Мы продолжаем разбираться в научной составляющей мира «Игры Престолов». Мы уже рассмотрели физику полета драконов и установили, что, вероятно, воздух в Вестеросе плотнее, чем на нашей планете. Но как объяснить странные зимы этого мира? В этом нам поможет астрофизика.
Наибольший интерес, конечно же, вызывает непредсказуемая смена времен года: лето и зима могут тянуться годы, десятилетия и даже мудрые мейстеры не знают, почему это происходит. Сам Мартин на эту тему высказался достаточно однозначно: за необычной сменой сезонов стоит магия и это будет разъяснено в конце саги. Впрочем, любая достаточно сложная наука неотличима от магии, поэтому мы можем попытаться применить знание физики и смоделировать реальный мир с похожими особенностями.
Такие попытки уже были сделаны, например, профессором астрономии университета Ноттингема Майклом Меррифилдом - на видео он рассуждает об особенностях мира Вестероса с точки зрения науки. Давайте порассуждаем и мы — нужно найти причины, по которым зима и лето могут длиться очень долго, причем зимы могут быть мягкими или очень суровыми, а лета как просто теплыми, так и засушливыми.
Из того, что сразу приходит на ум — переменность солнца, вокруг которого вращается планета. Действительно, астрономам давно известны переменные звёзды, которые расширяются, остывая, а потом сжимаются, снова разогреваясь. В этом случае планета будет получать разное количество тепла за один и тот же календарный год. Это все хорошо, но в саге особо подчеркивается, что смена зим и лет непериодична, и местные ученые не могут уловить никакой закономерности. И это не было бы проблемой: существуют медленные неправильные переменные и переменные звезды типа Т Тельца или фуоры, предсказать активность которых невозможно.
Серьезная (пусть и выпущенная к первому апреля) и написанная очень живым языком статья астрофизика Веселина Костова представляет на суд читателя расчеты подобной системы трех тел. Взяв за основу изменение средней равновесной температуры в Вестеросе, группа Костова представила формулу ее изменения во времени при вращении вокруг двух звезд солнечной массы. Немного упростив вводные данные, они получили очень интересные графики - зимы в таком мире могут длиться от 600 до 850 дней (наиболее вероятное значение - около 660 дней), а сами зимы могут быть как очень суровыми, так и мягкими без ярко выраженной периодичности. К сожалению, по причинам, указанным ниже, мы не можем принять такое объяснение необычного климата мира «Игры престолов».
Напомним, что именно наклонная ось Земли ответственна за смену времен года и полярные ночи и дни в высоких широтах. Если бы ось была строго перпендикулярна эклиптике, то день и ночь всегда длились бы по 12 часов и не было ни зимы, ни лета.
С точки зрения классической механики Земля - это несбалансированный гироскоп, который совершает три разных типа движения: вращение, прецессию и нутацию.
Мы можем с уверенностью говорить, что речь идет только о северном полушарии, так как чем севернее заходят герои саги, тем температура воздуха ниже, а чем южнее, тем теплее, а жители некоторых южных регионов и вовсе думают, что долгие зимы это всего лишь страшные сказки северян. Если добавить легкую вытянутость орбиты планеты вокруг солнца, то сложение этих трех факторов даст крайне непериодическое изменение климата на планете. Даже построив график подобных изменений, его очень трудно разложить на простые составляющие и вычленить какие-то зависимости. Так что мейстерам ничего не остается, кроме как объяснять странную смену времён года этого мира влиянием магии. Аналогичные сложные колебания средней температуры Земли были впервые проанализированы только в XX веке, они получили названия циклов Миланковича и прекрасно описывают, например, известные нам ледниковые периоды.
Долгая ночь - зима, длившаяся целое поколение - хорошо укладывается в эту гипотезу: по-видимому, наложение сразу всех факторов привело к тому, что в течение нескольких лет Северный полюс был направлен в сторону от солнца и люди северного полушария жили в вечном холоде. Физика и тут была немилосердна к людям - ледники, расползшиеся по северной части Вестероса, увеличили альбедо планеты - она стала отражать больше солнечного света, это приводит к еще большему похолоданию. Подобная положительная обратная связь затягивает наступление лета, даже когда ось планеты уже повернулась в сторону светила.
Если говорить о причинах столь высокой прецессии и нутации, то это может быть сферически несимметричное гравитационное поле планеты (попробуйте сбоку на юлу прилепить жвачку и раскрутить ее) или быстровращающееся расплавленное железное ядро планеты, ось которого не совпадает с осью вращения планеты (представьте гироскоп в гироскопе, один из которых ведет себя как китайский волчок).
Такие попытки уже были сделаны, например, профессором астрономии университета Ноттингема Майклом Меррифилдом - на видео он рассуждает об особенностях мира Вестероса с точки зрения науки. Давайте порассуждаем и мы — нужно найти причины, по которым зима и лето могут длиться очень долго, причем зимы могут быть мягкими или очень суровыми, а лета как просто теплыми, так и засушливыми.
Из того, что сразу приходит на ум — переменность солнца, вокруг которого вращается планета. Действительно, астрономам давно известны переменные звёзды, которые расширяются, остывая, а потом сжимаются, снова разогреваясь. В этом случае планета будет получать разное количество тепла за один и тот же календарный год. Это все хорошо, но в саге особо подчеркивается, что смена зим и лет непериодична, и местные ученые не могут уловить никакой закономерности. И это не было бы проблемой: существуют медленные неправильные переменные и переменные звезды типа Т Тельца или фуоры, предсказать активность которых невозможно.
Одна загвоздка - такие звезды должны быть либо очень старыми, находящимися на последней стадии эволюции, либо очень молодыми, возрастом всего несколько миллионов лет. Оба варианта нам не подходят, потому что наличие планет с твердой поверхностью и разумными существами возможно только в тех системах, где звезда светит неизменно миллиарды лет. Так что эта гипотеза отметается.
Еще одной причиной изменения климата может стать сложная (неэллиптическая) орбита планеты. Это наблюдается, если в системе присутствует массивное третье тело, которое вносит возмущение в движение всех планет этой системы. Классическая задача трех тел не только не имеет точных решений в общем случае, но и орбиты будут нестабильными, и рано или поздно одно из тел (обычно самое легкое) будет выброшено из системы. Нам (как и жителям Вестероса) такой вариант не подходит, поэтому можно взять за основу один из двух частных случаев: либо два солнца вращаются вблизи друг друга, а планета вращается на большом удалении вокруг их общего центра масс, либо планета вращается вокруг одной звезды, которая в свою очередь медленно движется вместе со второй звездой вокруг их общего центра масс. Жителям мира Льда и Пламени ничего не известно про второе светило, поэтому можно допустить, что это должен быть остывающий коричневый карлик, либо нейтронная звезда. В обоих случаях звезды достаточно массивны, чтобы влиять на поведение всех тел этой системы, но в тоже время достаточно малозаметны, чтобы не быть различимыми даже в мирийские линзы. Вот, например, модель вращения планеты вокруг двойной звезды.
Еще одной причиной изменения климата может стать сложная (неэллиптическая) орбита планеты. Это наблюдается, если в системе присутствует массивное третье тело, которое вносит возмущение в движение всех планет этой системы. Классическая задача трех тел не только не имеет точных решений в общем случае, но и орбиты будут нестабильными, и рано или поздно одно из тел (обычно самое легкое) будет выброшено из системы. Нам (как и жителям Вестероса) такой вариант не подходит, поэтому можно взять за основу один из двух частных случаев: либо два солнца вращаются вблизи друг друга, а планета вращается на большом удалении вокруг их общего центра масс, либо планета вращается вокруг одной звезды, которая в свою очередь медленно движется вместе со второй звездой вокруг их общего центра масс. Жителям мира Льда и Пламени ничего не известно про второе светило, поэтому можно допустить, что это должен быть остывающий коричневый карлик, либо нейтронная звезда. В обоих случаях звезды достаточно массивны, чтобы влиять на поведение всех тел этой системы, но в тоже время достаточно малозаметны, чтобы не быть различимыми даже в мирийские линзы. Вот, например, модель вращения планеты вокруг двойной звезды.
Серьезная (пусть и выпущенная к первому апреля) и написанная очень живым языком статья астрофизика Веселина Костова представляет на суд читателя расчеты подобной системы трех тел. Взяв за основу изменение средней равновесной температуры в Вестеросе, группа Костова представила формулу ее изменения во времени при вращении вокруг двух звезд солнечной массы. Немного упростив вводные данные, они получили очень интересные графики - зимы в таком мире могут длиться от 600 до 850 дней (наиболее вероятное значение - около 660 дней), а сами зимы могут быть как очень суровыми, так и мягкими без ярко выраженной периодичности. К сожалению, по причинам, указанным ниже, мы не можем принять такое объяснение необычного климата мира «Игры престолов».
Поверхностная температура планеты, вращающейся вокруг двух звёзд солнечного типа. Темные точки - это зимы, пропуски - лета
Формула из статьи, где Тр - равновесная температура поверхности планеты, Ав - альбедо планеты (принято равной 0,3) и параметр, отвечающий за влияние парникового эффекта, R1 и R2 - радиусы звезд, T1 и T2 - эффективные температуры звезд, r1 и r2 - мгновенные расстояния от звезды до планеты.
Важной подсказкой к разгадыванию механизма смены времен года должно служить то, что мейстеры способны по изменению длины дня и ночи предсказывать приближение нового сезона. Значит, дело не может заключаться в удалении или приближении планеты к солнцу или солнцам, и дело скорее всего в изменении наклона оси вращения планеты. Напомним, что именно наклонная ось Земли ответственна за смену времен года и полярные ночи и дни в высоких широтах. Если бы ось была строго перпендикулярна эклиптике, то день и ночь всегда длились бы по 12 часов и не было ни зимы, ни лета.
С точки зрения классической механики Земля - это несбалансированный гироскоп, который совершает три разных типа движения: вращение, прецессию и нутацию.
Три типа вращательного движения: собственно вращение (R), прецессия (P) и нутация (N)
Herbye (German Wikipedia). Designed by Dr. H. Sulzer
Периоды таких типов движения для Земли очень различны: период обращения составляет около 24 часов, в то время как один период прецессии происходит за 26 тысяч лет, а нутации - за 40 тысяч лет. А что если прецессия и нутация мира Вестероса происходит намного быстрее, скажем, за несколько лет, и к тому же эти периоды некратны друг другу? В таком случае наложение этих факторов может значительно изменить время, когда северное полушарие преимущественно направлено на солнце (лето) или от него (зима). Мы можем с уверенностью говорить, что речь идет только о северном полушарии, так как чем севернее заходят герои саги, тем температура воздуха ниже, а чем южнее, тем теплее, а жители некоторых южных регионов и вовсе думают, что долгие зимы это всего лишь страшные сказки северян. Если добавить легкую вытянутость орбиты планеты вокруг солнца, то сложение этих трех факторов даст крайне непериодическое изменение климата на планете. Даже построив график подобных изменений, его очень трудно разложить на простые составляющие и вычленить какие-то зависимости. Так что мейстерам ничего не остается, кроме как объяснять странную смену времён года этого мира влиянием магии. Аналогичные сложные колебания средней температуры Земли были впервые проанализированы только в XX веке, они получили названия циклов Миланковича и прекрасно описывают, например, известные нам ледниковые периоды.
Долгая ночь - зима, длившаяся целое поколение - хорошо укладывается в эту гипотезу: по-видимому, наложение сразу всех факторов привело к тому, что в течение нескольких лет Северный полюс был направлен в сторону от солнца и люди северного полушария жили в вечном холоде. Физика и тут была немилосердна к людям - ледники, расползшиеся по северной части Вестероса, увеличили альбедо планеты - она стала отражать больше солнечного света, это приводит к еще большему похолоданию. Подобная положительная обратная связь затягивает наступление лета, даже когда ось планеты уже повернулась в сторону светила.
Если говорить о причинах столь высокой прецессии и нутации, то это может быть сферически несимметричное гравитационное поле планеты (попробуйте сбоку на юлу прилепить жвачку и раскрутить ее) или быстровращающееся расплавленное железное ядро планеты, ось которого не совпадает с осью вращения планеты (представьте гироскоп в гироскопе, один из которых ведет себя как китайский волчок).
Гравитационное влияние семи известных планет также способно вызвать характерные возмущения.
Против этой теории есть, пожалуй, лишь одно возражение - луна мира Льда и Пламени (как и наша Луна) стабилизирует вращение планеты, уменьшая и замедляя прецессию. Недаром, однако, жители Кварта верят, что драконы появились на свет на когда-то существовавшей второй луне и перебрались на Землю, когда та подошла слишком близко к солнцу и разломилась. Эта вторая луна как раз могла разбалансировать всю систему, сильно увеличив прецессию планеты.
В заключение можно попытаться представить место мира в Галактике. В звездной системе помимо обитаемой планеты есть еще семь странников, то есть семь планет - это говорит о том, что вся планетная система успела сформироваться и возраст звезды можно оценить в несколько миллиардов лет. В то же время, людям Вестероса известно не так много созвездий - всего около десятка, а многие звезды имеют ярко-голубой цвет (например, в созвездии Ледяного Дракона). Это наводит на гипотезу о том, что вся система находится, скорее, на краю галактики, где в целом звезд меньше, чем у нас, однако там все еще идут процессы звездообразования и поэтому можно видеть больше короткоживущих массивных голубых звезд.
Таким образом, фантастическим мир, придуманный Джорджем Мартином, вполне может существовать, по крайней мере в виде планеты (про враждующие народы, драконов и злобных карликов нам ничего не известно). И вполне возможно, что одна из более чем 1400 планет, открытых телескопом Кеплер, будет похожа на мир Льда и Пламени.
Против этой теории есть, пожалуй, лишь одно возражение - луна мира Льда и Пламени (как и наша Луна) стабилизирует вращение планеты, уменьшая и замедляя прецессию. Недаром, однако, жители Кварта верят, что драконы появились на свет на когда-то существовавшей второй луне и перебрались на Землю, когда та подошла слишком близко к солнцу и разломилась. Эта вторая луна как раз могла разбалансировать всю систему, сильно увеличив прецессию планеты.
В заключение можно попытаться представить место мира в Галактике. В звездной системе помимо обитаемой планеты есть еще семь странников, то есть семь планет - это говорит о том, что вся планетная система успела сформироваться и возраст звезды можно оценить в несколько миллиардов лет. В то же время, людям Вестероса известно не так много созвездий - всего около десятка, а многие звезды имеют ярко-голубой цвет (например, в созвездии Ледяного Дракона). Это наводит на гипотезу о том, что вся система находится, скорее, на краю галактики, где в целом звезд меньше, чем у нас, однако там все еще идут процессы звездообразования и поэтому можно видеть больше короткоживущих массивных голубых звезд.
Таким образом, фантастическим мир, придуманный Джорджем Мартином, вполне может существовать, по крайней мере в виде планеты (про враждующие народы, драконов и злобных карликов нам ничего не известно). И вполне возможно, что одна из более чем 1400 планет, открытых телескопом Кеплер, будет похожа на мир Льда и Пламени.
Комментариев нет:
Отправить комментарий