Небесная механика

Впервые термин «небесная механика» ввел французский астроном П.Лаплас в 1798 г. Основы классической небесной механики были заложены английским математиком И.Ньютоном в труде «Математические начала натуральной философии» (1687). К началу XIX в. французскими математиками Д'Аламбром, А.Клеро, Ж.Лагранжем и П.Лапласом были развиты основные методы небесной механики, определяющие движение больших планет Солнечной системы. Венцом «золотого века» небесной механики стало открытие в 1846 г. немецким астрономом И.Галле планеты Нептун, положение которой теоретически было предсказано французским ученым У.Леверье.

Основные задачи небесной механики:
1) разработка общих вопросов движения небесных тел в гравитационном поле;
2) построение аналитических и численных теорий движения конкретных естественных и искусственных небесных тел (больших планет, спутников, комет, астероидов и космических аппаратов);
3) сравнение математических теорий движения небесных тел с астрономическими наблюдениями и определение фундаментальных астрономических постоянных (массы небесных тел, элементов орбиты, параметров фигуры Земли и др.);
4) составление астрономических ежегодников, используемых в геодезии, астрометрии и других областях науки.

В первом приближении движение больших планет, как правило, рассматривается в рамках задачи двух тел (Солнце–планета). Дифференциальные уравнения этой задачи имеют замкнутое решение – в виде уравнений конических сечений (кеплеровы орбиты). Влияние других тел, называемое возмущениями, учитывается при помощи разложений в ряды или численными методами. Движение спутников планет, в том числе Луны, рассматривается в рамках ограниченной задачи трех тел (планета–спутник–Солнце). Движение комет и астероидов исследуется методами численного интегрирования дифференциальных уравнений, так как часто изучаемые объекты обладают большими наклонами и эксцентриситетами орбит, и построение аналитических теорий практически невозможно. Для установления систем астрономических координат важным является раздел небесной механики, связанный с вращением Земли и Луны. Повышение точности астрономических наблюдений в середине ХХ в. привело к необходимости учета релятивистских эффектов в движении небесных тел на основе теории относительности А.Эйнштейна.

К современным актуальным проблемам небесной механики относятся: проблемы эволюции Солнечной системы на интервалах времени в несколько сотен миллионов лет; изучение движения искусственных спутников Земли в гравитационном поле Земли; расчет траекторий космических аппаратов.

В России научными центрами исследований в области небесной механики являются институт прикладной астрономии Российской академии наук в Санкт-Петербурге и Астрономический институт имени П.К.Штернберга в Москве.

В Казани основные достижения в области небесной механики связаны с именами А.Д.Дубяго и Ш.Т.Хабибуллина. Профессор Казанского университета А.Д.Дубяго считается основателем научного направления по исследованию движения малых тел Солнечной системы (см. Казанская астрономическая научная школа). Его монография «Определение орбит» (Москва, 1949 г., впоследствии была переиздана за рубежом) стала классическим руководством для исследователей движения комет. Широко известен метод А.Д.Дубяго для определения негравитационного эффекта в движении комет. Учениками и последователями А.Д.Дубяго являются Л.Я.Ананьева, Ю.В.Евдокимов, Е.Д.Кондратьева, В.В.Емельяненко.

С именем профессора Казанского университета Ш.Т.Хабибуллина и его учениками (Н.Г.Ризванов, Р.А.Кащеев, Ю.Чиканов, Н.К.Петрова) связано построение нелинейной теории вращения Луны, так называемой теории физической либрации Луны.

Во время Великой Отечественной войны в Казань из Ленинграда и Москвы были эвакуированы ведущие ученые в области небесной механики. В эти годы акадик О.Ю.Шмидт завершил в Казани разработку своей космогонической теории возникновения Солнечной системы.

Брауэр Д., Клеменс Дж. Методы небесной механики. Москва, 1964.

Субботин М.Ф. Введение в теоретическую астрономию. Москва, 1968.

Хабибуллин Ш.Т. Нелинейная теория физической либрации Луны // Труды Казанской городской астрономической обсерватории. 1966. № 34.

Автор – Р.В.Загретдинов.