Чем может быть вызвана/обусловлена волна высотой, как в фильме Интерстеллар, когда герои пребывают на планете другой галактики?

1551
2
1
9 ноября
20:18
ноябрь
2015

Научным консультантом фильма Интерстеллар является Кип Торн, известный физик. Вместе с выходом фильма Кип Торн опубликовал книгу Science of Interstellar (Leonid Suschev в комментарии подсказывает, что книга уже вышла на русском языке и называется "Наука за кадром Интерстеллар"), где объясняются все основные физические явления, показанные в фильме. Я вкратце перескажу своими словами текст книги.

Наиболее очевидной версией для возникновения волн на планете, действительно, являются приливы и отливы, по аналогии с тем, как они возникают на Земле под действием притяжения Луны. Однако эту версию приходится отбросить, потому что планета Миллер не может вращаться вокруг своей оси. Точнее говоря, её скорость вращения должна быть строго согласована со скоростью обращения вокруг чёрной дыры. Пожалуй, стоит объяснить это по-подробнее.

Дело в том, что планета Миллер находится экстремально близко к чёрной дыре, "на самом краю пропасти", как сказал один из героев фильма. Гравитация здесь столь сильна, что гравитационные силы растягивают планету, придавая ей форму довольно-таки прилично вытянутого яйца (эллипсоида, точнее говоря), которое своей вытянутой осью всегда направлено в сторону чёрной дыры. Если бы силы были ещё немного сильнее, они бы просто разорвали планету на части. Чтобы на планете были классические приливы и отливы, нужно чтобы это "яйцо" постоянно вращалось так, чтобы чёрная дыра описывала в небе круг, подобный тому, какой описывает на нашем небе Солнце. Но в этом случае гравитационные силы от чёрной дыры постоянно растягивали бы планету каждый раз в новом направлении (каждый раз в ту сторону, где в этот момент в небе находится чёрная дыра). То есть, гравитационные силы "месили" бы планету Миллер как тесто, каждый раз искривляя и формируя её поверхность заново. В таких условиях твёрдая кора планеты (холодная поверхность, покрывающая горячее планетарное ядро) сформироваться не может. Кора была бы мягкой, а вся планета представляла бы собою адский пульсирующий шар (точнее, яйцо, точнее, эллипсоид), заливаемый лавой, брызжущей повсюду сквозь деформирующуюся кору. По сюжету же планета Миллер - это водный мир. Значит, вращаться она не должна. В этом случае, планета застывает (в переносном смысле) в одной форме и со временем её кора застывает (в прямом смысле) так, как это произошло с нашей Землёй.

Поскольку классические приливы не подходят, Кип Торн предложил несколько другую, хотя и весьма похожую, модель. Он выдвинул идею, что планета Миллер не совсем строго "смотрит" своим "остриём" на чёрную дыру. В действительности, планета Миллер слегка покачивается как маятник, туда-сюда (это называется "либрация", наша Луна тоже так делает, в Интернете есть красивая анимация geektimes.ru ). То есть, также как и с маятником, в тот момент, когда вытянутая ось отклоняется от чёрной дыры в одну сторону, возникает сила, которая начинает разворачивать ось так, чтобы она смотрела строго на чёрную дыру. Тогда планета начинает разворачиваться в сторону этой силы, но на пике своего движения она по инерции "проскакивает" направление на чёрную дыру и оказывается повёрнута уже в противоположную сторону, а там всё опять повторяется. Всё как с маятником. При этом амплитуда (размах) либраций весьма мала, поэтому планетарная кора хоть и подвергается заметным нагрузкам, но, всё-таки, имеет шансы остаться целой.

Зная параметры чёрной дыры и планеты Миллер Кип Торн рассчитал, каким получается период таких покачиваний. К своему удовольствию он получил очень хороший для фильма результат: период колебаний примерно равен одному часу.

То есть, гигантские волны с периодом в один час возникают из-за либрации планеты. Осталось только понять, что же конкретно вызывает такие волны. Здесь Кип Торн приводит два достаточно правдоподобных механизма, которые по отдельности или вместе могли бы создавать такие волны.

Первый - это "плеск" воды. Если вы возьмёте стакан с водой, наклоните его с достаточной скоростью сперва в одну сторону, а потом тут же - в противоположную, вы создадите два встречных потока воды, которые столкнутся вместе и сделают "плюх" (этот пример я придумал сам, потому что пример Кипа длиннее для описания, не могу ручаться за качество моего примера). Либрации планеты как раз и создают эти встречные потоки.

Второй - это цунами. Либрация приводит к тому, что планета, всё-таки, слегка "вращается" относительно чёрной дыры. А это, как мы уже говорили, приводит к тому, что чёрная дыра растягивает планету, меняя её форму. То есть, поверхность планеты весьма заметно ходит ходуном. Это похоже на земные землятресения, только более медленные. Зато с более сильным размахом. Эти землятресения толкают воду и создают волны. На Земле это называется цунами. Огромные волны, приводящие на Земле к серьёзным разрушениям, возникают как раз из-за землятресений.

10
1
ноябрь
2015

Силой притяжения. У нас на Земле тоже есть такие волны, только они не настолько крупные. Это приливы и отливы. Масса воды притягивается Луной. Когда Луна находится с одной стороны от Земли, то вся вода притягивается в эту сторону и случается прилив. Когда Земля поворачивается, то положение Луны меняется, и вода уходит вслед за ней. Случается отлив. Вот в фильме Интерстеллар было то же самое, только там вместо луны была Чёрная Дыра. И поскольку ЧД притягивает посильнее Луны, то и волны вышли покрупнее.

3
8
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта