Astronet > Forumy > Obsuzhdenie publikacii Astroneta

po tekstam po forumu vnutri temy

args[0]=message
args[1]=DB::DB::Message=HASH(0x477d210)
Re: Chernaya dyra
7.09.2013 20:12 | A.P. Vasi

Na skol'ko ya pomnyu na membrane schitali
popravki dlya zhps po relyativistskim formulam,
tak ona okazalas' dlinnoi v odnu chetvertuyu dlinny
antenny, soshlis' na tom chto esli takovaya i est'
to ona i darom ne nuzhna.

---------------------------

http://www.tracker.co.ua/gps_work.html

\\\ Kak rabotaet GPS
Sistema Global'nogo Pozicionirovaniya (GPS ili Global Positioning System) yavlyaetsya sputnikovoi i rabotaet pod upravleniem Ministerstva Oborony SShA. Sistema yavlyaetsya global'noi, vsepogodnoi i obespechivaet vozmozhnost' polucheniya tochnyh koordinat i vremeni 24 chasa v sutki.

Osnovy sistemy GPS mozhno razbit' na pyat' osnovnyh podpunktov:
Sputnikovaya trilateraciya osnova sistemy
Sputnikovaya dal'nometriya izmerenie rasstoyanii do sputnikov
Tochnaya vremennaya privyazka zachem nuzhno soglasovyvat' chasy v priemnike i na sputnike i dlya chego trebuetsya 4-i kosmicheskii apparat
Raspolozhenie sputnikov opredelenie tochnogo polozheniya sputnikov v kosmose
Korrekciya oshibok uchet oshibok vnosimyh zaderzhkami v troposfere i ionosfere

1.1.1 Sputnikovaya trilateraciya

Tochnye koordinaty mogut byt' vychisleny dlya mesta na poverhnosti Zemli po izmereniyam rasstoyanii ot gruppy sputnikov (esli ih polozhenie v kosmose izvestno). V etom sluchae sputniki yavlyayutsya punktami s izvestnymi koordinatami. Predpolozhim, chto rasstoyanie ot odnogo sputnika izvestno i my mozhem opisat' sferu zadannogo radiusa vokrug nego.

Esli my znaem takzhe rasstoyanie i do vtorogo sputnika, to opredelyaemoe mestopolozhenie budet raspolozheno gde-to v kruge, zadavaemom peresecheniem dvuh sfer.

Tretii sputnik opredelyaet dve tochki na okruzhnosti.

Teper' ostaetsya tol'ko vybrat' pravil'nuyu tochku. Odnako odna iz tochek vsegda mozhet byt' otbroshena, tak kak ona imeet vysokuyu skorost' peremesheniya ili nahoditsya na ili pod poverhnost'yu Zemli. Takim obrazom, znaya rasstoyanie do treh sputnikov, mozhno vychislit' koordinaty opredelyaemoi tochki.

1.1.2 Sputnikovaya dal'nometriya

Rasstoyanie do sputnikov opredelyaetsya po izmereniyam vremeni prohozhdeniya radiosignala ot kosmicheskogo apparata do priemnika umnozhennym na skorost' sveta. Dlya togo, chtoby opredelit' vremya rasprostraneniya signala nam neobhodimo znat' kogda on pokinul sputnik.

Dlya etogo na sputnike i v priemnike odnovremenno generiruetsya odinakovyi Psevdosluchainyi Kod*

* - Kazhdyi sputnik GPS peredaet dva radiosignala: na chastote L1=1575.42 MGc i L2=1227.60 MGc. Signal L1 imeet dva dal'nomernyh koda s psevdosluchainym shumom (PRN), P-kod i C/A kod. Tochnyi ili P-kod mozhet byt' zashifrovan dlya voennyh celei. Grubyi ili C/A kod ne zashifrovan. Signal L2 moduliruetsya tol'ko s P-kodom. Bol'shinstvo grazhdanskih pol'zovatelei ispol'zuyut C/A kod pri rabote s GPS sistemami. Nekotorye priemniki Trimble geodezicheskogo klassa rabotayut s P-kodom.

Priemnik proveryaet vhodyashii signal so sputnika i opredelyaet kogda on generiroval takoi zhe kod. Poluchennaya raznica, umnozhennaya na skorost' sveta (~ 300000 km/s) daet iskomoe rasstoyanie.

Ispol'zovanie koda pozvolyaet priemniku opredelit' vremennuyu zaderzhku v lyuboe vremya. Krome togo, sputniki mogut izluchat' signal na odnoi i toi zhe chastote, tak kak kazhdyi sputnik identificiruetsya po svoemu Psevdosluchainomu kodu (PRN ili PseudoRandom Number code).

1.1.3 Tochnaya vremennaya privyazka

Kak vidno iz skazannogo vyshe, vychisleniya napryamuyu zavisyat ot tochnosti hoda chasov. Kod dolzhen generirovat'sya na sputnike i priemnike v odno i to zhe vremya. Na sputnikah ustanovleny atomnye chasy imeyushie tochnost' okolo odnoi nanosekundy. Odnako eto slishkom dorogo, chtoby ustanavlivat' takie chasy v kazhdyi GPS priemnik, poetomu izmereniya ot chetvertogo sputnika ispol'zuyutsya dlya ustraneniya oshibok hoda chasov priemnika.

Eti izmereniya mozhno ispol'zovat' dlya ustraneniya oshibok, kotorye voznikayut esli chasy na sputnike i v priemnike ne sinhronizirovany. Dlya naglyadnosti, illyustracii privedennye nizhe rassmatrivayut situaciyu na ploskosti, tak kak tol'ko tri sputnika neobhodimo dlya vychisleniya mestopolozheniya ob'ekta.

Esli chasy na sputnike i v priemnike imeyut odinakovuyu tochnost' hoda, to tochnoe mestopolozhenie mozhet byt' naideno po izmereniyam rasstoyaniya do dvuh sputnikov.

Esli polucheny izmereniya s treh sputnikov i vse chasy tochnye, to krug opisannyi radius-vektorom ot tret'ego sputnika budet peresekat'sya kak pokazano na risunke.

Odnako, esli chasy v priemnike speshat na 1 sekundu, to kartina budet vyglyadet' sleduyushim obrazom.

Esli sdelat' zamer do tret'ego sputnika, to poluchennyi radius-vektor ne peresechetsya s dvumya drugimi kak pokazano na risunke.

Kogda GPS priemnik poluchaet seriyu izmerenii kotorye ne peresekayutsya v odnoi tochke, to komp'yuter v priemnike nachinaet vychitat' (ili dobavlyat') vremya metodom posledovatel'nyh iteracii do teh por, poka ne svedet vse izmereniya k odnoi tochke. Posle etogo vychislyaetsya popravka i delaetsya sootvetstvuyushee uravnivanie.

Esli vam trebuetsya tret'e izmerenie, to neobhodim chetvertyi sputnik dlya ustraneniya oshibok hoda chasov v priemnike. Takim obrazom, pri rabote v pole vam neobhodimo imet' minimum chetyre sputnika, chtoby opredelit' trehmernye koordinaty ob'ekta.

1.1.4 Raspolozhenie sputnikov

Sistema NAVSTAR imeet 24 rabochih sputnika s orbital'nym periodom v 12 chasov na vysote primerno 20200 km ot poverhnosti Zemli. V shesti razlichnyh ploskostyah imeyushih naklon k ekvatoru v 55 , raspolozheno po 4 sputnika. Ukazannaya vysota neobhodima dlya obespecheniya stabil'nosti orbital'nogo dvizheniya sputnikov i umen'sheniya faktora vliyaniya soprotivleniya atmosfery.

Ministerstvo Oborony SShA (DoD) osushestvlyaet nepreryvnoe slezhenie za sputnikami. Na kazhdom sputnike raspolozheno neskol'ko vysokotochnyh atomnyh chasov i oni nepreryvno peredayut radiosignaly s sobstvennym unikal'nym identifikacionnym kodom*. MO SShA imeet 4 stancii slezheniya za sputnikami, tri stancii svyazi i centr osushestvlyayushii kontrol' i upravlenie za vsem nazemnym segmentom sistemy. Stancii slezheniya nepreryvno otslezhivayut sputniki i peredayut dannye v centr upravleniya. V centre upravleniya vychislyayutsya utochnennye elementy

sputnikovyh orbit i koefficienty popravok sputnikovyh shkal vremeni, posle chego eti dannye peredayutsya po kanalam stancii svyazi na sputniki po krainei mere odin raz v sutki.

1.1.5 Korrekciya oshibok

Nekotorye istochniki oshibok voznikayushih pri rabote GPS yavlyayutsya trudnoustranimymi. Vychisleniya predpolagayut, chto signal rasprostranyaetsya s nepreryvnoi skorost'yu, kotoraya ravna skorosti sveta. Odnako v real'nosti vse gorazdo slozhnee. Skorost' sveta yavlyaetsya konstantoi tol'ko v vakuume. Kogda signal prohodit cherez ionosferu (sloi zaryazhennyh chastic na vysote 130-290 km) i troposferu, ego skorost' rasprostraneniya umen'shaetsya, chto privodit k oshibkam v izmereniya dal'nosti. V sovremennyh GPS priemnikah ispol'zuyut vsevozmozhnye algoritmy ustraneniya etih zaderzhek.

Inogda voznikayut oshibki v hode atomnyh chasov i orbitah sputnikov, no oni obychno neznachitel'ny i tshatel'no otslezhivayutsya so stancii slezheniya.

Mnogoluchevaya interferenciya takzhe vnosit oshibki v opredelenie mestopolozheniya s pomosh'yu GPS. Eto proishodit, kogda signal otrazhaetsya ot ob'ektov raspolozhennyh na zemnoi poverhnosti, chto sozdaet zametnuyu interferenciyu s signalami prihodyashimi neposredstvenno so sputnikov. Special'naya tehnika obrabotki signala i produmannaya konstrukciya antenn pozvolyaet svesti k minimumu etot istochnik oshibok.

Ran'she sushestvoval eshe odin istochnik oshibok eto Izbiratel'nyi Dostup (Selective Availability ili S/A), iskusstvennoe snizhenie tochnosti sputnikovogo signala vvodimoe MO SShA. Eto privodilo k tomu, chto tochnost' poluchennyh koordinat s pomosh'yu GPS snizhalas' do 100 metrov. Odnako 1 maya 2000 goda po resheniyu prezidenta SShA "Izbiratel'nyi Dostup" byl otklyuchen. Krome togo, S/A mozhno isklyuchit', primenyaya tehniku differencial'noi korrekcii (sm. dalee).

Po motivam stat'i na www.gpsru.com\\\

--------------------------------

[Citirovat'][Otvetit'][Novoe soobshenie]

Forumy >> Obsuzhdenie publikacii Astroneta

Spisok / Derevo
Zagolovki / Annotacii / Tekst

Chernaya dyra (I. D. Novikov, "Fizika Kosmosa", 1986, 26.03.2003 20:16, 22.4 KBait, otvetov: 659)
1. Vvedenie
2. Pole tyagoteniya nevrashayusheisya chernoi dyry
3. Pole tyagoteniya vrashayusheisya chernoi dyry
4. Fizicheskie processy v pole tyagoteniya chernoi dyry

1. Vvedenie

Chernaya dyra - oblast' prostranstva, v k-roi pole tyagoteniya nastol'ko sil'no, chto vtoraya kosmich. skorost' (parabolicheskaya skorost') dlya nahodyashihsya v etoi oblasti tel dolzhna byla by prevyshat' skorost' sveta, t.e. iz Ch.d. nichto ne mozhet vyletet' - ni izluchenie, ni chasticy, ibo v prirode nichto ne mozhet dvigat'sya so skorost'yu, bol'shei skorosti sveta. Granicu oblasti, za k-ruyu ne vyhodit svet, naz. gorizontom Ch.d. Dlya togo chtoby pole tyagoteniya smoglo "zaperet'" izluchenie, sozdayushee eto pole massa ${\mathfrak M}$ dolzhna szhat'sya do ob'ema s radiusom, men'shim gravitacionnogo radiusa $r_g=2G{\mathfrak M}/c^2$ . Gravitac. radius chrezvychaino mal dazhe dlya bol'shih mass (napr., dlya Solnca, imeyushego massu $2\cdot 10^{33}$ g, $r_g\approx$ 3 km).
Pole tyagoteniya Ch.d. opisyvaetsya teoriei tyagoteniya Einshteina (sm. Tyagotenie). Soglasno etoi teorii, vblizi Ch.d. geometrich. sv-va prostranstva opisyvayutsya neevklidovoi (rimanovoi) geometriei, a vremya techet medlennee, chem vdali, vne sil'nogo polya tyagoteniya.
Po sovr. predstavleniyam, massivnye zvezdy (s massoi v nesk. ${\mathfrak M}_\odot$ i bol'she), zakanchivaya svoyu evolyuciyu, mogut v konce koncov szhat'sya (skollapsirovat') i prevratit'sya v Ch.d. (sm. Evolyuciya zvezd, Gravitacionnyi kollaps).
Esli Ch.d. voznikaet pri szhatii nevrashayushegosya nezaryazhennogo tela, to ee vnesh. pole tyagoteniya okazyvaetsya strogo sfericheskim i zavisyashim tol'ko ot polnoi massy tela ${\mathfrak M}$ . Vse otkloneniya ot sferichnosti v graivtac. pole pri obrazovanii Ch.d. izluchayutsya v vide gravitac. voln (sm. Gravitacionnoe izluchenie). Ostavsheesya pole ne zavisit ot raspredeleniya massy vnutri szhavshegosya tela. T.o., hotya vnutri Ch.d. mozhet byt' "spryatano" ochen' nesimmetrichno szhimayusheesya telo, vnesh. pole tyagoteniya budet strogo sfericheski-simmetrichnym (t.n. pole Shvarcshil'da).
Pri obrazovanii Ch.d. izluchayutsya takzhe vse fiz. polya, krome staticheskogo elektricheskogo polya (esli kollapsiruyushee telo bylo elektricheski zaryazhennym).
Esli telo, obrazovavshee Ch.d., vrashalos', to vokrug Ch.d. sohranyaetsya "vihrevoe" gravitac. pole, uvlekayushee vse tela vblizi Ch.d. vo vrashatel'noe dvizhenie vokrug nee. Eto pole opredelyaetsya pomimo massy Ch.d. tol'ko ee polnym momentom impul'sa. Pole tyagoteniya vrashayusheisya Ch.d. naz. polem Kerra.

2. Pole tyagoteniya nevrashayusheisya chernoi dyry

Dvizhenie tel v pole tyagoteniya Shvarcshil'da obladaet ryadom osobennostei. V teorii N'yutona dvizhenie po okruzhnosti vokrug tyagoteyushego centra vozmozhno na lyubom rasstoyanii R ot nego. V teorii Einshteina eto ne tak. Chem blizhe k Ch.d., tem bol'she skorost' krugovogo dvizheniya. Na okruzhnosti s R=1,5 r_g skorost' dvizheniya dostigaet svetovoi. Blizhe k Ch.d. dvizhenie po okruzhnosti, ochevidno, voobshe nevozmozhno. V deistvitel'nosti zhe dvizhenie po okruzhnosti stanovitsya neustoichivym na znachitel'no bol'shih rasstoyaniyah, a imenno: nachinaya s R=3 r_g, kogda skorost' dvizheniya sostavlyaet vsego polovinu svetovoi. Tol'ko na rasstoyaniyah, prevyshayushih 3r_g, vozmozhno ustoichivoe krugovoe dvizhenie. Na predele ustoichivosti krugovyh orbit energiya svyazi chasticy $\Delta\varepsilon=0,06 mc^2$ , gde m - massa chasticy.
Osobyi interes predstavlyaet vozmozhnost' gravitac. zahvata chernoi dyroi tel, priletayushih iz beskonechnosti k tyagoteyushei masse, opisyvaet okolo nee parabolu ili giperbolu i (esli ne ispytyvaet soudareniya s tyagoteyushei massoi) snova uletaet v beskonechnost'. Gravitac. zahvat v etoi zadache nevozmozhen.

Ris. 1.

Inache obstoit delo v pole tyagoteniya Ch.d. Konechno, esli telo dvizhetsya na bol'shih rasstoyaniyah ot Ch.d. (R>r_g), gde pole tyagoteniya uzhe slabo i spravedliva s bol'shoi tochnost'yu teoriya N'yutona, to traektoriya dvizheniya pochti tochno sovpadaet s paraboloi ili giperboloi. V dostatochnoi blizosti ot Ch.d. traektoriya rezko otlichaetsya ot n'yutonovskoi. Tak, esli skorost' tela vdali ot Ch.d. mnogo men'shn svetovoi i traektoriya ego dvizheniya podhodit blizko k okruzhnosti s R=2 r_g, to telo sovershit mnogo oborotov vokrug Ch.d., prezhde chem snova uletit v kosmos (ris. 1, a).
Nakonec, esli telo podoidet vplotnuyu k ukazannoi okruzhnosti, to ego orbita budet neogranichenno navivats'ya na okruzhnost'. Telo okazhetsya gravitacionno zahvachennym Ch.d. i nikogda snova ne uletit v kosmos (ris. 1, b). Esli zhe telo podletit eshe blizhe k Ch.d., to posle nesk. oborotov ili dazhe ne uspev sdelat' ni odnogo oborota, ono upadet v Ch.d.

Ris. 2.

V pole tyagoteniya Ch.d. vyrazhenie dlya parabolicheskoi skorosti zapisyvaetsya formal'no tak zhe, kak i v teorii N'yutona. Odnako neobhodimo sdelat' sleduyushee utochnenie. Kogda telo dvizhetsya pryamo po radisu k Ch.d., to kakuyu by skorost' telo ne imelo, v t.ch. i bol'she parabolicheskoi, ono upadet v Ch.d. Bolee togo, esli telo dvizhetsya hotya i ne pryamo po radiusu k Ch.d., no traektoriya ego dostatochno blizka k Ch.d., to ono tozhe budet zahvacheno Ch.d. Sledovatel'no, dlya togo chtoby vyrvat'sya iz okrestnostei Ch.d., malo imet' skorost', prevyshayushuyu parabolicheskuyu, nado eshe, chtoby ugol $\varphi$ mezhdu napravleniem etoi skorosti i napravleniem na Ch.d. prevyshal nek-roe kritich. znachenie $\varphi_K$ . Pri $\varphi\le\varphi_K$ telo okazhetsya zahvachennym Ch.d., pri $\varphi>\varphi_K$ (i uslovii, chto skorost' bol'she ili ravna parabolicheskoi) telo uletit ot Ch.d. Znachenie $\varphi_K$ zavisit ot rasstoyaniya do Ch.d. Na ris. 2 chernym cvetom zakrashen konus zahvata: esli vektor parabolicheskoi skorosti raspolagaetsya v etom konuse, to telo budet zahvacheno Ch.d.

Ris. 3.

Pole tyagoteniya Ch.d. iskrivlyaet traektorii luchei sveta (i voobshe lyubyh ul'trarelyativistskih chastic, k-rye dvizhutsya prakticheski po tem zhe traektoriyam, chto i fotony). Chem blizhe k Ch.d. traektorii, tem sil'nee oni iskrivleny. Na ris. 3, a privedeny traektorii luchei sveta, ispushennyh na raznyh rasstoyaniyah ot Ch.d. perpendikulyarno k radial'nomu napravleniyu. Dlya luchei sushestvuet kritich. okruzhnost' s R=1,5 r_g. Po etoi okruzhnosti mozhet dvigat'sya foton, uderzhivaemyi tyagoteniem Ch.d. Odnako eto dvizhenie neustoichivo. Pri maleishem vozmushenii foton libo popadaet v Ch.d., libo uletaet v kosmos.
Nalichie kritich. okruzhnosti vedet k tomu, chto vse luchi s pricel'nym parametrom na beskonechnosti $l\le l_{zahv}={3\sqrt{3}\over 2} r_g$ gravitacionno zahvatyvayutsya (ris. 3, b).

3. Pole tyagoteniya vrashayusheisya chernoi dyry

Okolo vrashayusheisya Ch.d., kak uzhe bylo skazano, dolzhno sushestvovat' "vihrevoe" gravitac. pole. Vdali ot Ch.d. ono ochen' slabo, a vblizi vozrastaet nastol'ko, chto vedet k kachestvenno novym effektam.
Tak, v okrestnosti vrashayusheisya Ch.d. voznikaet oblast', v k-roi vse tela i fotony uvlekatsya v dvizhenie vokurg Ch.d. Vnesh. granica etoi oblasti naz. predelom statichnosti. Odnako vnutri predela statichnosti tela i fotony sovsem ne obyazatel'no dolzhny padat' k centru, oni mogut i priblizhat'sya k Ch.d. i udalyat'sya ot nee, mogut vyhodit' za predel statichnosti. T.o., predel statichnosti ne yavl. granicei Ch.d., ee gorizontom, iz-pod k-rogo nel'zya vyiti. Lineinye razmery predela statichnosti po poryadku velichiny ravny r_g. Gorizont Ch.d. raspolozhen glubzhe, pod predelom statichnosti. Prostranstvo mezhdu gorizontom i predelom statichnosti naz. ergosferoi (ris. 4). Predel statichnosti kasaetsya gorizonta v polyusah vrashayusheisya Ch.d.
Pri padenii tela na vrashayushuyusya Ch.d. ono snachala otklonyaetsya v svoem dvizhenii v storonu vrasheniya Ch.d., peresekaet granicu ergosfery i postepenno priblizhaetsya k gorizontu. Dlya vnesh. nablyudatelya svet, ispuskaemyi padayushim telom, stanovitsya vse bolee krasnym i menee intensivnym, zatem polnost'yu zatuhaet: telo, uidya pod gorizont, stanovitsya nevidimym dlya vnesh. nablyudatelya. Na gorizonte vse tela imeyut odnu tu zhe uglovuyu skorost' obrasheniya, v kakoe by mesto gorizonta ni popadalo padayushee telo.
Obshaya dlya vseh padayushih tel uglovaya skorost' $\Omega$ na gorizonte Ch.d. i est' skorost' ee vrasheniya:

1. Vvedenie 2. Pole tyagoteniya nevrashayusheisya chernoi dyry 3. Pole tyagoteniya vrashayusheisya chernoi dyry 4. Fizicheskie processy v pole tyagoteniya chernoi dyry

1. Vvedenie

2. Pole tyagoteniya nevrashayusheisya chernoi dyry

3. Pole tyagoteniya vrashayusheisya chernoi dyry

1. Vvedenie
2. Pole tyagoteniya nevrashayusheisya chernoi dyry
3. Pole tyagoteniya vrashayusheisya chernoi dyry
4. Fizicheskie processy v pole tyagoteniya chernoi dyry