Päiväntasaajan paksuuntuminen

Päiväntasaajan paksuuntuminen , ekvatoriaalinen pullistuma ( eng.  Equatorial bulge ) - planeetan ekvatoriaalisen ja napahalkaisijan välinen ero, joka johtuu kehon akselin ympäri kiertämisestä aiheutuvasta keskipakovoimasta . Pyörivä kappale pyrkii muodostamaan kokoonpuristetun pallon mieluummin kuin pallon.

Maan päällä

Maapallolla on hieman selvä päiväntasaajan paksuuntuminen: päiväntasaajalla se on noin 43 km leveämpi kuin etäisyys navasta napaan, tämä ero on 1/300 halkaisijasta. Jos maapalloa kuvattaisiin päiväntasaajalla halkaisijaltaan 1 metrin maapallona, ​​ero olisi vain 3 millimetriä. Huolimatta siitä, että visuaalisesti tällainen ero on huomaamaton, mutta se on kaksi kertaa suurin todellisen pinnan poikkeama ellipsoidista, mukaan lukien korkeimmat vuoret ja valtameren painumat.

Maan pyöriminen vaikuttaa myös merenpintaan , kuvitteelliseen pintaan, jota käytetään nollapisteenä korkeuksien mittaamiseen. Tällainen pinta on sama kuin valtamerten keskimääräinen vedenpinta ja se voidaan yleistää maan pintaan, jos huomioidaan gravitaatiopotentiaalin ja keskipakovoiman paikallinen arvo.

Sädeero on noin 21 km. Maantieteellisellä napalla merenpinnan tasolla oleva tarkkailija on 21 km lähempänä Maan keskustaa kuin päiväntasaajan merenpinnalla oleva tarkkailija. Seurauksena on, että maan pinnan korkein kohta maan keskustasta mitattuna on Ecuadorin Chimborazo -vuoren huippu, ei Mount Everest . Mutta koska valtameren pinnalla on myös paksuuntumista, kuten maan pinnalla ja ilmakehällä, suhteessa merenpintaan, Chimborazo ei ole yhtä korkea kuin Everest.

Tarkemmin sanottuna maan pintaa yleensä likimääräinen tiivistetty ellipsoidi määrittää tarkasti leveys- ja pituusasteiden ruudukon kartografisia tarkoituksia varten sekä käsitteen Maan keskipisteestä. WGS-84- standardissa maaellipsoidi , jota käytetään laajalti GPS-järjestelmän kartoittamiseen ja toteuttamiseen, vastaa maan sädettä päiväntasaajalla 6378,137 ± km ja navalla 6356,7523142 ± km ; sädeero on 21,3846858 ± km , halkaisijaero on 42,7693716 ± km , litteys on 1/298,257223563. Merenpinnan pinta on paljon lähempänä tätä standardiellipsoidia kuin kiinteän maan pinta.

Tasapaino energioiden tasapainona

Painovoima pyrkii puristamaan taivaankappaletta ja tuomaan sen pallon muotoon, jossa koko massa sijaitsee lähinnä keskustaa. Pyöriminen häiritsee pallomaista muotoa; Tavallinen tällaisen häiriön mitta on latistuminen, joka voi riippua useista tekijöistä, mukaan lukien koosta, kulmanopeudesta, tiheydestä ja elastisuudesta .

Ymmärtääksesi paremmin, millaista tasapainoa tässä tilanteessa suoritetaan, kuvittele henkilö istumassa kääntyvässä tuolissa ja pitelee painoa käsissään. Jos ihminen vetää kuormaa itseään kohti, hän tekee työtä ja lisää pyörimisen liike-energiaa . Pyörimisnopeus kasvaa ja myös keskipakovoima kasvaa.

Jotain vastaavaa tapahtuu planeettojen muodostumisessa. Aine kerrostuu ensin hitaasti pyörivänä kiekkona, sitten törmäykset ja kitka muuttavat kineettisen energian lämmöksi, jolloin levystä tulee hyvin litteä pallo.

Niin kauan kuin protoplaneetta on liian litistynyt pysyäkseen tasapainossa, supistumisen gravitaatiopotentiaalienergian vapautuminen lisää pyörimisen kineettistä energiaa. Kun puristus jatkuu, pyörimisnopeus kasvaa, joten puristukseen tarvittava energia kasvaa. On piste, jossa pyörimisen kineettisen energian lisäys puristamalla lisää on suurempi kuin vapautuvan gravitaatioenergian määrä. Pakkausprosessi tapahtuu vain, kunnes tämä piste saavutetaan.

Koska tasapaino on häiriintynyt, voi tapahtua voimakasta konvektiota , jolloin tuloksena oleva kitka voi muuntaa kineettisen energian lämmöksi, mikä lopulta vähentää järjestelmän kokonaiskineettistä energiaa. Kun tasapaino saavutetaan, kineettisen energian laajamittainen siirtyminen lämpöenergiaksi vaimenee. Tässä mielessä tasapainotila vastaa minimienergian tilaa, joka voidaan saavuttaa.

Maan pyörimisnopeus hidastuu vähitellen kahdella tuhannesosalla 100 vuoden välein. [1] Arviot Maan menneisyyden pyörimisnopeudesta vaihtelevat suuresti, koska Kuun syntymisajankohtaa ei tiedetä tarkasti. Arvioiden mukaan Maan pyörimisnopeus 500 miljoonaa vuotta sitten on noin 20 nykytuntia vuorokaudessa.

Maan pyörimisnopeus hidastuu pääasiassa vuorovesivuorovaikutuksesta Kuun ja Auringon kanssa. Koska Maan kiinteät osat ovat epämuodostuneita, päiväntasaajan paksuuntuminen pienenee pyörimisnopeuden pienentyessä.

Ero painovoiman kiihtyvyydessä

Koska planeetta pyörii akselinsa ympäri, painovoima päiväntasaajalla on pienempi kuin navoilla. 1600-luvulla heilurikellojen keksimisen jälkeen ranskalaiset tiedemiehet havaitsivat, että Ranskan Guayanaan toimitetut kellot juoksivat hitaammin kuin Pariisissa toimivat kellot. Päiväntasaajan painovoiman aiheuttaman kiihtyvyyden mittauksissa otetaan huomioon myös planeetan pyöriminen. Mikä tahansa esine, joka on paikallaan suhteessa maan pintaan, liikkuu todellisuudessa ympyräradalla Maan pyörimisakselin ympäri. Esineen pitäminen ympyräradalla vaatii jatkuvaa voimaa. Kiihtyvyys, joka tarvitaan liikkumaan Maan pyörimisakselin ympäri päiväntasaajaa pitkin kierroksen aikana vuorokaudessa on 0,0339 m/s². Tällaisen kiihtyvyyden esiintyminen vähentää tehollista painovoimakiihtyvyyttä. Päiväntasaajalla tehollinen painovoimakiihtyvyys on 9,7805 m/s 2 . Tämä tarkoittaa, että todellisen painovoimakiihtyvyyden päiväntasaajalla tulisi olla 9,8144 m/s 2 (9,7805 + 0,0339 = 9,8144).

Napoilla painovoimakiihtyvyys on 9,8322 m/s 2 . Ero 0,0178 m/s 2 napojen painovoimakiihtyvyyden ja päiväntasaajan todellisen painovoimakiihtyvyyden välillä johtuu siitä, että päiväntasaajalla olevat kohteet ovat 21 km kauempana Maan keskustasta kuin navoilla.

Yleensä kaksi tekijää vaikuttaa tehollisen kiihtyvyyden vähenemiseen päiväntasaajalla napoihin verrattuna. Noin 70 % erosta johtuu pyörimisestä, noin 30 % johtuu Maan ei-pallomaisuudesta.

Kaavio havainnollistaa sitä, että kaikilla leveysasteilla tehollinen painovoimakiihtyvyys pienenee vaaditun keskipistevoiman johdosta, vähennyksen ollessa suurin päiväntasaajalla.

Vaikutus satelliittien kiertoradalle

Maan gravitaatiokentän ero pallosymmetrisestä vaikuttaa myös satelliitin kiertoradan muotoon kiertoradan maallisen precession vuoksi. [2] [3] [4] Radan muoto riippuu Maan pyörimisakselin suunnasta inertiaavaruudessa ja vaikuttaa yleisesti kaikkiin kiertoradan Kepleriin elementteihin lukuun ottamatta puolipääakselia . Jos koordinaattijärjestelmän z -akseli on suunnattu pitkin Maan symmetria-akselia, niin nousevan solmun pituusaste Ω, periapsis-argumentti ω ja keskimääräinen poikkeama M kokevat maallisen precession . [5]

Tällaisilla häiriöillä, joita on aiemmin käytetty Maan gravitaatiokentän kartoittamiseen satelliiteista [6] , voi myös olla tärkeä rooli yleisen suhteellisuusteorian johtopäätösten testaamisessa , [7] koska paljon pienempiä suhteellisuusteorian vaikutuksia on vaikea erottaa maapallon latistumisen ilmenemismuodoista. Maapallo.

Muut taivaankappaleet

Yleensä pyörivillä taivaankappaleilla (ja riittävän massiivisilla säilyttääkseen pallomaisen tai sitä lähellä olevan muodon) on ekvatoriaalinen paksuneminen, jonka suuruus vastaa pyörimisnopeutta. Aurinkokunnan planeettojen joukossa Saturnuksella on suurin paksuus ( 11 808  km).

Seuraavassa taulukossa on esitetty joidenkin aurinkokunnan suurten kappaleiden ekvatoriaalisen paksuuden parametrit.

Päiväntasaajan pullistumia ei pidä sekoittaa ekvatoriaalisiin harjuihin. Päiväntasaajan harjanteet ovat rakenteellisia piirteitä ainakin useissa Saturnuksen kuuissa: Iapetus , Atlas , Pan ja Daphnis . Tällaiset harjanteet sijaitsevat satelliittien päiväntasaajalla. On todennäköistä, että harjanteet ovat yksinomaan Saturnuksen kuuiden omaisuutta, mutta ei ole vielä selvää, onko näin. Cassini-Huygens löysi kolmen ensimmäisen satelliitin harjanteet vuonna 2005, ja Daphniksen harjanteet vuonna 2017. Iapetuksen harju on 20 km leveä, 13 km korkea ja 1300  km pitkä. Atlaksen harju on vieläkin selvempi kuun pienemmän koon vuoksi, ja se antaa Atlasille litteän muodon. Panin kuvissa näkyy Atlasin harjanteen kaltainen rakenne, mutta Daphnisissa rakenne on vähemmän korostunut.

Formalisointi

Itsegravitoivan pallon, joka koostuu kokoonpuristumattomasta nesteestä, jolla on tasainen tiheysjakauma ja joka pyörii kiinteän akselin ympäri, litteyskerroin tasapainotilassa alhaisella puristuksella ilmaistaan ​​[8]

missä ja ovat ekvatoriaaliset ja polaariset säteet, on keskimääräinen säde, on kulmanopeus, on pyörimisjakso, on universaali gravitaatiovakio , on kappaleen kokonaismassa, on kappaleen tiheys.

Muistiinpanot

1. ↑ Hadhazy, Adam Fakta tai fiktio: Päivät (ja yöt) pitenevät . Tieteellinen amerikkalainen . Haettu: 5. joulukuuta 2011. (määrätön)
2. ↑ Iorio, L. Häiriintyneet tähtien liikkeet pyörivän mustan aukon ympärillä Sgr A*:ssa sen pyörimisakselin yleistä suuntaamista varten  // Physical Review D  : Journal  . - 2011. - Voi. 84 , nro. 12 . — P. 124001 . - doi : 10.1103/PhysRevD.84.124001 . - . - arXiv : 1107.2916 .
3. ↑ Renzetti, G. Avaruudessa mielivaltaisesti suuntautuneen ei-pallomaisen kehon oktupolaarisen massamomentin aiheuttamat satelliittikiertoradan paineet  //  Journal of Astrophysics and Astronomy : päiväkirja. - 2013. - Vol. 34 , nro. 4 . - s. 341-348 . - doi : 10.1007/s12036-013-9186-4 . - .
4. ↑ Renzetti, G. Satelliittien kiertoradan precessiot, jotka aiheutuvat mielivaltaisesti avaruuteen suuntautuneen ei-pallomaisen kappaleen ensimmäisestä parittomasta vyöhykkeellisesta J3-multinaposta  //  Astrofysiikka ja avaruustiede : päiväkirja. - 2014. - Vol. 352 , no. 2 . - s. 493-496 . - doi : 10.1007/s10509-014-1915-x . - .
5. ↑ King-Hele, PO Maan painovoimapotentiaali, päätelty keinotekoisten satelliittien kiertoradoista  // Geophysical  Journal : päiväkirja. - 1961. - Voi. 4 , ei. 1 . - s. 3-16 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1961.tb06801.x . — .
6. ↑ King-Hele, Geofysiikan pääosasto tutkii ensimmäisten satelliittien kiertoradalla  // Geophysical  Journal : päiväkirja. - 1983. - Voi. 74 , no. 1 . - s. 7-23 . - doi : 10.1111/j.1365-246X.1983.tb01868.x . — .
7. ↑ Renzetti, G. Ovatko korkeammatkin vyöhykkeet todella haitallisia LARES/LAGEOS-kehysten vetämiskokeelle?  (englanniksi)  // Canadian Journal of Physics : päiväkirja. - 2012. - Vol. 90 , ei. 9 . - s. 883-888 . - doi : 10.1139/p2012-081 . — .
8. ↑ Pyörivä tasoitus . utexas.edu . (määrätön)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Britannica (verkossa)