Solar System often end up sending comets towards the inner Solar System on a predictable timescale. This is the result of icy objects interacting with each other, which causes their orbits to tighten and widen in a repeating cycle.

And while the team is not able to say that this pattern was responsible for the impact that caused the Cretaceous–Paleogene extinction event (which resulted in the extinction of the dinosaurs 66 million years ago), it is a fascinating possibility. In the meantime, the research has shown just how fascinating the outer Solar System is, and how much remains to be learned about it.

“The picture we draw of the outer solar system in textbooks may have to change,” said Madigan. “There’s a lot more stuff out there than we once thought, which is really cool.”

The research was made possible thanks to the support of the NASA Solar System Workings and the Rocky Mountain Advanced Computing Consortium Summit Supercomputer.


Physicists bring human-scale object to near standstill, reaching a quantum state

To the human eye, most stationary objects appear to be just that -- still, and completely at rest. Yet if we were handed a quantum lens, allowing us to see objects at the scale of individual atoms, what was an apple sitting idly on our desk would appear as a teeming collection of vibrating particles, very much in motion.

In the last few decades, physicists have found ways to super-cool objects so that their atoms are at a near standstill, or in their "motional ground state." To date, physicists have wrestled small objects such as clouds of millions of atoms, or nanogram-scale objects, into such pure quantum states.

Now for the first time, scientists at MIT and elsewhere have cooled a large, human-scale object to close to its motional ground state. The object isn't tangible in the sense of being situated at one location, but is the combined motion of four separate objects, each weighing about 40 kilograms. The "object" that the researchers cooled has an estimated mass of about 10 kilograms, and comprises about 1x10 26 , or nearly 1 octillion, atoms.

The researchers took advantage of the ability of the Laser Interfrometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) to measure the motion of the masses with extreme precision and super-cool the collective motion of the masses to 77 nanokelvins, just shy of the object's predicted ground state of 10 nanokelvins.

Their results, appearing today in علم, represent the largest object to be cooled to close to its motional ground state. The scientists say they now have a chance to observe the effect of gravity on a massive quantum object.

"Nobody has ever observed how gravity acts on massive quantum states," says Vivishek Sudhir, assistant professor of mechanical engineering at MIT, who directed the project. "We've demonstrated how to prepare kilogram-scale objects in quantum states. This finally opens the door to an experimental study of how gravity might affect large quantum objects, something hitherto only dreamed of."

The study's authors are members of the LIGO Laboratory, and include lead author and graduate student Chris Whittle, postdoc Evan Hall, research scientist Sheila Dwyer, Dean of the School of Science and the Curtis and Kathleen Marble Professor of Astrophysics Nergis Mavalvala, and assistant professor of mechanical engineering Vivishek Sudhir.

Precision pushback

All objects embody some sort of motion as a result of the many interactions that atoms have, with each other and from external influences. All this random motion is reflected in an object's temperature. When an object is cooled down close to zero temperature, it still has a residual quantum motion, a state called the "motional ground state."

To stop an object in its tracks, one can exert upon it an equal and opposite force. (Think of stopping a baseball in mid-flight with the force of your glove.) If scientists can precisely measure the magnitude and direction of an atom's movements, they can apply counteracting forces to bring down its temperature -- a technique known as feedback cooling.

Physicists have applied feedback cooling through various means, including laser light, to bring individual atoms and ultralight objects to their quantum ground states, and have attempted to super-cool progressively larger objects, to study quantum effects in bigger, traditionally classical systems.

"The fact that something has temperature is a reflection of the idea that it interacts with stuff around it," Sudhir says. "And it's harder to isolate larger objects from all the things happening around them."

To cool the atoms of a large object to near ground state, one would first have to measure their motion with extreme precision, to know the degree of pushback required to stop this motion. Few instruments in the world can reach such precision. LIGO, as it happens, can.

The gravitational-wave-detecting observatory comprises twin interferometers in separate U.S. locations. Each interferometer has two long tunnels connected in an L-shape, and stretching 4 kilometers in either direction. At either end of each tunnel is a 40-kilogram mirror suspended by thin fibers, that swings like a pendulum in response to any disturbance such as an incoming gravitational wave. A laser at the tunnels' nexus is split and sent down each tunnel, then reflected back to its source. The timing of the return lasers tells scientists precisely how much each mirror moved, to an accuracy of 1/10,000 the width of a proton.

Sudhir and his colleagues wondered whether they could use LIGO's motion-measuring precision to first measure the motion of large, human-scale objects, then apply a counteracting force, opposite to what they measure, to bring the objects to their ground state.

Acting back on back-action

The object they aimed to cool is not an individual mirror, but rather the combined motion of all four of LIGO's mirrors.

"LIGO is designed to measure the joint motion of the four 40-kilogram mirrors," Sudhir explains. "It turns out you can map the joint motion of these masses mathematically, and think of them as the motion of a single 10-kilogram object."

When measuring the motion of atoms and other quantum effects, Sudhir says, the very act of measuring can randomly kick the mirror and put it in motion -- a quantum effect called "measurement back-action." As individual photons of a laser bounce off a mirror to gather information about its motion, the photon's momentum pushes back on the mirror. Sudhir and his colleagues realized that if the mirrors are continuously measured, as they are in LIGO, the random recoil from past photons can be observed in the information carried by later photons.

Armed with a complete record of both quantum and classical disturbances on each mirror, the researchers applied an equal and opposite force with electromagnets attached to the back of each mirror. The effect pulled the collective motion to a near standstill, leaving the mirrors with so little energy that they moved no more than 10 -20 meters, less than one-thousandth the size of a proton.

The team then equated the object's remaining energy, or motion, with temperature, and found the object was sitting at 77 nanokelvins, very close to its motional ground state, which they predict to be 10 nanokelvins.

"This is comparable to the temperature atomic physicists cool their atoms to get to their ground state, and that's with a small cloud of maybe a million atoms, weighing picograms," Sudhir says. "So, it's remarkable that you can cool something so much heavier, to the same temperature."

"Preparing something in the ground state is often the first step to putting it into exciting or exotic quantum states," Whittle says. "So this work is exciting because it might let us study some of these other states, on a mass scale that's never been done before."

This research was supported, in part, by the National Science Foundation.


A Gravitational Explanation for ‘Detached Objects’

Things always get interesting when the American Astronomical Society meets, which it is now doing in Denver, in sessions that will run until June 7. There should be no shortage of topics emerging from the meeting, but the first that caught my eye was a different approach to the putative world some are calling Planet Nine. Teasing out the existence of a planet at the outer edges of the Solar System has involved looking at gravitational interactions among objects that we do know about, and extrapolating the presence of a far more massive body.

But the methodology may be flawed, if new work from Ann-Marie Madigan and colleagues at the University of Colorado Boulder is correct. At a press briefing at the AAS meeting, the team presented its view that objects like Sedna, an outlier that takes more than 11,000 years to complete an orbit around the Sun, should be considered in relation to other so-called ‘detached bodies.’ Almost 13 billion kilometers out, Sedna is one of a collection of such objects that appear in some ways to be in another category from the more conventional inner worlds.

صورة: An artist’s rendering of Sedna, which looks reddish in color in telescope images. Credit: NASA/JPL-Caltech.

Sedna and its ilk come nowhere near the larger planets of our system, and their orbits may tell a tale. As this CU-Boulder news release explains, it was an undergraduate student named Jacob Fleisig who began to model a significant pattern known as ‘inclination instability’ that Madigan had previously described in the literature. Fleisig’s computer modeling illustrates how inclination instability can ease Sedna’s orbit from oval to circular over time.

In the model, accumulating gravitational forces drive growth in the orbital inclinations of objects in eccentric orbits. From the new work:

…secular (orbit-averaged) gravitational torques between orbits in the disk drive exponential growth of their inclinations. As the orbits’ inclinations grow, they tilt in the same way with respect to the disk plane. This leads to clustering in their angles of pericenter and the initially thin disk expands into a cone shape. Concurrently, the orbital eccentricities decrease and perihelion distances increase.

If such a mechanism is at work in our own system, we would expect it to occur between minor planets originally scattered to large orbital eccentricities via interactions with the giant planets. Such objects then become gravitationally detached from those planets. The authors believe this mechanism can explain the orbits of high perihelia objects like Sedna. Current studies posit anywhere from 1 to 10 Earth masses of cometary material existing at hundreds of AU from the Sun. The authors see such objects being originally scattered by the giant planets and their orbits decoupled by perturbations from cluster gas and nearby stars.

Perhaps this is all we need to explain the orbits of detached objects. There would be no need for a ‘Planet Nine’ at the edge of the Solar System. Instead, the detached objects achieve their present orbits through a series of small-scale interactions.

“There are so many of these bodies out there. What does their collective gravity do?” asks Madigan. “We can solve a lot of these problems by just taking into account that question.”

A great deal of work is ahead as the authors apply findings from their current computer simulations — “focused on the linear phase of the inclination instability in an idealized set-up” — to the outer Solar System. The paper notes their intent to model the gravitational influences of the giant planets and to focus on individual minor planets — especially those whose orbits become retrograde — instead of averaging their results for many hypothetical objects.

The paper is Madigan et al., “On the Dynamics of the Inclination Instability,” submitted to مجلة الفيزياء الفلكية (ما قبل الطباعة).

التعليقات مغلقة على هذا الدخول.

I’ve been reloading http://www.findplanetnine.com/ ever since reading this to see whether Mike Brown posts a response!

This is not actually a new hypothesis, just a new paper on it. It was mentioned back when Brown and Batygin first publicised the possibility of a P9 in 2016 by critics such as Michelle Bannister. على سبيل المثال these articles from Feb 2016

In fact B&B did briefly mention on findplanetnine.com that before they proposed P9 they had considered a disk explanation like Madigan’s before rejecting it.

There are multiple arguments B&B have used against this including there is no evidence of a large disk out there and that it wouldn’t fully explain all the features P9 could. Planet 9 proponents have not been convinced by it so far. This is not new evidence against Planet 9 like it is being portrayed in the media.

Is the lack of evidence indicative of no disk or not looking for one sufficiently? If the former, this might suggest this model is either no longer operating (unlikely looking at their results) or an artifact of their model that doesn’t correctly model reality, or something else). Is there any site with a good discussion about this latest work?

To me, this seems fairly independent of P9 hypothesis. P9 tries to explain the orbital characteristics of a very small population of detached objects, while this paper tries to explain the detachment of all detached objects.

To quote Heywood Floyd: “Dr. Floyd: You guys have really come up with somethin’.”

If this model is correct, it must have more implications than the effect on outer system bodies.

Interesting, although I guess without Planet Nine we’d have to look for a new explanation for the misalignment between the planets and the solar equator.


New dwarf planet nicknamed The Goblin

Artist’s concept of the newly discovered dwarf planet, nicknamed the Goblin (aka 2015 TG387). Image via Roberto Molar Candanosa/Scott Sheppard/Carnegie Institution for Science.

Astronomers have found a goblin in the far reaches of the outer solar system. No, it’s not a mythical space-faring creature. The Goblin is the nickname given to a new dwarf planet in the outer solar system. It’s an exciting discovery on its own, and the orbit of the Goblin also supports the possible existence of the long-sought-after – and much larger – Planet X.

Scott Sheppard at Carnegie Institution for Science, Chad Trujillo at Northern Arizona University and David Tholen at the University of Hawaii announced the finding on October 2, 2018, via an electronic circular from the International Astronomical Union’s Minor Planet Center. A paper has been submitted to the المجلة الفلكية. In other words, astronomers just found this object.

They found it during an intensive search for Planet X, a search these astronomers said was:

… the deepest and most comprehensive survey of its kind so far.

The orbit of the new dwarf planet places it in a group of small, distant worlds that astronomers call Inner Oort Cloud objects. In other words, it resides in the Oort Cloud – a giant spherical shell of icy objects surrounding our sun, thought of as the realm of comets, far beyond the orbits of Pluto and less distant Kuiper Belt Objects.

The Goblin, also known as 2015 TG387, is about 80 astronomical units (AU) from the sun, with one AU defined as the distance between the sun and Earth. By comparison, Pluto is 34 AU from the sun, so the Goblin is about two and a half times farther away from the sun as Pluto, right now.

It’s thought to be quite small, about 200 miles (300 km) in diameter. Its orbit is very elongated, never bringing the object closer to the sun than 65 AU. Besides 2015 TG387, the only other objects with more-distant perihelia – that is, more distant nearest-the-sun points – are 2012 VP113 and Sedna, at 80 and 76 AU respectively.

However, the orbital semi-major axis of the Goblin is larger than that of both 2012 VP113 and Sedna, meaning it travels much farther from the sun along its orbit than they do. At its most distant point, it is an incredible 2,300 AU from the sun.

The orbit of the Goblin compared to those of some other Inner Oort Cloud objects. Image via Roberto Molar Candanosa/Scott Sheppard/Carnegie Institution for Science.

As Scott Sheppard explained:

These so-called Inner Oort Cloud objects like 2015 TG387, 2012 VP113, and Sedna are isolated from most of the solar system’s known mass, which makes them immensely interesting. They can be used as probes to understand what is happening at the edge of our solar system.

Sheppard and Trujillo also discovered 2012 VP113 in 2014. Finding such objects means that there are probably many more yet to be seen. According to David Tholen:

We think there could be thousands of small bodies like 2015 TG387 out on the solar system’s fringes, but their distance makes finding them very difficult. Currently we would only detect 2015 TG387 when it is near its closest approach to the sun. For some 99 percent of its 40,000-year orbit, it would be too faint to see.

Graph showing the distances of the planets and Kuiper Belt compared to the Goblin (not to scale). Image via Roberto Molar Candanosa/Scott Sheppard/Carnegie Institution for Science.

But it’s not only those objects themselves that are of interest to astronomers. These very distant objects might also be pointing the way to finally locating another major planet in our solar system. As noted by Sheppard:

These distant objects are like breadcrumbs leading us to Planet X. The more of them we can find, the better we can understand the outer solar system and the possible planet that we think is shaping their orbits – a discovery that would redefine our knowledge of the solar system’s evolution.

One major clue that the Goblin may be evidence for the larger Planet X is that the location in the sky where 2015 TG387 reaches perihelion is similar to that of 2012 VP113, Sedna, and most other known extremely distant trans-Neptunian objects this could be explained by something “pushing” them into similar types of orbits. To test this further, Chad Trujillo and Nathan Kaib at the University of Oklahoma ran computer simulations to see how various hypothetical Planet X orbits would affect the orbit of 2015 TG387. Since most previous estimates of Planet X’s size say it is significantly larger than Earth, the simulations included a super-Earth-mass planet at several hundred AU on an elongated orbit, as had been proposed by Caltech’s Konstantin Batygin and Michael Brown in 2016.

Discovery images of the Goblin (2015 TG387) taken by the Subaru 8-meter telescope on Mauna Kea in Hawaii on October 13, 2015. The two images were taken about 3 hours apart. Image via Scott Sheppard.

So what was the result? Most of the simulations suggested that not only was 2015 TG387’s orbit stable for the entire age of the solar system, but it was actually “shepherded” by Planet X’s gravity – that would keep the much smaller 2015 TG387 away from the much more massive Planet X. Such gravitational shepherding – similar to how Saturn’s smallest moons shepherd its rings – could also explain why these distant objects in the solar system all have similar orbits. According to Trujillo:

What makes this result really interesting is that Planet X seems to affect 2015 TG387 the same way as all the other extremely distant solar system objects. These simulations do not prove that there’s another massive planet in our solar system, but they are further evidence that something big could be out there.

If Planet X is confirmed to exist, it may indeed turn out to be – as suggested by some scientists – a super-Earth, a rocky planet larger than Earth but smaller than Uranus or Neptune. Many such worlds have already been found in other solar systems, so discovering a previously unknown one here as well would be … well, very exciting!

Bottom line: While the elusive Planet X hasn’t been found yet, the discovery of the dwarf planet nicknamed the Goblin is intriguing, and provides another clue that Planet X should be out there, waiting to be detected by earthly telescopes.


شاهد الفيديو: قوة الجاذبية خرافة الجاذبية حقائق مذهلة عن الجاذبية. الاجسام تسقط بسبب الكثافة الارض المسطحة (أغسطس 2022).