Interstellar: непрерывные волны на Миллере

Ваш друг почти наверняка прав. Согласно « Науке о межзвездном пространстве », написанной научным консультантом фильма Кипом Торном , волны, скорее всего, вовсе не волны, а на самом деле горы воды, притянутые к горизонту черной дыры приливными силами.

Сама планета выпячивается в сторону Гаргантюа, и волны достигают пика на поверхности, когда планета вращается.

Но находясь так близко к Гаргантюа, в моей интерпретации фильма, планета Миллера подвергается огромной приливной гравитации, настолько огромной, что приливные силы Гаргантюа почти разрывают планету на части. Почти, но не совсем. Вместо этого они просто деформируют планету. Сильно деформировать. Он сильно выпирает в сторону и от Гаргантюа.

...

Он предлагает две убедительные версии гигантских волн, показанных в фильмах; Приливная волна или цунами

Что могло породить две гигантские водяные волны высотой 1,2 километра, которые обрушиваются на «Рейнджер», когда он стоит на планете Миллера?

Первое объяснение гигантских волн, в моей научной интерпретации, это выплескивание океанов планеты, когда планета качается под влиянием приливной гравитации Гаргантюа. Подобное выплескивание, называемое «приливным валом», происходит на Земле в почти плоских реках, впадающих в море. Когда прилив океана поднимается, стена воды может устремиться вверх по реке; обычно крошечная стена, но очень иногда и довольно большая.

Несмотря на впечатляющие размеры, этот приливный канал очень мал по сравнению с 1,2-километровыми волнами на планете Миллера. Но приливная гравитация Луны, которая движет этим приливным каналом, ничтожна — очень мала — по сравнению с огромной приливной гравитацией Гаргантюа!

Мое второе объяснение — цунами. Поскольку планета Миллера качается, приливные силы Гаргантюа, возможно, не измельчают ее кору, но они деформируют кору сначала так, а затем эдак, раз в час, и эти деформации могут легко вызвать гигантские землетрясения (или «миллеротрясения», как я полагаю, мы должны называть их). И эти миллеротрясения могут вызвать цунами в океанах планеты, намного большие, чем любое цунами, когда-либо виденное на Земле.

Что касается того, почему нет смены дня и ночи, это просто отмахивается рукой. В окрестностях планеты явно достаточно звездного материала, чтобы она постоянно светилась.

В качестве альтернативы, поскольку планета движется в 64 000 раз медленнее, цикл дня и ночи может происходить тысячи раз в минуту, чего достаточно, чтобы человеческий глаз не мог его обнаружить.

В главе 17 объяснения Кипа Торна в «Науке о межзвездном пространстве » он поясняет, что планета Миллера должна быть приливно -приливной связью с Гаргантюа (черной дырой), а это означает, что период ее вращения такой же, как период ее обращения, так что одна ее сторона всегда обращена к Гаргантюа, в то время как другая сторона всегда обращена в сторону (в частности, Торн пишет в этой главе, что «в моей научной интерпретации планета всегда должна оставаться одной и той же стороной, указывающей на Гаргантюа»). Приливная блокировка - это хорошо понятая в астрофизике идея, объясняемая гравитационными приливными силами основного тела, постоянно оказывающими крутящий момент на приливные выпуклости .в орбитальном теле, которые уменьшают скорость его вращения до тех пор, пока оно не заблокируется; это используется, например, для объяснения того, почему Луна всегда обращена к Земле одним и тем же лицом.

Чтобы объяснить волны, Торн говорит, что, хотя планета Миллера почти полностью заблокирована приливами, она слегка раскачивается взад-вперед, как маятник, а приливные силы от Гаргантюа всегда действуют как восстанавливающая сила, возвращая ее обратно в ту ориентацию, в которой планета движется. приливная выпуклость обращена прямо к Гаргантюа. И учитывая это раскачивание, он дает два возможных объяснения гигантских волн:

Что могло породить две гигантские водяные волны высотой 1,2 км, которые обрушиваются на «Рейнджер», когда он стоит на планете Миллера (рис. 17.5)? Я искал некоторое время, делал различные расчеты с законами физики и нашел два возможных ответа для моей научной интерпретации фильма. Оба ответа требуют, чтобы планета была не совсемпривязан к Гаргантюа. Вместо этого он должен немного раскачиваться вперед и назад относительно Гаргантюа [отрезать объяснение Торна о том, как приливная гравитация Гаргантюа обеспечивает восстанавливающую силу, объясняющую это раскачивание] ... Результатом является простое раскачивание планеты вперед и назад, если наклоны достаточно малы, чтобы мантия планеты не распылялась. Когда я вычислил период этого раскачивания, сколько времени нужно, чтобы раскачиваться слева направо и обратно, я получил радостный ответ. Около часа. То же самое, что наблюдаемое время между гигантскими волнами, время, выбранное Крисом, не зная моей научной интерпретации.

Первое объяснение гигантских волн, в моей научной интерпретации, — это выплескивание океанов планеты, когда планета качается под влиянием приливной гравитации Гаргантюа.

Подобное выплескивание, называемое «приливным валом», происходит на Земле в почти плоских реках, впадающих в море. Когда прилив океана поднимается, стена воды может устремиться вверх по реке; обычно крошечная стена, но иногда довольно большая. ... Но приливная гравитация Луны, которая движет этим приливным каналом, крошечна - действительно крошечна - по сравнению с огромной приливной гравитацией Гаргантюа!

Мое второе объяснение — цунами. Поскольку планета Миллера качается, приливные силы Гаргантюа, возможно, не измельчают ее кору, но они деформируют кору сначала так, а затем эдак, раз в час, и эти деформации могут легко вызвать гигантские землетрясения (или «миллеротрясения», я полагаю, мы должны называть это землетрясением). их). И эти миллеротрясения могут вызвать цунами в океанах планеты, намного большие, чем любое цунами, когда-либо виденное на Земле.

И в этом интервью он упоминает, что волна должна быть солитоном (краткое объяснение того, что это значит здесь ), типом изолированной волны, которая сохраняет стабильную форму во время своего движения, часто без турбулентности или «разрыва»:

Я не использую это слово в книге, но волны кажутся солитонами, уединенными волнами. Они не ломаются и, вероятно, приходят из области, где вода несколько глубже. Одно из возможных объяснений их состоит в том, что они похожи на приливные буры, которые могут подниматься по длинным пологим руслам рек во время прилива.

Вот несколько видеороликов, демонстрирующих реальные солитоны:

Астрофизик Нил Деграсс Тайсон также предлагает объяснение гигантской волны, которая пришла ему в голову в этом интервью :

Сначала я подумал: «Хорошо, они должны бросить волну… это выглядит бесполезно». Моей второй мыслью было: «Ну, если это цунами, волне на самом деле нужна вода, чтобы быть волной, и они увидят, как вода устремляется вокруг их лодыжек, чтобы подпитать эту волну». Вот как вы знаете, как бежать. В этом я позже понял, что обе эти опасения были необоснованными. Планета находится глубоко в гравитационном колодце черной дыры, а у черной дыры наверняка очень высокие приливные силы. Кроме того, неправильно названа «приливная волна» — на самом деле это «выпуклость» воды, зафиксированная в пространстве. Выпуклость всегда ориентирована в одной и той же конфигурации в пространстве, поэтому вы на твердой планете вращаетесь внутри и снаружи этой выпуклости. Вы интерпретируете это как волну, идущую к вам и от вас, но на самом деле происходит то, что вы вращаетесь от части воды с приливом к части воды с отливом. Тот факт, что волны приходили каждый час или около того, означал, что планета совершает два таких оборота, потому что на каждый оборот приходится два прилива. Если бы я сказал, что в этом было что-то нереальное, то это была бы колючая волна. Приливная выпуклость была бы более гладкой, и они просто поднимались бы вверх, плавали над вершиной и снова опускались бы вниз, как утка плывет вверх и вниз, когда под ней проходит волна. Здесь они допускают драматические вольности, чтобы превратить волну в нечто более угрожающее, и у меня нет с этим проблем. Если бы я сказал, что в этом было что-то нереальное, то это была бы колючая волна. Приливная выпуклость была бы более гладкой, и они просто поднимались бы вверх, плавали над вершиной и снова опускались бы вниз, как утка плывет вверх и вниз, когда под ней проходит волна. Здесь они допускают драматические вольности, чтобы превратить волну в нечто более угрожающее, и у меня нет с этим проблем. Если бы я сказал, что в этом было что-то нереальное, то это была бы колючая волна. Приливная выпуклость была бы более гладкой, и они просто поднимались бы вверх, плавали над вершиной и снова опускались бы вниз, как утка плывет вверх и вниз, когда под ней проходит волна. Здесь они допускают драматические вольности, чтобы превратить волну в нечто более угрожающее, и у меня нет с этим проблем.

Ответ Тайсона может быть таким же, как и первое возможное объяснение Кипа Торна в более ранней цитате, но я не уверен — предположительно приливные волны на Земле не остаются в фиксированной ориентации относительно Солнца, пока Земля вращается под ними, поскольку это потребовало бы, чтобы они путешествовали со скоростью более 1000 километров в час на большинстве широт, но тогда Земля почти не привязана к Солнцу приливами, поэтому возможно, что то, что описывает Тайсон, также будет типом приливной волны.

Приливная блокировка также объясняет, почему на планете нет смены дня и ночи. Предполагается, что освещение исходит от аккреционного диска , окружающего Гаргантюа (светящееся кольцо вокруг него, которое странным образом искажено из-за гравитационного линзирования, подробности о его внешнем виде см. в моем ответе здесь ), и если планета Миллера заблокирована приливом до Гаргантюа, то одна сторона всегда будет обращена к аккреционному диску при постоянном дневном свете, а другая сторона всегда будет обращена в сторону от постоянной ночи. (Технически это должна быть сторона, обращенная отот Гаргантюа, который был обращен к аккреционному диску — Торн пишет, что «поскольку планета Миллера ближе всего к тому, что может стабильно жить, не попадая в Гаргантюа, весь аккреционный диск должен находиться за пределами орбиты планеты Миллера», — но он также отмечает в другом месте они пошли на художественный компромисс с некоторыми визуальными эффектами в фильме, один из которых изображал планету Миллера намного дальше от Гаргантюа, чем это действительно должно быть, чтобы не позволить зрителям увидеть Гаргантюа в очень крупном плане до кульминации, когда Купер падает. в него.) Что касается ссылок на аккреционный диск, являющийся источником освещения, в главе 9 Торн говорит, что Гаргантюа, как предполагается, имеет относительно «анемичный» аккреционный диск по сравнению с известными реальными квазарами, которые наблюдались (которые, как считается, бытьсверхмассивные черные дыры , такие как Гаргантюа), из-за того, что за миллионы лет он не поглотил никаких новых крупных тел, так что он будет излучать свет в видимом спектре (температура связана с пиковой частотой света по закону смещения Вина ):

Вместо ста миллионов градусов, как у типичного диска квазара, диск Гаргантюа имеет температуру всего в несколько тысяч градусов, как поверхность Солнца, поэтому он излучает много света, но практически не излучает рентгеновских или гамма-лучей.

Затем в главе 19 о планете Манн он говорит:

Планета Манна не может сопровождаться солнцем в его путешествиях внутрь и наружу, потому что, находясь рядом с Гаргантюа, огромные приливные силы разорвут планету и ее солнце, отправив их вперед по заметно разным орбитам. Следовательно, как и планета Миллера, она должна нагреваться и освещаться анемичным аккреционным диском Гаргантюа.

То, что говорит доктор Тайсон, просто абсолютно не соответствует тому, что на самом деле показано в фильме. Он ошибочно предполагает, что волны представляют собой приливные выпуклости, подобные приливным выпуклостям на Земле, и что планета Миллера вращается каждые 1,5 часа. Однако это невозможно.

1. Если бы планета Миллера вращалась с такой скоростью, то при допущении, что она немного больше Земли (упомянуты 1,3 г, значит, допустим экваториальная окружность 45000 км), то приливные выпуклости «двигались бы " на скорости в тысячи км/ч на большинстве широт - это просто не то, что мы видим в фильме (по крайней мере, не в большинстве сцен, мне придется пересмотреть его, чтобы проверить сцену, где они впервые замечают волну .) Но следующий пункт может быть более обоснованным:

2. Как указывает доктор Тайсон, всегда есть 2 приливных выпуклости: одна создается гравитационным притяжением, а другая на противоположной стороне планеты создается центробежной силой. Таким образом, наблюдатель на планете не может одновременно наблюдать две приливные выпуклости. Но в фильме мы видим, как одна волна исчезает на горизонте (Купер даже комментирует это), а следующая волна уже приближается !

Объяснение Кипа Торна о том, что планета на самом деле заблокирована приливами и не вращается вокруг своей оси (просто немного движется вперед и назад), кажется, имеет смысл. И доктор Тайсон, несмотря на благоговение фанатки, которая брала у него интервью (и нет, я не собираюсь печатать ту шутку со словом «выпячивание» , которая только что пришла мне в голову...), был скорее развлекательным, чем правильным, я Боюсь...