Приливная циркуляризация
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Приливная циркуляризация — это эффект приливных сил между телом, находящимся на орбите вокруг центрального небесного объекта , в результате чего эксцентриситет орбиты со временем уменьшается, так что она становится все менее и менее эллиптической .
Типичная ситуация
[ редактировать ]
На рисунке 1 рассмотрим две звезды, обозначенные Телом 1 и Телом 2. Сначала представьте себе Тело 2 как точечную массу. Гравитация Тела 2, приложенная к Телу 1, вызывает приливные выпуклости (см. Приливная сила ). Предположим, что орбитальный период медленнее, чем вращение Тела 1 (ω < Ω), как показано на рисунке 1. Можно было бы ожидать угла задержки, как показано. Если Тело 1 эластично на 100% (например, газовые тела обычно очень эластичны, а мешок с песком не очень эластичен), то у выпуклости не будет угла запаздывания. Чем неэластичнее, тем больше угол отставания. Чем больше разница в угловых скоростях (ω/Ω), тем больше угол запаздывания. Если ω > Ω, угол запаздывания будет в другом направлении.
Для звезды мы можем думать о неэластичности как о вязкости. Основной причиной неупругости звезды, по-видимому, являются силы конвекции внутри звезды. [1] Когда угол задержки не равен нулю, как на рисунке 1, силы F1 и F2 объединяются, создавая крутящий момент по часовой стрелке на теле 1, поскольку F1 сильнее. В то же время они вращают орбитальное движение против часовой стрелки: если вы игнорируете часть F1 и F2, которая лежит вдоль линии, соединяющей два тела, оставшаяся объединенная сила на всем теле 1 составит F3. Точно так же F1' и F2' объединяются, образуя F3'. F3 и F3' вращают орбиту против часовой стрелки. При этом движении сохраняется вращательный момент объединенных вращений.
Это говорит нам о том, что всякий раз, когда угловая скорость в данный момент орбиты меньше угловой скорости любого тела (ω<Ω), орбитальный крутящий момент пытается ускорить движение по орбите. [1]
Теперь представьте себе две звезды, вращающиеся друг вокруг друга по эллиптическим орбитам, в особом случае, когда обе звезды приливно заблокированы, так что на протяжении орбиты одни и те же стороны обращены друг к другу (в среднем ω = Ω). Хотя Ω постоянна на одной орбите, ω меняется на протяжении всей орбиты. На рисунке 2 показан путь одной из звезд, где G — центр тяжести системы. Когда объекты находятся вблизи апоапсиса (красная область на рисунке 2), ω<Ω пытается ускорить движение по орбите. В результате этого крутящего момента дальняя сторона орбиты (периапсис) выдвигается дальше, делая орбиту более круговой. Это следует из эмпирического правила: «если тяга применяется кратковременно для ускорения орбиты (т. е. применяется вдоль направления движения), то, когда объект совершает половину оборота, эта часть орбиты будет выше» и наоборот: «ретроградная тяга опускает дальнюю сторону орбиты» (см. практические правила орбиты ).
Когда Тело 1 находится в зеленой области рисунка 2, крутящий момент замедляет движение по орбите. Это связано с тем, что F3 на рисунке 1 теперь отрицателен, поскольку угол задержки изменен на противоположный. Это опускает дальнюю сторону орбиты (понижает апоапсис ). Этот эффект достигает максимума, когда Тело 1 находится ближе всего к центру тяжести, потому что приливная выпуклость максимальна, а ω/Ω максимальна. Циркуляризация происходит в результате понижения апоапсиса или поднятия периапсиса.
Более сложные ситуации
[ редактировать ]Циркуляризация также может происходить между двумя планетами или между планетой и луной. В более крупном масштабе это может происходить в скоплениях звезд, вращающихся вокруг воображаемой точки пространства в центре тяжести. [2]
Орбитальная циркуляризация может быть вызвана одним или обоими объектами на орбите, если один или оба неупруги. Более холодные звезды имеют тенденцию быть более вязкими и округлять объекты, вращающиеся вокруг них, быстрее, чем горячие звезды. [3]
Если Ω/ω > 18/11 (~ 1,64), циркуляризации не произойдет, а эксцентриситет увеличится. [4] Чтобы произошла циркуляризация, тела сначала должны стать приливно заблокированными , при этом по крайней мере один объект имеет одну и ту же сторону, обращенную к другому объекту во время движения по орбите. [1]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Зан, Жан-Поль (30 июля 2008 г.). «Приливная диссипация в бинарных системах». Серия публикаций Eas . 29 : 67–90. arXiv : 0807.4870 . Бибкод : 2008EAS....29...67Z . дои : 10.1051/eas:0829002 . S2CID 118685663 .
- ^ Матье, Роберт Д; Мейбом, Сорен; Долан, Кристофер Дж (27 января 2004 г.). «Исследование открытого скопления WIYN. XVIII. Период прекращения приливной циркуляции старого открытого скопления NGC 188». Астрофизический журнал . 602 (2): Л121–Л123. arXiv : astro-ph/0401582 . Бибкод : 2004ApJ...602L.121M . дои : 10.1086/382686 . S2CID 204935755 .
- ^ Винн, Джошуа Н; Фабрики, Дэниел; Альбрехт, Саймон; Джонсон, Джон Ашер (12 июля 2010 г.). «Горячие звезды с горячими юпитерами имеют большие наклоны» . Письма астрофизического журнала . 718 (2): Л145–Л149. arXiv : 1006.4161 . Бибкод : 2010ApJ...718L.145W . дои : 10.1088/2041-8205/718/2/L145 . S2CID 13032700 .
- ^ Дарвин, Джордж Х (1880). «О вековых изменениях элементов орбиты спутника, вращающегося вокруг приливно-искаженной планеты» . Философские труды Королевского общества . 171 (2): 889.