Темная материя действительно пронизывает Солнечную систему, как невидимый туман. У нас просто нет средств измерить ее воздействие на тела Солнечной системы. Автор: Astronomy Staff | Опубликовано: 2 декабря 2024 г.
Изучая вращение внутренних и внешних областей галактик, таких как M33, астрономы могут вывести влияние темной материи в отклонениях от ожидаемой модели (нижняя строка). Однако в гораздо меньших масштабах нашей солнечной системы трудно измерить мельчайшие изменения, вызванные темной материей, даже на расстояниях внешних планет. Кредит: Астрономия: Роен Келли. M33: ESO
Почему мы не видим эффектов темной материи в нашей солнечной системе и других близлежащих звездных системах?
Curran Rode
Ammannsville, Texas
Темная материя относится к материалу, который не поглощает, не отражает и не испускает электромагнитное излучение. Астрономы установили существование темной материи по ее гравитационному влиянию на видимую материю. Фактически, мы оцениваем, что примерно 90 процентов Млечного Пути состоит из темной материи. Эта цифра основана главным образом на наблюдениях за движением звезд. Индивидуальные скорости звезд галактики пропорциональны количеству содержащегося в ней материала — чем больше масса, тем выше скорость. Звезды внутри Млечного Пути движутся довольно быстро. Даже в месте расположения Земли, примерно в двух третях расстояния от галактического центра до внешней границы нашей галактики, Солнце движется со скоростью около 138 миль (220 километров) в секунду. Одна только видимая материя не может объяснить такие высокие скорости. Таким образом, галактической материи должно быть гораздо больше, чем кажется на первый взгляд.
Вот как существование темной материи было впервые выведено в больших (галактических) масштабах. Но могла ли темная материя аналогичным образом влиять на движения в нашей собственной солнечной системе, и могли ли мы каким-то образом наблюдать ее эффекты через ее взаимодействие с обычной материей?
Давайте подойдем к этому вопросу, изучив движения объектов в пределах Солнечной системы. Содержа 99,8 процентов материи Солнечной системы, Солнце оказывает преобладающую гравитационную силу на все, что движется вокруг него. Другими словами, Солнечная система состоит из Солнца и сравнительно небольшого количества постороннего материала (планет, астероидов и т. д.), разбросанного вокруг него. Таким образом, его материя сильно сконцентрирована в определенном объекте и сильно рассеяна в обширной области вокруг него. Наоборот, темная материя, вероятно, будет чрезвычайно разреженной и однородно плотной. Она должна пронизывать Солнечную систему так же, как и галактику, без каких-либо изменений в плотности. Следовательно, внутренние планеты должны испытывать меньшую гравитационную силу, чем внешние планеты, поскольку орбиты последних охватывают больше этой темной материи, чем первых. Если говорить точнее, астрономы подсчитали, что на орбитальное движение Земли должны влиять 1013 килограммов темной материи, которые она окружает, в то время как орбита Урана содержит 1016 кг темной материи. Хотя эти количества могут показаться нам значительными, они ничтожны по сравнению с массами Солнца (2 x 1030 кг), Земли (6 x 1024 кг) и Урана (8,7 x 1025 кг). Наблюдение таких крошечных различий между планетарными орбитами с темной материей и без нее, к сожалению, выходит за рамки наших нынешних возможностей обнаружения.
Однако, согласно статье Эдварда Белбруно и Джеймса Грина, опубликованной в выпуске Monthly Notices of the Royal Astronomical Society за март 2022 года, «When Leaving the Solar System: Dark Matter Makes a Difference», далекие космические аппараты, такие как Pioneers 10 и 11 или Voyagers 1 и 2, могут быть подвержены обнаруживаемому влиянию темной материи по всей галактике. К сожалению, влияние темной материи на движения этих кораблей станет обнаруживаемым только после того, как они достигнут расстояния не менее 30 000 астрономических единиц от Солнца. (Одна астрономическая единица, или а.е., — это среднее расстояние от Земли до Солнца в 93 миллиона миль или 150 миллионов км. Для справки, Voyager 1, самый дальний из всех наших космических аппаратов, находился всего в 163,8 а.е. от Солнца в июне 2024 года и ему потребуется около 8525 лет, чтобы достичь отметки в 30 000 а.е.)
Тем не менее, даже 30 000 а.е. находятся в пределах внешней границы Солнечной системы в 100 000 а.е., определяемой облаком Оорта. Кроме того, Белбруно и Грин предполагают, что будущий космический аппарат на расстоянии «всего» 100 а.е. может выпустить отражающий шар, который установит свою собственную траекторию независимо от космического аппарата. Измеряя, как галактические силы или объединенные силы обычной и темной материи влияют на движения как космических аппаратов, так и шаров, ученые могли бы затем измерить, как темная материя может вызывать отклонения в их соответствующих траекториях.
Итак, темная материя действительно, скорее всего, пронизывает Солнечную систему, как невидимый туман. У нас просто нет средств, с помощью которых можно было бы измерить ее воздействие на тела Солнечной системы… на данный момент.
Эдвард Херрик-Глисон
Сотрудник, Планетарий Саутворта, Университет Южного Мэна, Портленд, Мэн
Читайте также:
Проблемы освоения космоса