8. Резонансные структуры в Солнечной системе

8.1. РЕЗОНАНСЫ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ

Если свести в таблицу орбитальные периоды и периоды вращения всех тел Солнечной системы, то обнаружится соизмеримость многих периодов. Это указывает на существование ряда резонансных явлений между взаимосвязанными резонаторами. Имеются резонансы между орбитальными периодами членов одноа и той же системы, а также резонансы между орбитальными периодами и осевыми периодами вращающихся тел.

По-видимому, резонансы являются крайне важными особенностями Солнечной системы. Тела, однажды попавшие в резонанс, могут при определенных условиях оставаться захваченными резонансом неограниченно долго; следовательно, резонансная структура стабилизирует Солнечную систему на очень большие периоды времени.

Изучение резонансной структуры в пределах какой-либо системы может дать полезную информацию об эволюции этой системы. Чтобы сделать какие-нибудь выводы относительно эволюции системы, мы должны выяснить, как установилась данная резонансная структура. Предлагалось два различных механизма.

1. В соответствии с первым механизмом, предложенным Голдрайхом [189], первоначально тела возникли без резонансов между их периодами вращения и орбитальными периодами (исключая те, которые обязательно возникают при случайном распределении). Более поздняя эволюция системы, в основном в результате приливных явлений, изменила их периоды различным образом и привела к установлению резонансов.

Эта теория ни в коей мере не может дать общее объяснение резонансам. Она применима только к системам спутников, а поскольку приливные воздействия планет на Солнце в общем пренебрежимо малы, для объяснения возникновения резонансов в планетной системе необходимо привлечь другой процесс. Далее, объяснение резонансов приливными воздействиями приводит

к трудностям даже в случае резонансов спутников. Например, поскольку (см. разд. 18.6) происхождение щели Кассини генетически связано с Мимасом, орбита Мимаса с гетегонного времени не могла измениться более чем на 1—2%. Следовательно, здесь нет места для значительной приливной эволюции.

2. В соответствии с альтернативным предположением [21] резонансные явления сами по себе были существенны в гетегонных процессах, так что тела возникали преимущественно в состоянии резонанса с другими телами. Следовательно, резонансная структура может дать нам прямую информацию о гетегонных процессах.

8.1.1. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ РЕЗОНАНСА

В Солнечной системе наблюдаются следующие виды резонансов (табл. 8.1.1).

Таблица 8.1.1 (см. скан) Виды резонансов

1. Резонансы, между орбитальными движениями. Если для периодов орбит двух планет или двух спутников можно написать соотношение

где небольшие целые числа, то такие периоды называются соизмеримыми. Резонансные явления могут возникать, если гравитационное притяжение между телами больше некоторого предела. Имеется несколько ярких примеров такого резонанса в системах спутников Юпитера и Сатурна; это явление играет заметную роль также в планетной системе, особенно среди астероидов.

Исследовались также [356] резонансы между орбитальными движениями планеты и одного из ее спутников. При наблюдении в системе координат, связанной с планетой, такой резонанс проявляется как резонанс между видимым движением спутника и видимым движением Солнца. Его иногда называют «спутниково-солнечным резонансом».

2. Резонансы между вращением и орбитальным движением. Если плотность во вращающемся теле распределена асимметрично, то вызывает периодическое изменение гравитационного поля, которое может взаимодействовать с орбитальным движением тела. Это явление в общем случае ведет к резонансу между вращением тела и орбитальным движением. По-видимому, период вращения Меркурия связан резонансом с его собственным орбитальным периодом. Связано ли вращение Венеры с орбитальным движением Земли (относительно Венеры), — предмет дискуссии (см. разд. 8.8).

Подобная асимметрия планеты может также влиять на движение спутника, обращающегося относительно планеты. Неизвестно, насколько существенно это взаимодействие в настоящее время, но оно могло влиять на эволюцию системы Земля — Луна (см. гл. 24).

Если спутник вызывает приливы на центральном теле, приливные горбы вовлекаются в совместное вращение со спутником. Взаимодействие между приливными горбами и спутником можно рассматривать как резонанс между вращением и орбитальным движением с