Самогравитация
Самогравитация — это гравитационная сила , действующая системой, в частности небесным телом или системой тел, на себя. При достаточной массе это позволяет системе удерживаться вместе. [2] Эффекты самогравитации имеют значение в области астрономии , физики , сейсмологии , геологии и океанографии . [3] [4] [5]
Сила самогравитации различается в зависимости от размера объекта и распределения его массы. Например, уникальные гравитационные эффекты вызывают океаны на Земле. [5] или кольца Сатурна . [4] Дональд Линден-Белл , британский астрофизик-теоретик , построил уравнение [6] для расчета условий и эффектов самогравитации. Основная цель уравнения — дать точное описание моделей вращающихся сплюснутых шаровых скоплений . Он также используется для понимания того, как галактики и их аккреционные диски взаимодействуют друг с другом. Помимо астрономии, самогравитация актуальна для крупномасштабных наблюдений (в масштабах планет или близких к ним) в других научных областях.
Астрономия
[ редактировать ]
Астрономы должны учитывать самогравитацию, поскольку тела, с которыми они имеют дело, достаточно велики, чтобы оказывать гравитационное воздействие друг на друга и внутри себя. Самогравитация действует на тела, проходящие друг друга в пространстве внутри сферы, определяемой их пределом Роша . Таким образом, относительно небольшие тела могут быть разорваны на части, хотя обычно эффекты самогравитации сохраняют меньшее тело нетронутым, потому что меньшее тело удлиняется. Это наблюдалось на Сатурне , поскольку кольца являются функцией самогравитации между частицами. [4] Кроме того, в большинстве астрономических обстоятельств переход через предел Роша является временным, поэтому сила самогравитации может восстановить состав тела постфактум. [8] [2] Самогравитация также необходима для понимания квазизвездных объектных дисков, формирования аккреционных дисков и стабилизации этих дисков вокруг квазизвездных объектов. [9] Силы самогравитации также играют важную роль в формировании планетезималей и косвенно в формировании планет , что имеет решающее значение для понимания того, как планеты и планетные системы формируются и развиваются с течением времени. [10] Самогравитация применима к целому ряду масштабов: от образования колец вокруг отдельных планет до формирования планетных систем.
Сейсмология
[ редактировать ]Самогравитация имеет значение в области сейсмологии, поскольку Земля достаточно велика и может иметь упругие волны , которые могут изменять гравитацию внутри Земли, когда волны взаимодействуют с крупномасштабными подземными структурами. Некоторые модели зависят от использования метода спектральных элементов , [11] которые учитывают эффекты самогравитации, поскольку они могут иметь большое влияние на результаты для определенных конфигураций приемника-источника и усложняют волновое уравнение , особенно для с длинным периодом волн . Такая точность имеет решающее значение при разработке точных трехмерных моделей земной коры сферического тела (Земли) в области сейсмологии, что позволяет получать более точные и качественные интерпретации данных. Влияние самогравитации и гравитации изменяет важность первичных (P) и вторичных (S) волн в сейсмологии, поскольку, когда учитывается гравитация, эффекты S-волны становятся менее значительными, чем без них. [12]
Океанография
[ редактировать ]Самогравитация играет важную роль в понимании уровня моря и ледяных шапок океанографами и геологами, что особенно важно для прогнозирования последствий изменения климата . [3] [5] [13] [14] Деформацию Земли под действием сил, действующих на океаны, можно рассчитать, если рассматривать Землю как жидкость и учитывать эффекты самогравитации. влияния океанских приливов Это также используется для учета при наблюдении реакции деформации Земли на гармоническую поверхностную нагрузку. [14] Результаты расчета послеледникового уровня моря вблизи ледяных шапок существенно отличаются при использовании модели плоской Земли, не учитывающей самогравитацию, в отличие от сферической Земли, где самогравитация учитывается из-за чувствительности данных в этих регионах, что показывает, как результаты могут радикально измениться, если игнорировать самогравитацию. [3] [15] Также было проведено исследование, чтобы лучше понять уравнения приливов Лапласа , чтобы попытаться понять, как деформация Земли и самогравитация в океане влияют на приливную составляющую M2 (приливы, диктуемые Луной ) . [13] Были предположения, что, если ледовый комплекс Гренландии растает, уровень моря фактически упадет вокруг Гренландии и поднимется в более удаленных районах из-за эффекта самогравитации. . [5]
См. также
[ редактировать ]- Гравитационная энергия
- Гравитационное поле
- Гравитационный коллапс
- Механизм Кельвина-Гельмгольца
- Гипотеза планетезималей Чемберлина – Моултона
- Связанное состояние
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Райс В., Армитидж П., Бейт М. и Боннелл И. Влияние охлаждения на глобальную стабильность самогравитирующих протопланетных дисков. МНРАС, 339, 1025 (2003)
- ^ Перейти обратно: а б Чемберлен, Т.К. Планетезимальная гипотеза. Журнал Королевского астрономического общества Канады, Vol. 10, с.473-497. Ноябрь 1916 года.
- ^ Перейти обратно: а б с Ву, П. и ван дер Валь, В. Послеледниковые уровни моря на сферической, самогравитирующей вязкоупругой земле: влияние латеральных изменений вязкости в верхней мантии на выводы о контрастах вязкости в нижней мантии. Письма о Земле и планетологии, том 211, выпуски 1–2, 15 июня 2003 г., страницы 57–68.
- ^ Перейти обратно: а б с Колвелл, Дж. Э., Эспозито, Л. В. и М. Сремчевич. В кольце А Сатурна пробуждается самогравитация, измеренная по звездным покрытиям Кассини. Письма о геофизических исследованиях, том 33, 1 апреля 2006 г. L07201 с. 1-4.
- ^ Перейти обратно: а б с д Митровица Дж., Тамисиа М., Дэвис Дж. и Милн Г. Современный баланс массы полярных ледниковых щитов, выведенный из закономерностей глобального изменения уровня моря. Природа 409, с. 1026-1029. 22 февраля 2001 г.
- ^ Линден-Белл, Д. Звездная динамика: точное решение уравнения самогравитации. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , Vol. 123, с.447. Ноябрь 1962 года.
- ^ «Демо-версия NASA @ SC11: гиперзвуковая турбулентность и рождение звезд» .
- ^ Уильямс, IP (сентябрь 2003 г.). «Предел Роша» . Небесная механика и динамическая астрономия . Проверено 19 мая 2023 г.
- ^ Гудман, Дж. Самогравитация и квазизвездные объектные диски. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, том 339, выпуск 4, страницы 937–948, март 2003 г.
- ^ Йохансен А., Оиси Дж., Лоу М., Клар Х., Хеннинг Т. и Юдин А. Быстрое образование планетезималей в турбулентных околозвездных дисках. Nature 448, 1022–1025 (30 августа 2007 г.).
- ^ Коматич, Д. и Тромп, Дж. Моделирование глобального распространения сейсмических волн с помощью спектральных элементов — II. Трехмерные модели, океаны, вращение и самогравитация. Geophysical Journal International , (2002) 150. стр. 303–318.
- ^ Фриман, Г. Гравитационно-возмущенные упругие волны. Бюллетень Сейсмологического общества Америки. Том. 57, № 4, стр. 783-794. Август 1967 года.
- ^ Перейти обратно: а б Хендершотт, М. Влияние деформации твердой Земли на глобальные океанские приливы. Geophysical Journal International (издается от имени Королевского астрономического общества) (1972) 29, 389–402.
- ^ Перейти обратно: а б Пагиатакис, С. Приливная нагрузка океана на самогравитирующую, сжимаемую, слоистую, анизотропную, вязкоупругую и вращающуюся Землю с твердым внутренним ядром и жидким внешним ядром. Геодезия и инженерная геоматика. Июль 1988 г. с. 1-146.
- ^ Ван, Х. и Ву, П. Влияние латеральных изменений толщины литосферы и вязкости мантии на вызванные ледниками относительные уровни моря и длинноволновое гравитационное поле в сферической самогравитирующей Земле Максвелла. Письма о Земле и планетарной науке 249 (2006) 368–383.