Gravitační pole

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Je navrženo sloučení tohoto článku nebo jeho části a zařazení do Gravitace. (Diskuse)

Gravitační pole je v klasické mechanice prostor kolem tělesa, ve kterém se projevuje působení gravitační síly. Gravitační síla ubývá se čtvercem vzdálenosti od tělesa, které ho vyvolalo. Protože dosah gravitační síly je nekonečný, i gravitační pole je vlastně nekonečné. Za jeho hranici se obvykle považuje místo, kde přestává být měřitelné, případně, kde začíná převládat gravitace jiného tělesa nebo těles.

Obsah

1 Gravitační pole a obecná teorie relativity
2 Gravitační pole a kvantová teorie pole
3 Gravitační pole a strunová teorie
4 Homogenní gravitační pole
5 Radiální (centrální) gravitační pole
6 Gravitační pole planet
7 Podívejte se také na
8 Literatura
9 Externí odkazy

[editovat] Gravitační pole a obecná teorie relativity

V obecné teorii relativity (OTR) gravitační pole není nijak zavedeno. Přesněji řečeno, je zde zavedeno jako geometrické pole, definované takzvanou metrikou. Metrika (metrický tenzor) je soubor deseti bezrozměrných geometrických veličin, který mimo jiné určuje způsob, jakým se v daném gravitačním poli počítají intervaly mezi událostmi. (Metrika vlastně určuje zakřivení časoprostoru i prostoru.) Jak metrika konkrétně vypadá, to je dáno řešením Einsteinových rovnic (ER) pro složky metriky. Na jedné straně těchto deseti rovnic stojí složky tenzoru energie-hybnosti (dané rozložením hmot), na druhé straně kombinace složek metriky a jejích derivací. Známe-li metriku, můžeme najít geodetiky. Geodetiky jsou takové křivky v časoprostoru, po nichž se může pohybovat částice v daném poli. Všechna tělesa se pohybují po geodetikách v časoprostoru. Geodetiky jsou současně „nejdelší“ spojnice dvou událostí v časoprostoru, v tom smyslu, že dávají největší hodnotu vlastního intervalu. Zajímavé je, že pohybové rovnice částice (jejichž řešením je geodetika) se v rámci OTR nemusí postulovat nezávisle, lze je získat také řešením ER. Takže ER jsou nejenom rovnicemi pole (ekvivalent zákona síly v newtonovské mechanice), ale zároveň i pohybovými rovnicemi.

Z OTR plyne existence šíření změn gravitačního pole - gravitačních vln, které se pohybují rychlostí světla. Tyto gravitační vlny vyzařuje například dvojice těles, které se obíhají. Na Zemi ještě nikdy nebyly detekovány, i když již existují minimálně dva přístroje na jejich detekci, americké LIGO a italské VIRGO. Projevy vyzařování gravitačních vln jsou ale měřeny v binárních hvězdných systémech. Nejznámější vesmírnou laboratoří je podvojný pulzar PSR 1913+16, ve kterém se naměřilo zkracování oběžné doby o 7,6×10^-5 s za rok.

[editovat] Gravitační pole a kvantová teorie pole

Kvantová teorie pole (KTP) nezahrnuje gravitaci, protože se to zatím nikomu nepodařilo, ačkoli se o to fyzikové snaží již desítky let. Gravitace je od ostatních přírodních sil natolik odlišná, že je neslučitelná se současnou KTP. Nicméně se běžně za výměnnou částici považuje zatím neobjevený graviton se spinem 2.

[editovat] Gravitační pole a strunová teorie

V teorii strun je graviton jen jedním konkrétním druhem vibrace struny. Gravitační pole je potom spojeno se zakřivením časoprostoru pomocí ztotožnění struktury časoprostoru s obrovským množstvím podobně (koherentně) vibrujících strun. Časoprostor se tedy dá představit jako tkanina zhotovená ze strun. Gravitace je pak totožná se zakřivením této tkaniny.

[editovat] Homogenní gravitační pole

Homogenní gravitační pole je způsob zjednodušeného matematického popisu gravitačního pole, při kterém je gravitační síla ve všech místech pole stejná (velikost i směr). Za homogenní lze gravitační pole považovat tehdy, jsou-li trajektorie sledovaných těles malé ve srovnání s poloměrem Země a pokud se v oblastech pole, v nichž sledované děje probíhají, příliš nemění velikost ani směr intenzity gravitačního pole.

Homogenní gravitační pole je tedy vhodné k popisu pohybů v blízkosti povrchu Země (např. šikmý vrh).

[editovat] Radiální (centrální) gravitační pole

Radiální (centrální) gravitační pole je druh gravitačního pole, při kterém směr gravitační síly ve všech místech pole míří stále do jednoho bodu - středu, přičemž všechny body nacházející se na kulové ploše, která má střed v těžišti tělesa mají intenzitu gravitačního pole o stejné velikosti.

Centrální gravitační pole se teoreticky vyskytuje pouze u hmotných bodů (neboť v praxi jakékoliv nesymetrické rozložení hmot může vyvolávat jemné směrové odchylky), v realitě ale slouží jako velmi dobrá aproximace gravitačního pole např. kolem planet, Slunce a jiných hvězd ve větších vzdálenostech od nich.

Aproximace gravitačního pole pomocí radiálního pole je vhodná v případech, kdy trajektorie pohybu je velká a dostatečně vzdálená od zdroje gravitačního pole.

Pro pohyb v radiálním gravitačním poli platí Keplerovy zákony.

[editovat] Gravitační pole planet

Z přesného mapování pohybu sond na oběžné dráze kolem planety pomocí měření dopplerovského posunu frekvence signálu vysílaného sondou lze určit lokální změny v gravitačním poli planety, které souvisí s nerovnoměrným rozdělením hmoty na planetě (v topografii, podpovrchových strukturách v kůře, anomáliích v plášti či přímo spojenými s jádrem planety). Pozorovatelnost signálu libovolné struktury roste s její velikostí a klesá s hloubkou pod povrchem planety (podobně jako u tzv. skin efektu). Ze zaznamenaných lokálních variací v radiálním gravitačním zrychlením lze zpětně usuzovat na vnitřní strukturu planety:

u Marsu a Měsíce se za předpokladu dané průměrné mocnosti kůry daří namodelovat její globální strukturu
u Země a Venuše lze z dlouhovlnné charakteristiky gravitačního pole odhadnout parametry pláště
v budoucnosti bude zřejmě možná u Merkuru dokonce přímá analýza rozhraní mezi pláštěm a jádrem, díky faktu, že poloměr jádra Merkuru je asi celých 0,8 poloměru planety

Obecně jsou nejvýraznějšími komponentami planetárních gravitačních polí signály velkých sopek (např. Olympus Mons na Marsu), riftových systémů (Valles Marineris tamtéž), impaktních pánví (nejvíce tzv. mascony), ale také globální rotační zploštění planety.