АСТРОНОМИЯ

До создания теории строения атома были известны два типа взаимодействий между

макроскопическими телами: гравитационное, описываемое законом всемирного

тяготения (2.16), и электромагнитное, выражаемое уравнениями Максвелла. В обоих

случаях силы, связанные с этими взаимодействиями, убывают обратно

пропорционально квадрату расстояния и прямо пропорционально определенным

характеристикам тел: массе в случае тяготения и заряду в электростатике. Так как

в природе имеются два типа зарядов, противоположное действие которых в обычных

телах, как правило, компенсирует друг друга, то для движения компактных масс

типа звезд, планет, галактик и т. д. решающими оказываются гравитационные силы.

Поэтому закон всемирного тяготения оказывается одним из наиболее важных законов

природы, используемых в астрономии. В сочетании с другими законами механики он

позволяет объяснить движения планет и искусственных тел в Солнечной системе,

звезд в звездных скоплениях и в Галактике, изучить динамику других звездных

систем. Тяготением определяется форма большинства небесных тел и, в частности,

сферичность звезд и планет. Закон всемирного тяготения в сочетании с законами

кинетической теории газов позволяет выявить важнейшие закономерности внутреннего

строения звезд и их эволюции. Гравитационные силы во многом определяют свойства

атмосфер звезд и планет и характер происходящих в них явлений.

Закон всемирного тяготения в классической формулировке Ньютона справедлив только

для относительно слабых гравитационных полей, создаваемых обычными телами с не

слишком большими значениями плотности. Для сильных гравитационных полей, а также

для движений с очень большими скоростями (соизмеримыми со скоростью света) более

точное описание движения дает общая теория относительности (ОТО), которая

является теорией тяготения, учитывающей влияние распределения масс на свойства

пространства и времени.

С помощью общей теории относительности удается объяснить некоторые тонкие

закономерности движения ближайшей к Солнцу планеты - Меркурия. Она существенна

для понимания природы сверхплотных тел (нейтронные звезды и гипотетические

"черные дыры"). На ней основана вся современная космогония, т. е. теория

строения и эволюции Вселенной в целом.

Важность тяготения в астрономии не означает, что в космических условиях не

играют роли другие типы взаимодействий. Электромагнитные взаимодействия

оказываются весьма существенными, особенно в тех случаях, когда приходится иметь

дело c движением ионизованного газа (плазмы) в магнитном поле.

Электромагнитные взаимодействия особенно важны в большинстве микроскопических

(атомных) процессов, в результате которых возникает наблюдаемое излучение

небесных тел.

В масштабе отдельных атомов, т.е. в микромире, гравитационные взаимодействия

сохраняются, но относительная их роль становится совсем иной. Электромагнитное

взаимодействие, скажем, протона и электрона неизмеримо сильнее гравитационного,

которым в большинстве случаев можно просто пренебречь. В атомном ядре, где

частицы сближаются значительно сильнее, чем в атоме, проявляются еще два новых

типа взаимодействия, характер которых известен хуже, чем первых двух.

По-видимому, их действие убывает с расстоянием значительно быстрее, чем в

законах Ньютона и Кулона. По величине одно из этих взаимодействий в масштабах

ядра атома оказывается самым сильным из всех известных. Это взаимодействие

принято называть сильным. Оно обеспечивает ядерные реакции синтеза в звездах.

Другое взаимодействие по некоторым характеристикам оказывается сильнее

гравитационного, но слабее электрического. Его называют слабым взаимодействием,

примером которого может служить бета-распад протона - процесс, с которого

начинается большинство ядерных реакций в недрах звезд.

Таким образом, мы видим, что в астрономии приходится иметь дело со всеми видами

взаимодействий, известными в природе. Однако в первую очередь и чаще всего мы

встречаемся с гравитацией.