خبر مهم! خبر مهم!
سیارکی به نام «PT5 2024» شاید برای مدتی در نقش ماه دوم کره‌ی زمین ظاهر می‌شود و پس از آن به سفرش در منظومه‌ی شمسی ادامه خواهد داد.
احتمالا این خبر رو این چند روز زیاد شنیدید. اما آیا می‌دونید این پدیده چیه و چطور اتفاق میفته؟
اما 2024 PT5 چیه؟
2024 PT5 یک جرم نزدیک به زمین با قطر تقریبی ۱۱ متره که توسط سامانه هشدار نهایی برخورد سیارک به زمین رصدخانه آفریقای جنوبی در ساترلند در 7 اوت 2024، یک روز پیش از نزدیک شدن به زمین کشف شد. این جسم به دور خورشید می‌چرخه، اما نزدیک شدن‌های آهسته و آرامی به منظومهٔ زمین – ماه انجام می‌ده.
توی تصویری که می‌بینید، جرم صورتی رنگ 2024 PT5، جرم آبی رنگ زمین و جرم زرد رنگ ماهه. همچنین در تصویر مدار ماه به دور زمین و مسیر حرکت 2024 PT5 وقتی به زمین نزدیک می‌شه هم مشخصه.
2024 PT5 معمولاً به دور خورشید می‌چرخه و بخشی از یک کمربند سیارکی کوچک به نام کمربند آرجوناست که زمین را دنبال می‌کنه. این سیارک از 29 سپتامبر تا 25 نوامبر 2024 به‌طور موقت تحت تأثیر گرانش زمین قرار خواهد گرفت و سپس به مدار اصلی خود در اطراف خورشید بازخواهد گشت. این پدیده، که به عنوان «رویداد ماه کوچک» شناخته می‌شه، نسبتاً رایجه و برخی از سیارک‌ها می‌تونن به زمین بسیار نزدیک شن.
که در این رابطه، G ثابت جهانی گرانش، M1 و M2 جرم دو موجودیه که نیروی گرانش رو بینشون حساب میکنیم و r فاصله‌ی بین دو جسممونه. (جالبه بدونید که این نیرو همواره به شکل جاذبه‌ست.)
وقتی این سیارک در مدارش به دور خورشید تا حدی به زمین نزدیک می‌شه، تحت نیروی گرانش زمین منحرف می‌شه و مسیرش اندکی تغییر می‌کنه و به اصطلاح تو دام گرانشی زمین میفته.
ما می‌دونیم که ماه هم تحت نیروی گرانش به زمین جذب می‌شه. اینجا دو تا سوال به وجود میاد که سعی میکنیم بهش جواب بدیم.
سوال اول) چرا ماه سقوط نمی‌کنه؟
برای درک جواب این سوال، بیایید یک آزمایش ذهنی انجام بدید، فرض کنید یک توپ رو به نخ بستید و داری بالای سرتون می‌چرخونیدش. اگر نخ ناگهان کنده بشه چه اتفاقی برای توپ میفته؟ درسته، پرت می‌شه دور!
پس درواقع این نخه که باعث چرخش توپ به دور شما می‌شه. اینجا هم ماه، در ابتدای پیدایش سیستم زمین-ماه، سرعت اولیه داشته و جاذبه زمین مثل نخ عمل می‌کنه و ماه رو به دور خودش نگه می‌داره.
و این موضوعه برای همه اجرام دوار صحیحه. مثلا زمین یا دیگر سیارات منظومه شمسی که به دور خورشید می‌گردن یا خود خورشید که به دور مرکز کهکشان راه شیری می‌گرده.
سوال دوم) حرکت تناوبی چطور اتفاق میفته؟
برای جواب به این سوال لازمه یسری مفاهیم اولیه رو بلد باشیم.
اولین مفهوم، انرژی پتانسیله. در فیزیک انرژی پتانسیل صورتی از انرژیه که در یک سامانه به‌صورت نهفته وجود داره و قابل‌تبدیل به انرژی جنبشیه. (چون می‌دونیم که انرژی از بین نمی‌ره یا ایجاد نمی‌شه، بلکه از شکلی به شکل دیگه تبدیل می‌شه.)
انرژی پتانسیل ناشی از نیروی F به صورت ریاضی به این شکل تعریف می‌شه:
که در آن F نیرو، U انرژی پتانسیل و x مکان است.
انرژی پتانسیل گرانشی که ناشی از نیروی گرانشه، با حرکت دادن جسم در خلاف جهت نیروی گرانشی در جسم ذخیره می‌شه. انرژی پتانسیل گرانشی در کره زمین به انرژی ذخیره شده در جسم بخاطر ارتفاع از سطح زمین گفته می‌شه.
در این رابطه m مقدار جرم جسم, g شتاب گرانش نسبت به سطح زمین و h ارتفاع یک جسم نسبت به سطح مبدا پتانسیل ماست.
مفهوم بعدی، انرژی جنبشیه.
هر جسمی که حرکت می‌کنه انرژی داره و انرژی وابسته به حرکت یک جسم را انرژی جنبشی اون می‌نامیم؛ ضمن اینکه انرژی جنبشی وابسته به جابه جایی نیست بلکه وابسته به سرعت یک جسم دارای حرکته.
هر چه جسم سریع‌تر باشد انرژی جنبشی آن بزرگ‌تر و انرژی جنبشی اجسام ساکن برابر صفر است.
انرژی جنبشی از رابطه زیر محاسبه می‌شه:
که در این رابطه، m جرم جسم و v سرعت جسمه.
مفهوم آخر، انرژی مکانیکیه.
به مجموعه انرژی جنبشی و پتانسیل، انرژی مکانیکی می‌گیم.
مثالی از انرژی مکانیکی: ماهواره در مدارهای معین و تندی ثابت دور زمین می‌چرخن، همان‌طور که می‌دونیم نیروی خالصی (نیروی وزن) همواره بر ماهواره وارد می‌شه اما چطور امکان داره با وارد شدن نیرو وزن به ماهواره، انرژی جنبشی و شتاب آن ثابت باقی بمونه؟
نیروی خالص وارد بر ماهواره عمود بر جهت جابه جاییه پس کار کل ماهواره صفر ه، از طرفی با توجه به قضیه کار و انرژی (work=k=k2-k1) تغییرات انرژی جنبشی هم صفره پس انرژی جنبشی و شتاب ثابت باقی می‌مونه.
اما از طرفی، سیارات کروی اند، تقارن کروی دارن و نیروی وارده، مرکزگراست، پس طی معادلاتی، بخش شعاعی، تحت انرژی پتانسیل متفاوتی از اون چیزی که گفتیم قرار می‌گیره و در نهایت، یک پتانسیل موثر به جسم وارد می‌شه که نمودارش به شکل زیره.
حالا فرض کنید چند جسم با انرژی مکانیکی های متفاوت تو این پتانسیل قرار میگیرن، بنظرتون چطور رفتار می‌کنن؟
به این سه مدل انرژی مکانیکی نگاه کنید، آیا میتونید تشخیص بدید یک جسم با هر کدوم از این انرژی جنبشی ها چطور حرکت می‌کنه؟
مثلا برای E1، همونطور که می‌بینید نمودار پتانسیل موثر رو فقط در یک نقطه قطع کرده، چه نقطه‌ای؟ یک نقطه با شعاع ثابت. که می‌شه چه شکلی؟ دایره.
پس جرم با انرژی مکانیکی E1 تو یه مدار دایره ای شکل دور جرم مرکزی می‌گرده.
حالا میتونید تشخیص بدید جرمی با انرژی E2 چه شکلی حرکت می‌کنه، E2 نمودار پتانسیل موثر رو تو دو نقطه قطع کرده، یکی با شعاع بیشتر و یکی با شعاع کمتر، یعنی این جرم، تو یه مدار بیضوی به دور جرم مرکزی گردش می‌کنه.
تو این دو مورد دیدیم که هر دوشون تو یه مدار تکرار شونده حرکت میکنند و اصطلاحا در یک مدار مقید قرار دارن. حالا می‌رسیم به E3 که فقط یک بار نمودار پتانسیل موثر رو قطع کرده. بنظرتون معنی این اتفاق چیه؟
این به این معنیه که جرم با انرژی مکانیکی E3، فقط یکبار به یک فاصله حداقلی از جرم مرکزی می‌رسه، و بعدش با اون خداحافظی می‌کنه و ازش دور می‌شه، و دیگه به طور تناوبی و تکرار شونده به دور اون نمی‌چرخه.
این توصیف نشون می‌ده که اجرام با انرژی مکانیکی منفی، گیر جرم مرکزی میفتند و دورش تناوب می‌کنن، مثل ماه به دور زمین یا زمین به دور خورشید. اما اجرام با انرژی مکانیکی مثبت به جرم مرکزی نزدیک میشن، بعد ازش دور میشن و تا بینهایت به مسیرشون ادامه میدن تا شاید تو این مسیر به دام یک جرم دیگه بیفتن.
حالا احتمالا درکی داریم که پدیده ماه کوچک چطور اتفاق میفته و این سیارک چطور تو دام سیاره آبی دوست‌داشتنی ما افتاده و چرا مهمون دائمی ما نیست و بعد از مدت کوتاهی با ما خداحافظی می‌کنه.
رستایی باشید!
_ضحی صمدی
