Jump to content

Коэффициент момента инерции

В планетологии момент инерции или нормированный полярный момент инерции безразмерная величина, характеризующая радиальное распределение массы внутри планеты или спутника . Поскольку момент инерции имеет размеры, равные квадрату массы, умноженной на длину, коэффициент момента инерции представляет собой коэффициент, который их умножает.

Определение

[ редактировать ]

Для планетарного тела с главными моментами инерции , момент инерции определяется как

,

где C — первый главный момент инерции тела, M масса тела, R — средний радиус тела. [1] [2] Для сферы с однородной плотностью . [примечание 1] [примечание 2] Для дифференцированной планеты или спутника, где плотность увеличивается с глубиной, . Это количество является полезным индикатором наличия и размера планетарного ядра , поскольку большее отклонение от значения однородной плотности 2/5 приводит к большей степени концентрации плотных материалов по направлению к центру.

Ценности Солнечной системы

[ редактировать ]

Солнце ; имеет безусловно самое низкое значение коэффициента инерции среди Солнечной системы тел у него самая высокая центральная плотность ( 162 г/см). 3 , [3] [примечание 3] по сравнению с ~ 13 для Земли [4] [5] ) и относительно невысокой средней плотностью (1,41 г/см3). 3 против 5,5 для Земли). Сатурн имеет самое низкое значение среди газовых гигантов отчасти потому, что у него самая низкая объемная плотность ( 0,687 г/см). 3 ). [6] Ганимед имеет самый низкий коэффициент инерции среди твердых тел Солнечной системы из-за его полностью дифференцированной внутренней части. [7] [8] результат частично приливного нагрева из-за резонанса Лапласа , [9] а также его существенная составляющая — водяной лед низкой плотности . Каллисто по размерам и объемному составу похожа на Ганимед, но не входит в орбитальный резонанс и менее дифференцирована. [7] [8] имеет небольшое ядро, но в остальном ее внутренняя часть относительно однородна. Луна Считается, что [10] [11]

Тело Ценить Источник Примечания
Солнце 0.070 [3] Не измерено
Меркурий 0.346 ± 0.014 [12]
Венера 0.337 ± 0.024 [13]
Земля 0.3307 [14]
Луна 0.3929 ± 0.0009 [15]
Марс 0.3644 ± 0.0005 [16]
Церера 0.36 ± 0.15 [примечание 4] [18] Не измерено (диапазон отражает различные предположения относительно исходной скорости вращения). [18] )
Юпитер 0.2756 ± 0.0006 [19] Не измерено (расчеты двухслойной модели ограничены гравитационными данными Юноны). [19] )
Этот 0.37824 ± 0.00022 [20] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Европа 0.346 ± 0.005 [20] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Ганимед 0.3115 ± 0.0028 [20] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Каллисто 0.3549 ± 0.0042 [20] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Сатурн 0.22 [21] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Энцелад 0.3305 ± 0.0025 [22] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Рея 0.3911 ± 0.0045 [23] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Титан 0.341 [24] Не измеряется (соотношение Дарвина-Радау)
Уран 0.23 [25] Не измеряется (приблизительное решение уравнения Клеро)
Нептун 0.23 [25] Не измеряется (приблизительное решение уравнения Клеро)

Измерение

[ редактировать ]

Полярный момент инерции традиционно определяется путем объединения измерений величин спина ( скорости прецессии спина и/или наклона ) с гравитационными величинами (коэффициентами сферического гармонического представления гравитационного поля). Для сбора этих геодезических данных обычно требуется орбитальный космический корабль .

Приближение

[ редактировать ]

Для тел, находящихся в гидростатическом равновесии , соотношение Дарвина-Радау может дать оценку момента фактора инерции на основе величин формы, вращения и гравитации. [26]

Роль в моделях интерьера

[ редактировать ]

Фактор момента инерции является важным ограничением для моделей, представляющих внутреннюю структуру планеты или спутника. Как минимум, приемлемые модели профиля плотности должны соответствовать объемной плотности массы и моменту инерции тела.

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Для сферы с однородной плотностью мы можем рассчитать момент инерции и массу путем интегрирования по дискам от «южного полюса» до «северного полюса». При плотности 1 диск радиуса r имеет момент инерции
    тогда как масса
    Сдача в аренду и интегрируя более мы получаем:
    Это дает .
  2. ^ Для нескольких других примеров (в которых ось вращения является осью симметрии, если не указано иное), сплошной конус имеет коэффициент 3/10; однородный тонкий стержень (вращающийся вокруг своего центра перпендикулярно своей оси, так что R — длина/2) имеет коэффициент 1/3; полый конус или сплошной цилиндр имеет коэффициент 1/2; полая сфера имеет коэффициент 2/3; полый цилиндр с открытым концом имеет коэффициент 1.
  3. ^ Центральная плотность звезды имеет тенденцию увеличиваться в течение ее жизни , за исключением коротких событий ядерного синтеза ядра, таких как гелиевая вспышка .
  4. ^ Значение, указанное для Цереры, представляет собой средний момент инерции, который, как считается, лучше отражает ее внутреннюю структуру, чем полярный момент инерции, из-за ее сильного уплощения полюсов. [17]
  1. ^ Хаббард, Уильям Б. (1984). Планетарные интерьеры . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд. ISBN  978-0442237042 . OCLC   10147326 .
  2. ^ де Патер, Имке; Лиссауэр, Джек Дж. (2015). Планетарные науки (2-е обновленное изд.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета . ISBN  978-0521853712 . OCLC   903194732 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Уильямс, Д.Р. «Информационный бюллетень о Солнце» . Планетарные информационные бюллетени . НАСА . Проверено 26 января 2017 г.
  4. ^ Робертсон, Юджин К. (26 июля 2001 г.). «Внутренности Земли» . Геологическая служба США . Проверено 24 марта 2007 г.
  5. ^ Хэзлетт, Джеймс С.; Монро, Рид; Викандер, Ричард (2006). Физическая геология: исследование Земли (6-е изд.). Бельмонт: Томсон. п. 346. ИСБН  9780495011484 .
  6. ^ Уильямс, Дэвид Р. (7 сентября 2006 г.). «Информационный бюллетень о Сатурне» . НАСА . Архивировано из оригинала 14 апреля 2014 года . Проверено 31 июля 2007 г.
  7. ^ Перейти обратно: а б Шоумен, Адам П.; Малхотра, Рену (1 октября 1999 г.). «Галилеевы спутники» (PDF) . Наука . 286 (5437): 77–84. дои : 10.1126/science.286.5437.77 . ПМИД   10506564 .
  8. ^ Перейти обратно: а б Соль, Ф.; Спон, Т; Брейер, Д.; Нагель, К. (2002). «Влияние наблюдений Галилея на внутреннюю структуру и химию галилеевых спутников». Икар . 157 (1): 104–119. Бибкод : 2002Icar..157..104S . дои : 10.1006/icar.2002.6828 .
  9. ^ Шоумен, Адам П.; Стивенсон, Дэвид Дж.; Малхотра, Рену (1997). «Совместная орбитальная и тепловая эволюция Ганимеда» (PDF) . Икар . 129 (2): 367–383. Бибкод : 1997Icar..129..367S . дои : 10.1006/icar.1997.5778 .
  10. ^ Браун, Д.; Андерсон, Дж. (6 января 2011 г.). «Исследовательская группа НАСА обнаружила, что Луна имеет ядро, подобное Земле» . НАСА . НАСА .
  11. ^ Вебер, Р.К.; Лин, П.-Ю.; Гарнеро, Э.Дж.; Уильямс, К.; Логнон, П. (21 января 2011 г.). «Сейсмическое обнаружение лунного ядра» (PDF) . Наука . 331 (6015): 309–312. Бибкод : 2011Sci...331..309W . дои : 10.1126/science.1199375 . ПМИД   21212323 . S2CID   206530647 . Архивировано из оригинала (PDF) 15 октября 2015 г. Проверено 10 апреля 2017 г.
  12. ^ Марго, Жан-Люк; Пил, Стэнтон Дж.; Соломон, Шон К.; Хаук, Стивен А.; Гиго, Фрэнк Д.; Юргенс, Раймонд Ф.; Изебудт, Мари; Джорджини, Джон Д.; Падован, Себастьяно; Кэмпбелл, Дональд Б. (2012). «Момент инерции Меркурия по данным о вращении и гравитации» . Журнал геофизических исследований: Планеты . 117 (E12): E00L09–. Бибкод : 2012JGRE..117.0L09M . дои : 10.1029/2012JE004161 . ISSN   0148-0227 .
  13. ^ Марго, Жан-Люк; Кэмпбелл, Дональд Б.; Джорджини, Джон Д.; Джао, Джозеф С.; Снедекер, Лоуренс Г.; Гиго, Фрэнк Д.; Бонсолл, Эмбер (29 апреля 2021 г.). «Спиновое состояние и момент инерции Венеры» . Природная астрономия . 5 (7): 676–683. arXiv : 2103.01504 . Бибкод : 2021НатАс...5..676М . дои : 10.1038/s41550-021-01339-7 . ISSN   2397-3366 . S2CID   232092194 .
  14. ^ Уильямс, Джеймс Г. (1994). «Вклад в скорость наклона Земли, прецессию и нутацию» . Астрономический журнал . 108 : 711. Бибкод : 1994AJ....108..711W . дои : 10.1086/117108 . ISSN   0004-6256 . S2CID   122370108 .
  15. ^ Уильямс, Джеймс Г.; Ньюхолл, XX; Дики, Джин О. (1996). «Лунные моменты, приливы, ориентация и системы координат». Планетарная и космическая наука . 44 (10): 1077–1080. Бибкод : 1996P&SS...44.1077W . дои : 10.1016/0032-0633(95)00154-9 . ISSN   0032-0633 .
  16. ^ Коноплив Алексей С.; Асмар, Сами В.; Фолкнер, Уильям М.; Каратекин, Озгюр; Нуньес, Дэниел К.; Смрекар, Сюзанна Э.; Йодер, Чарльз Ф.; Зубер, Мария Т. (январь 2011 г.). «Гравитационные поля Марса с высоким разрешением на основе MRO, сезонная гравитация Марса и другие динамические параметры». Икар . 211 (1): 401–428. Бибкод : 2011Icar..211..401K . дои : 10.1016/j.icarus.2010.10.004 .
  17. ^ Парк, РС; Коноплив А.С.; Биллс, Б.Г.; Рамбо, Н.; Кастильо-Рогез, Х.К.; Раймонд, Калифорния; Воган, AT; Ермаков А.И.; Зубер, Монтана; Фу, РР; Топлис, MJ; Рассел, Коннектикут; Натюс, А.; Пройскер, Ф. (3 августа 2016 г.). «Частично дифференцированная внутренняя часть (1) Цереры, полученная на основе ее гравитационного поля и формы» . Природа . 537 (7621): 515–517. Бибкод : 2016Natur.537..515P . дои : 10.1038/nature18955 . ПМИД   27487219 . S2CID   4459985 .
  18. ^ Перейти обратно: а б Мао, X.; Маккиннон, Всемирный банк (2018). «Ускоренное палеоспин и глубоко расположенная некомпенсированная масса как возможные объяснения современной формы и гравитации Цереры». Икар . 299 : 430–442. Бибкод : 2018Icar..299..430M . дои : 10.1016/j.icarus.2017.08.033 .
  19. ^ Перейти обратно: а б Ни, Д. (2018). «Эмпирические модели внутренней части Юпитера по данным Юноны» . Астрономия и астрофизика . 613 : А32. дои : 10.1051/0004-6361/201732183 .
  20. ^ Перейти обратно: а б с д Шуберт, Г.; Андерсон, доктор медицинских наук; Спон, Т.; Маккиннон, Всемирный банк (2004). «Внутренний состав, строение и динамика галилеевых спутников» . В Багенале, Ф.; Даулинг, Т.Э.; Маккиннон, ВБ (ред.). Юпитер: планета, спутники и магнитосфера . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. стр. 281–306. ISBN  978-0521035453 . OCLC   54081598 .
  21. ^ Фортни, Джей-Джей; Хеллед, Р.; Неттлеманн, Н.; Стивенсон, диджей; Марли, MS; Хаббард, Всемирный банк; Иесс, Л. (6 декабря 2018 г.). «Внутренности Сатурна» . В Бейнсе, Кхен; Флазар, FM; Крупп, Н.; Сталлард, Т. (ред.). Сатурн в XXI веке . Издательство Кембриджского университета. стр. 44–68. ISBN  978-1-108-68393-7 .
  22. ^ Маккиннон, Всемирный банк (2015). «Влияние быстрого синхронного вращения Энцелада на интерпретацию гравитации Кассини» . Письма о геофизических исследованиях . 42 (7): 2137–2143. Бибкод : 2015GeoRL..42.2137M . дои : 10.1002/2015GL063384 .
  23. ^ Андерсон, доктор медицинских наук; Шуберт, Г. (2007). «Спутник Сатурна Рея представляет собой однородную смесь камня и льда». Письма о геофизических исследованиях . 34 (2): L02202. Бибкод : 2007GeoRL..34.2202A . дои : 10.1029/2006GL028100 . S2CID   128410558 .
  24. ^ Дуранте, Д.; Хемингуэй, диджей; Рачиоппа, П.; Иесс, Л.; Стивенсон, диджей (2019). «Гравитационное поле и внутренняя структура Титана после Кассини» (PDF) . Икар . 326 : 123–132. Бибкод : 2019Icar..326..123D . дои : 10.1016/j.icarus.2019.03.003 . hdl : 11573/1281269 . S2CID   127984873 .
  25. ^ Перейти обратно: а б Йодер, К. (1995). Аренс, Т. (ред.). Астрометрические и геодезические свойства Земли и Солнечной системы . Вашингтон, округ Колумбия: AGU. ISBN  978-0-87590-851-9 . OCLC   703657999 . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 19 августа 2016 г.
  26. ^ Мюррей, Карл Д.; Дермотт, Стэнли Ф. (13 февраля 2000 г.). Динамика Солнечной системы . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-1139936156 . OCLC   40857034 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4cde3aa454e865729847707a2af2cb75__1706764260
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/4c/75/4cde3aa454e865729847707a2af2cb75.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Moment of inertia factor - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)