<<<< Poprzednia część artykułu <<<<
Co tu można pomylić?
1. Oj, dużo. Przede wszystkim od czasu I prawa Newtona pokutuje „pobożne” życzenie układu inercjalnego, czyli takiego, w którym gdy na ciało nie działają żadne siły, to pozostaje ono w spoczynku, lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Gdyby taki, idealizowany i wyizolowany układ istniał, to można by go wybrać jako absolutny układ odniesienia i w stosunku do niego mierzyć inne prędkości. Ale jak pokazał Abraham Michelson w doświadczeniach w 1881 i 1887 roku, Ziemia takim układem nie jest – wydaje się wręcz, że sama spoczywa w kosmosie, bo prędkość światła „pod prąd” w ruchu na orbicie dookoła Słońca jest taka sama jak prędkość „w poprzek”. Michelson przeprowadził pomiar z dokładnością do 1/10 prędkości orbitalnej Ziemi (która wynosi 30 km/s) ale został potwierdzony w wielu innych eksperymentach. Brak ruchu absolutnego w stosunku do „eteru” rodzi trudność, z której wynika szczególna teoria względności a w konsekwencji też równanie E=mc2: wszystkie układy poruszające się ruchem jednostajnym są równoprawne. Gdy znajdzie się jeden, będzie ich niekończenie wiele. Prędkość światła jest taka sama we wszystkich układach poruszających się względem siebie ze stałą prędkością. Jest też najwyższą prędkością, z jaką może być przekazywana informacja. (Możemy mierzyć i wyższe prędkości, ale nie mogą one nieść informacji, gdyż naruszyłoby to zasadę przyczynowości.)
1a. Nawiasem mówiąc, zupełnie niedawno okazało się, że Ziemia (razem ze Słońcem) mknie z prędkością 400 km/s w kierunku gwiazdozbioru Panny. Ruch ten jest ruchem w stosunku do tzw. mikrofalowego tła promieniowania kosmicznego, reliktu Wielkiego Wybuchu. Ale nie wiadomo, czy to Ziemia mknie, czy to promieniowanie nas opływa z tego kierunku.
2. No, ale może statek Voyager na rysunku 3 jest takim układem, na który nie działają żadne siły? Nie bez powodu śledzimy jego los na stronie Zakładu Dydaktyki Fizyki UMK [4]). Jest on już o 130 (może nawet 140, bo cały czas przybywa) jednostek astronomicznych od Słońca – 20 miliardów kilometrów [5]. I leci z zawrotną prędkością 17 km/s. Praktycznie wyleciał za nasze kosmiczne „jajo”, jakim jest wiatr jonów ze Słońca. I już niewiele jego prędkość się zmniejszy – do jakiś 16,6 km/s w asymptotycznej granicy. Po raz pierwszy udał się człowiekowi rzut sputnikiem nieskończenie wysoko w górę ponad Słońce.
 |
 |
| Rys. 3. Voyager 1 jest bardzo daleko, 134 J.A. (1 J.A. = 150 mln km) od Słońca [4]: w sierpniu 2012 roku przeleciał już „skorupkę” naszego Słonecznego „jaja” [2]. Voyager to niby system inercjalny, ale ciągle minimalnie spowalnia – to taki rzut sputnikiem w górę – czyli od Słońca. W statku panuje, oczywiście, stan nieważkości. Przyspieszenie grawitacyjne ze strony Słońca w odległości 134 J.A. wynosi 3,3x10-7 m/s2. Źródło: NASA [5] |
Rys. 4. Właściwie zaplanowany przelot w pobliżu planety pozwala na grawitacyjne „odbicie się” od niej, jak w zderzeniu dwóch piłeczek o różnych masach, zob. [6]. Statki Voyager wykorzystały przeloty koło Jowisza i Saturna na osiągnięcie prędkości powyżej 15 km/s. Voyager 1 jest obecnie szybszy niż Voyager 2, który stracił prędkość przy okazji przelotu koło Neptuna. Źródło Wikipedia [7]. |
2a. Nawiasem mówiąc, Voyager parokrotnie został przyspieszony, ale nie przez silniki, tylko przez pole grawitacyjne Jowisza i Saturna. Wydaje się to niemożliwe: pole grawitacyjne ma charakter „zachowawczy” – sonda przylatując w pobliże planety jest przez jej pole grawitacyjne przyspieszana a odlatując spowalniana. Ale rozumowanie to nie uwzględnia prędkości planety na orbicie dookoła Słońca. Przelatując po odpowiednich trajektoriach statki Voyager przejęły nieco pędu od kolejnych planet, rys. 4. Manewr asysty grawitacyjnej [7], dla spowolnienia sondy w kierunku Merkurego (aby nie spadła na Słońce), został zaproponowany przez włoskiego astronoma, Giuseppe Colombo. Ale radzieckie sondy już wcześniej korzystały z takiego manewru, aby oblecieć Księżyc dookoła.
3. Za to na pokładzie Voyagera panuje już prawie stan „absence of gravity” – jest on tak daleko od Słońca, że prawie nie warto liczyć siły grawitacji pochodzącej od niego. Co nie oznacza, że siła ta wynosi zero. Dopiero, gdy Voyager 1 będzie w pół drogi do jakiejś gwiazdy2 (za 40 tys. lat przeleci w pobliżu Gliese 445, zwanej też AC +79 3888), znajdzie się w zerowym (względnie) polu sił grawitacyjnych. Oczywiście, to „w pół drogi” zależy od masy tej gwiazdy (i wszystkich innych dookoła). Tak naprawdę, pole grawitacyjne (tzn. potencjał pochodzący od wszystkich gwiazd) nigdzie nie jest zerowe.
>>>> Dydaktycznie i serio - kolejna część artykułu >>>>
2 Tak naprawdę, to Gliese 445 leci w kierunku Voyagera (i Ziemi) z prędkością 119 km/s. I jest to gwiazda znacznie lżejsza od Słońca. Zadanie znalezienia, kiedy siły grawitacji Słońca i G445 zrównoważą się, nadaje się nawet na astronomiczną olimpiadę. Dane z: https://en.wikipedia.org/wiki/Gliese_445
[2] 1961 - First Man in Space (Yuri Gagarin with the Vostok 1 Rocket)
[3] http://pics-about-space.com/earth-from-apollo-17?p=1
[4] A. Karbowski, G. Karwasz, http://www.fizyka.umk.pl/~akarb/Voyager/Voyager.htm
[5] NASA, Voyager. The instellar mission, http://voyager.jpl.nasa.gov/where/index.html
[6] G. Karwasz, T. Wróblewski, Spadające piłeczki, w: Fizyka zabawek, PAP Słupsk, 2003,
http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/zabawki/files/mech/pileczki.html
[7] Asysta grawitacyjna, https://pl.wikipedia.org/wiki/Asysta_grawitacyjna
>>>> Dydaktycznie i serio - kolejna część artykułu >>>>
