Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
В XIX в. было вполне естественным искать другие небесные тела — источники гравитационного поля, которые могли бы вызвать избыточное движение перигелия орбиты. 48 II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
В одной из гипотез, объясняющих это смещение, фигурировала неизвестная планета Вулкан, якобы расположенная ближе к Солнцу, чем Меркурий [7]. Она все еще не открыта, и на это мало надежды. Рассуждая аналогичным образом, астрономы пытались объяснить эффект смещения перигелия действием гравитационных полей космической пыли, газа и метеорных тел, но безуспешно.
В наши дни представляется разумным лишь одно из объяснений, предлагавшихся в XIX в.: в смещение перигелия могла бы внести вклад несферическая форма Солнца. Сплюснутость Солнца вызвала бы искажение его гравитационного поля, что в свою очередь обусловило бы смещение перигелия планеты. Хотя в XIX в. речь и шла о такой возможности, мы знаем теперь, что весь эффект (поворот на 43" в столетие) объяснить таким образом нельзя.
Несферичность Солнца сказалась бы не только на перигелии орбиты Меркурия — прежде всего, она привела бы к медленному уменьшению ее наклонения, и этот эффект был бы достаточно велик (2,3" в столетие), если бы все смещение перигелия, т. е. 43" в столетие, объяснялось несферичностью Солнца.
Согласно общей теории относительности, все наблюдаемое дополнительное смещение перигелия Меркурия представляет собой проявление релятивистского эффекта, тогда как, согласно скалярно-тензорной теории тяготения, следовало бы ожидать [4] меньшего релятивистского эффекта, а именно:
— -g- sj X (значение Эйнштейна) = 0,91 X
X (значение Эйнштейна) =39" в столетие,
если принять (0 = 5. До того, как удалось обнаружить сплюснутость Солнца путем наблюдений, существовали лишь грубые методы оценки величины (о, дававшие ее значения в интервале между 4 и 8 [8].
Если скалярно-тензорная теория тяготения справедлива, придется признать, что часть дополнительного смещения перигелия Меркурия — возможно, 2"—4" в столетие — есть следствие нерелятивистского эффекта — обычное ньютоновское возмущение орбиты. Мы покажем правдоподобность того, что причиной таких возмущений 49 II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
(дающих около 4" в столетие) является несферичность Солнца. Этот эффект смещения перигелия должен тогда сопровождаться уменьшением наклонения орбиты Меркурия со скоростью 0,21" в столетие [9]. Сравните это значение с соответствующей наблюдаемой величиной 0,12" ± ±0,16" в столетие [11].
Сегодня мы займемся Солнцем. Сферично ли оно, а если нет, то насколько? Если внутри Солнца распределение масс
Рис. 14. Вращательный момент, вызываемый солнечным ветром. Момент, действующий на поверхность Солнца, обусловлен искривлением магнитных силовых линий.
несферично, то в чем кроется его причина? Можно ли разумно объяснить некоторую несферичность, базируясь на происхождении Солнца?
Из соображений гидростатического равновесия следует, что Солнце — огромный шар раскаленных газов — должно быть идеально сферическим, если все внутренние напряжения в нем обусловлены давлением газов. Магнитные поля и поля скоростей, естественно, вызывают напряжения, способные исказить форму Солнца. Хотя и невозможно исключить влияния очень сильных и глубоко погруженных магнитных полей, необходимые для создания дефор-
й fle(ti?P - - 50
II.- Сплюснутость Солнца и гравитация
мации значения напряженности чрезвычайно велики, и можно думать, что столь сильные поля должны проникать на поверхность Солнца. Однако поля скоростей, вызванные быстрым вращением глубоких недр Солнца, представляются намного более правдоподобным источником деформирующих напряжений [9].
Быстрое вращение привело бы к сплющенному распределению массы, которая почти полностью сосредоточена в объеме с радиусом, составляющим 70%' радиуса Солнца. Но чего ради должно быть так, что поверхность Солнца вращается медленно (один оборот за 27 дней), а недра — быстро (один оборот за 2 дня) ? При определенных условиях медленное вращение поверхности при быстром вращении недр могло бы вызываться магнитным «тормозом», действующим на поверхности. Существование такого магнитного тормоза, приложенного к Солнцу со стороны солнечного ветра, теперь почти общепризнано, хотя в дни, когда я писал свою первую заметку о сплюстнутости Солнца [9], положение было неясным (рис. 14). Мы с Пиблсом развили теорию, согласно которой солнечный ветер является источником момента вращения, однако у нас не было точных данных. Количественные оценки проводились еще до того, как была измерена напряженность магнитного поля в солнечном ветре, и была взята грубая оценка этой напряженности, основанная на измерениях магнитного поля у поверхности Солнца [9]. Любопытно, что эта оценка впоследствии оказалась довольно удачной, и данные современных измерений приводят к моменту вращения, лишь слабо отличающемуся от полученного в наших первоначальных расчетах. Позднее и другие авторы [10] независимо создали аналогичные теории момента вращения, вызванного солнечным ветром.
