 | Гравитационный захват |  |
Гравитационный захват - изменение характера движения тела от инфинитного к финитному по отношению к воздействующему гравитирующему объекту
Анимация Описание Гравитационный захват частицы - изменение характера ее движения: от инфинитного (неограниченного) к финитному по отношению к воздействующему гравитирующему объекту (одному или нескольким). На рис. 1 изображена структурная схема гравитационного захвата. Структурная схема гравитационного захвата 
Рис. 1 В классической механике Ньютона для задачи о взаимодействии двух тел феномен чистого гравитационного захвата отсутствует- тела движутся вокруг общего центра масс. Исключение: падение частицы прямо на гравитирующее тело в случае, когда r min < Rо, где r min - наименьшее расстояние от возможной траектории движения до центра поля, Rо - радиус гравитирующего тела (рис.2). Падение частицы на гравитирующее тело 
Рис. 2 Согласно общей теории относительности, для сверхплотных тяготеющих объектов возможен чистый гравитационный захват. Пояснить этот факт можно, рассмотрев зависимость «эффективной» потенциальной энергии от расстояния для заданного момента количества движения частицы в нерелятивистской (рис. 3) и релятивистской (рис. 4) постановке: Зависимость «эффективной» потенциальной энергии от расстояния в нерелятивистской теории 
Рис. 3 Зависимость эффективной потенциальной энергии о расстояния в релятивистской теории 
Рис. 4  ;
 ,
где Uef - «эффективная» потенциальная энергия в классической теории;  - потенциальная энергия частицы в Ньютоновом поле тяготения;
М - момент количества движения частицы; m - масса частицы; r - расстояние от частицы до центра поля тяготения; Uefrel - «эффективная» потенциальная энергия в релятивистской теории; rg - гравитационный радиус гравитирующего объекта; с - скорость света. Согласно классической механике: если энергия частицы E1< 0, то движение всегда финитное (рис. 3 и рис. 5); если энергия частицы E2 > 0 - движение всегда инфинитное (рис. 3 и рис. 6). Траектория финитного движения частицы в классической механике 
Рис. 5 Траектория инфинитного движения частицы в классической механике 
Рис. 6 В механике общей теории относительности: при Е1< 0 движение финитное (рис. 4, рис. 8); при 0 < E2 < Uegmax - движение инфинитное (рис. 4 и рис. 8); при Е3 > Uefmax - гравитационный захват (рис. 4 и рис. 9). Траектория финитного движения частицы в теории относительности 
Рис. 7 Траектория инфинитного движения частицы в теории относительности 
Рис. 8 Траектория движения частицы при релятивистском гравитационном захвате 
Рис. 9 В решении задачи о взаимодействии по классической теории гравитационный захват также возможен. Например, разделение инфинитно движущейся частицы на несколько частей может привести к финитному движению некоторых из них. Другой пример. Попадание частицы в одну из либрационных точек (L3, L4) двух достаточно сильно гравитирующих объектов, вращающихся вокруг общего центра тяжести, может привести ее к гравитационному захвату (рис. 10). Конфигурация частиц, приводящая к гравитационному захвату в задаче трех тел 
Рис. 10 Зависимость результата от воздействия имеет следующий вид: - в классической механике  ,
- в механике общей теории относительности для легкой частицы  .
Здесь G - гравитационная постоянная; т - масса частицы; М - масса гравитирующего объекта; r - расстояние от центра поля тяготения до частицы; Е - энергия частицы; с - скорость cвета;  - фактор скорости (V - скорость частицы);
F - сила, действующая на частицу. Уравнение движения частицы:  ,
где Р - импульс частицы. Ограничения на проявление ФЭ: для релятивистской задачи двух тел y < ycrit, где y - угол между направлением на компактный гравитирующий объект и вектором скорости частицы; ycrit - критический угол. Для скорости, равной второй космической:  ,
для ультрарелятивистской частицы:  .
Условие либрации (в точках L3 и L4): | S L3 | = | S L4 | = | SZ | = | L3 Z | = | L4 Z |. Пространство проявления результата воздействия - области пространства, занимаемые тяготеющей материей. Временные характеристики Время инициации (log to от 6 до 8); Время существования (log tc от 13 до 15); Время деградации (log td от 6 до 8); Время оптимального проявления (log tk от 9 до 12). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Поскольку эффект развивается на космических масштабах расстояний и времени, лабораторная реализация невозможна. Реализация может наступить в процессе плохо рассчитанного полета космического аппарата, чего не дай бог, поскольку захват необратим. Применение эффекта Примером предельного использования эффекта гравитационного захвата - эстафетный полет космических межпланетных станций «Вояджер» к планетам-гигантам Солнечной системы в программах США «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Гравитационный захват использован к проекте размещения энергетических установок в либрационных точках системы Солнце-Земля. Литература  1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика. Теоретическая физика.- М.: Наука, 1988.- Т.1.- 216 с.
2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. Теоретическая физика.- М.: Наука, 1988.- Т. 2.- 512 с. 3. Новиков И.Д., Фролов В.П. Физика черных дыр.- М.: Наука, 1986.- 328 с. 4. Окунь Л.Б. Понятие массы: Масса, энергия, относительность // Успехи физических наук.- 1989.- Т.158 (вып.3).- С.511-530. 5. К Юпитеру и Сатурну // Наука и человечество.- М.: Знание, 1979.- С.316-318. 6. Первые люди на Луне // Наука и жизнь.- 1989.- № 9.- С.98-97. 7. Фертрет М. Основы космонавтики / Пер. с англ. А.Н. Рубашова.- М.: Просвещение, 1969.- 301 с. |