5.Гравиметрическая регистрация земных черных дыр

5.1.Кратковременные вариации производных гравитационного потенциала, продуцируемые движущимися отонами.
5.2.Определение массы отона по регистрируемым физическим величинам.
5.3.Регистрация минутных вариаций второй производной гравитационного потенциала на вариометре.
5.4.Открытие кратковременных вариаций силы тяжести на гравиметре.
5.5.Проект синхронной регистрации вариаций первой и второй производных гравитационного потенциала.
5.6.Города как техногенные индикаторы черных дыр.
5.7.Эмпирические свидетельства кратковременных локальных инверсий силы тяжести.

---

 

  5.1. Кратковременные вариации производных гравитационного потенциала, продуцируемые движущимися отонами (на верх) . Земные отоны можно регистрировать непосредственно по их гравитационному полю: они продуцируют кратковременные локальные гравитационные аномалии [ Тро7-12 ; Tro5-8] .

Пока заметим, что отоны, в принципе, такие же объекты физики, ко­торые были предсказаны в теории и открыты на Земле, как, например, промежуточные векторные бозоны ( W⁺ , W ^- , Z ⁰ ). Промежуточные вектор­ные бозоны были открыты в знаменитых экспериментах К. Руббиа, для которых специально готовилась сложная и дорогостоящая установка. Но в случае регистрации отонов ситуация аналогична той, какая была при открытии реликтового из­лучения, когда использовалась имеющаяся аппаратура. Современная гравиметрическая аппаратура [ Грав ],[ Гру1,2 ] регистрирует первые вертикальные производные гравитационного потенциала (g, гравиметры) и вторые горизонтальные производные гравитационного потенциала (W _xx , ва­риометры). Проанализируем поведение первой и второй производных грави­тационного потенциала, продуцируемых отонами.

При анализе временных вариаций первой ( g ) и вторых (W _xx , W _zz ) произ­водных гравитационного потенциала, которые вызываются отонами, движущимися вблизи земной поверхности, будем учитывать лишь две составляю­щие в движении отона. Во-первых, это свободное падение отона в гравита­ционном поле Земли (движение вдоль оси Z ). Рассматриваются вырожденные(колебательные) орбиты. Во-вторых, движение отона относительно земной поверхности (движение на Запад вдоль оси Х), возни­кающее за счет вращения Земли. Для отонов, апоцентры орбит которых находятся вблизи земной поверхности, эти упрощения вполне оправданы.

При таких упрощениях зависимость вариаций производных гравита­ционного потенциала, вызываемых отонами, от времени определится выра­жениями:

 

                              ,                                           (5.1.1.)

 

                              ,                            (5.1.2.)

 

                              ,                               (5.1.3.)

 

                             ,                       (5.1.4.)

 

X₀, У₀ - координаты апоцентра орбиты отона, М_о - масса отона, - линейная скорость движения точки земной поверхности на широте   (на широте Обнинска   == 267 мс^-1). Производные гравитационного потен­циала связаны между собой выражениями:

 

                     ,                           (5.1.5.)

 

                      ,                                                      (5.1.6.) 

 

                      ,                  (5.1.7.)

 

Координаты апоцентра орбиты отона влияют не только количественно, но и качественно на картину отонного гравиимпульса. На рис.5.1.1. показаны траектории орбит отонов, которые находятся в пределах (или вблизи) ра­диуса регистрации относительно системы координат наблюдателя, находя­щегося на земной поверхности. Уже из характера этих орбит, точнее, из осо­бенностей их расположения относительно наблюдателя видно, насколько раз­ным может быть характер отонного гравиимпульса. Кратковременное увели­чение силы тяжести, сменяющееся ее уменьшением - это самый простой случай. А могут быть и более сложные варианты, когда за короткое время возможны различные, даже противоположные вариации производных гравитационного потенциала, например: (+ g ,+ W _zz ),( -W _xx ), (- g , -W _zz ), ( +

Pис.5.1.1. На рисунке ось Z направлена по вертикали, ось X направлена вдоль широты, она является касательной к точке наблюдателя (.Х = О, Z = О), находящегося на поверхности Земли. Различные параболы означают различные траектории отонов внутри или вблизи радиуса регистрации (R_r= 100 км). Из особенностей расположения орбит отонов относительно наблюдателя выте­кает специфика вариаций гравитационного потенциала. Различному положению парабол соответствуют различные комбинации вариаций производных гравитационного потенциала, как положительные, так и отрицательные.

 

 

Чтобы в более явном виде выразить зависимость производных гравитационного потенциала от времени, рассмотрим более простой случай(X ₀ = O; Z_o = О). Это условие приводит к упрощению выражений (5.1.1.)-(5.1.7.) и дает:

 

        ,                                    (5.1.8.)

 

             ,                                     (5.1.9.)

 

        ,                                         (5.1.10.)

 

                                         ,                                      (5.1.11.)

 

                                            ,                                (5.1.12.)

 

                                     .                            (5.1.13.)

 

Зависимость от времени различна для двух случаев:

1)   t < 2 ,2) t > 2 ,. Первое условие для (5.1.8.)-(5.1.10.) дает следующие  выражения:

                             

                                    ,                                          (5.1.14.)

 

                                   ,                                       (5.1.15.)

 

                                   .                                       (5.1.16.)

 

 Выражения (5.1.14.)-(5.1.16.) говорят о том, что изменение производных гра­витационного потенциала от отона, находящегося вблизи апоцентра, опре­деляется скоростью вращения Земли. Но по прошествии, примерно, одной минуты за счет ускорения свободного падения в гравитационном поле Земли вертикальная составляющая скорости отона становится значительной. Это соответствует второмуусловию, которое в предельном случае из (5.1.8.) - (5.1.10.) дает следующие выражения:

 

                                    ,                                       (5.1.17.)

 

                                  ,                                     (5.1.18.)

 

                                  ,                                  (5.1.19.)

 

Выражения (5.1.17.)-(5.1.19.) означают, что на данном этапе изменение отон­ного гравиимпульса определяется ускорением отона в гравитационном поле Земли. Выражения (5.1.14.) - (5.1.19.) ясно говорят о том, что гравитационное прояв­ление отона носит импульсный характер. Гравитационные аномалии, вызы­ваемые отоном, быстро достигают максимума и также быстро (обратно пропорционально времени в четвертой - седьмой степени) убывают.

Из сказанного выше, выражений (5.1.8.)-(5.1.19.) следует, что для регистрации отонных гравиимпульсов необходимо снимать гравиметрические данные ежесекундно и не должно происходить усреднения по боль­шим временным интервалам. В результате такого «усреднения» отонный гравиимпульс как бы «стирается» и проявление отона не фиксируется при­бором. Затем амплитуда гравиимпульсов должна быть на порядок выше точности прибора, чтобы можно было разрешить временную структуру отонного гравиимпульса.

Отонные гравиимпульсы же имеют весьма особенную структуру: время порядка минуты; амплитуды, соответству­ющие гравитационным массам в миллионы и миллиарды тонн; временные вариации отонного гравиимпульса, соответствующие крайне быстрым пере­мещениям сверхмассивных тел.

Кроме того, можно указать еще дополнительные, характерные только для отонных гравиимпульсов особенности (смотри рис. 5.1.1.): 1)отрицательные вариации вертикальных производных гравитационого потенциала(- g , - W_zz ) , то есть должны происходить случаи инверсии силы тяжести; 2)кратковременные вариации горизонтальных производных гравитационного потенциала (+ W_xx , - W_xx ); 3)быстрая смена (в пределах нескольких минут) различного рода вариаций производных гравитационного потенциала(+ g , + W_{zz ,} - W_xx , - g , - W_{zz ,} , + W_xx , + g , + W_{zz ,} ) ; 4)синхронные с гравиимпульсами появления микропульсаций магнитного и других геофизических полей.

Таким образом, для регистрации отонов желательно проведение комплекс­ного геофизического эксперимента, в котором с высоким временным разре­шением должна проводиться регистрация геофизических полей не только гравиметрами, но и вариометрами, магнитометрами и другой геофизической аппаратурой. В любом эксперименте по регистрации отонов необходимо оценить порядок величины их массы, чему посвящен следующий раздел.

5.2. Определение массы отона по регистрируемым физическим величинам (на верх) . Имеется несколько независимых способов определения массы отона че­рез наблюдаемые физические величины, а именно, через непосредственные гравиметрические измерения производных гравитационного потенциала, продуцируемых отонами.

Если регистрируются в основнымвариации вертикальных производных гравитационного потенциала ( W_xx<< W_zz ), то использовав выражения (5.1.1.) - (5.1.4.), можно получить значенияМ_очерез наблюдаемые значения величины производных гравитационного потенциала и времени их регистра­ции ( t_k ):

 

                                ,                 (5.2.1.)

 

                              ,                  (5.2.2.)

 

Максимальные значения величин первой и второй производных грави­тационного потенциала равны соответственно: g (О), W_zz (О). При регис­трации горизонтальных отонных гравиимпульсов ( W_xx>> W_zz ), исполь­зуя (5.1.5.) - (5.1.6.), массу отона можно определить через выражение:

                         ,                    (5.2.3.)

 

W_xx(0) - максимальная величина горизонтальной производной гравитационного потенциала. Возможно определение массы отона через выражения, не содержащие в явном виде времени. Для этого необходимо одновременные измерения различных производных гравитационного потенциала и из (5.1.1.)- (5.1.4.) для массы отона имеем:

 

                        ,                   (5.2.4.)

 

При W_xx <<  W_zz

 

                                ,                                    (5.2..5.)

 

Так как современные вариометры не регистрируют непосредственно значения вертикального градиента силы тяжести ( W_xx ), то для его опреде­ления нужно использовать два синхронно работающих гравиметра, разне­сенных по высоте на h = Z . В этом случае W_zz = [ ]h^-1 . Но имея два ряда синхронно определяемых значений первой вертикальной производной гравитационного потенциала отонного гравиимпульса [ g(1) , g(2)] можно непосредственно через них определить массу отона:

 

                          ,               (5.2.6.)

 

При одновременной регистрации вторых горизонтальных производных гравитационного потенциала [ W_xx(1 ), W_xx( 2) ] вариометрами, находящи­мися на расстоянии l друг от друга, величина массы отона определится через выражение:

 

                        ,        (5.2.7.)

 

Зная параметры вариаций  производных гравитационного потенциала через выражения (5.2.1.) - (5.2.7.) можно определить массу отона, вызвавшего данную вариацию, то есть можно не только зафиксировать сам факт гравиметрический регистрации черной дыры, но определить порядок величины ее массы.

5.3. Регистрация минутных вариаций второй производной гравитационного потенциала на вариометре (на верх) . Предсказанные в рамках концепции внутриземных черных дыр минутные вариации производных гравитационного потенциала [ Тр12; Tro5] были обнаружены автором в проведенных экспериментах [ Тр14,15; Tro7,8] . Как уже отмечалось, регистрация минутных вариаций производных гравитационного потенциала - отонных гравиимпульсов  - ОГИ(смотри раздел 5.1.) означает открытие внутриземных черных дыр.

Автором был проведен эксперимент по регистрации кратковре­менных вариаций второй производной гравитационного потенциала вариометром Е-60 на Обнинской геофизической обсерватории Инсти­тута физики Земли АН СССР в июне месяце 1991 года. Прежде, чем перейти к обсуждению результатов эксперимента, отметим, что в грави­метрии вопрос о кратковременных (минутных) вариациях производных гравитационного потенциала ни в теоретическом аспекте, ни в плане экспериментальной регистрации ранее не ставился [ Грав ], [ Гру1,2 ], [ Пов1,2 ]. Поэтому необхо­димо было провести предварительный эксперимент по выявлению реакции вариометра Е-60 на кратковременные гравитационные воз­действия.

Чувствительность вариометра Е-60 позволяет на близких расстоя­ниях регистрировать гравитационную массу оператора: М_о(кг)=7,5( R₀ м)³. Гравитационная масса 60 кг регистрируется на расстояниях до 2 м, 80 кг - 2,2 м, 117 кг - 2,5 м, 200 кг - 3 м, 1 тонна - 5 м. Та­ким образом, оператор, приближаясь к вариометру на расстояния менее 2 - 2,5 м, вызывает такие изменения второй производной гра­витационного потенциала, которые регистрируются вариометром. Это обстоятельство позволило автору провести эксперимент по выявлению реакций вариометра Е-60 на кратковременные гравитационные воз­действия, результаты которого представлены в Таблица 5.3.1. Эксперимент проводился с 14 ^h 30 ^m (08. 06.1991 г.) по 5 ^h 30 ^m (09. 06. 1991 г.) по всемир­ному времени.

Имеющиеся у вариометра две регистрирующие системы (два ко­ромысла) в зависимости от расположения эталонной массы могут реа­гировать различным образом: 1) показания обеих систем вариометра могут одновременно увеличиваться или уменьшаться; 2) показания регистрирующих систем вариометра меняются в противофазе (на од­ной системе показания увеличиваются, а на другой уменьшаются или наоборот); 3) гравитационная масса может регистрироваться лишь од­ной из систем, а другая практические не реагирует. Время записи гравитационного воздействия оказывается в несколько раз больше времени самого гравитационного воздействия (Таблица 5.3.1.). Гравитацион­ные воздействия порядка секунды уже не регистрируются прибором.

 Таблица 5.3.1.

Длительность (выраженная в минутах) гравитационного воздействия эталонной массы () и длительность регистрации вариометром Е-60 () гравитаци­онного импульса от эталонной массы (М_э85 кг).

 

С 5 ^h 30 ^m (09. 06. 1991 г.) по 5 ^h 30 ^m (10. 06. 1991 г.) в Обнинской гео­физической обсерватории на вариометре Е-60 было зарегистрировано несколько минутных ва­риаций второй производной гравитационного потенциала, из которых три  имеют достаточно выраженную структуру для их идентификации с ОГИ: 1) t₀ = 08 h 14 m (09. 06. 1991 г.), = 9 ми­нут,2 минуты; 2) t₀ = 15h19m (09. 06. 1991 г.), = 7.4 ми­нут,1 минуты; 3) t₀ = 05h00m ( 10 . 06. 1991 г.), = 12.6 ми­нут,6 минуты.

Как ясно из вышеизложенного, дли­тельность зарегистрированных вариаций второй производной грави­тационного потенциала удивительным образом совпадает с предска­занными теорией ОГИ [ Тр12; Tro5] (смотри также Таблица 5.3.2). В пользу идентифика­ции с ОГИ говорит и то, что не обнаружены гравитационные импуль­сы, имеющие длительность около часа или больше, то есть такую дли­тельность, которая бы явно противоречила теории ОГИ.

Таблица 5.3.2.

Длительность (выраженная в секундах) вариаций второй производной гравита­ционного потенциала , за которое амплитуда отонного гравиимпульса (ОГИ) уменьшается в k раз для различных значений координаты апоцентра орбиты отона.. При соответствующих значениях k   является примерно равной .

Различные оценки массы отонов(смотри раздел 5.2.) и Таблицы 5.3.1. - 5.3.2. дают величины порядка 10¹⁷г и больше, то есть объекты, вызвавшие зарегистрированные в эксперименте минутные вариации второй производной гравитационного потенциала, скорей всего, представляют собой отоны.

5.4.Открытие кратковременных вариаций силы тяжести на гравиметре (на верх) . Для подтверждения регистрации ОГИ целесообразно было проведе­ние экспериментов по регистрации кратковременных вариаций первой про­изводной гравитационного потенциала (ППГП). Автором 29 октября 1991 года в Институте геологии и разработки горючих ископаемых (ИГИРГИ, г. Москва) был проведен эксперимент по регистрации вариаций ППГП.

В эксперименте были использованы два независимых гравиметра типа Scintrex CG-3 (Autograv - Automatic Gravity Meter). Эти два независимых грави­метра находились в одном подвальном помещении. Значения ППГП реги­стрировались каждую минуту. Двумя гравиметрами были зарегистрированы три синхронные вариации ППГП,имеющие весьма значительные амплитуды  и множество ППГП с малыми амплитудами (Рис. 5.4.1.).

Объяснить эти вариации ППГП приборной ошибкой затруднительно, так как гравитационные импульсы  синхронно регистрировались двумя независимыми гравиметрами. Но так как приборы находились в одной комнате, то эти резкие синхронные изменения показаний гравиметров можно объяснить локальными техногенными причинами, имеющими механическую, электрическую или иную природу. Для того, чтобы исключить подобные локальные воздействия на результаты эксперимента, необходимо разнести гравиметры достаточно да­леко друг от друга.

 

Рис.5.4.1.

Имеется также множество вариаций ППГП с малыми амплитудами (по­рядка 0,05 мГал), которые коррелируют между собой (Рис.5.4.1.). Эти корре­ляции (например, «а» и «б»), по-видимому, не являются случайными, а вариа­ции ППГП имеют общую гравитационную природу. Параметры вариаций ППГП, синхронно зарегистрированных двумя гра­виметрами, соответствуют теории отонных гравитационных импульсов.

5.5.Проект синхронной регистрации кратковременных вариаций первой и второй производных гравитационного потенциала (на верх) . Долгосрочной целью исследований является регистрация земных малых черных дыр, имеющих различные массы и области локализации в Земле. Проведенные эксперименты по регистрации вариаций производных гравитационного потенциала имеют следующие недостатки: ограниченность времени записи гравиметрических данных, недостаточная степень временного разрешения, слишком близкое расположение друг к другу гравиметрических регистрирующих систем, отсутствие сейсмического контроля.

Следующий эксперимент планируется провести с использованием как минимум трех независимых регистрирующих систем(например, две системы вариометра Е-60 и приливорегистрирующий гравиметр). Будет обеспечен сейсмический контроль эксперимента. Временное разрешение гравитационных сигналов ожидается порядка 1 сек., длительность регистрации - 10⁶ сек. Для повышения чистоты эксперимента и контроля за другими геофизическими полями планируется использовать магнитометр, наклонометр, датчик плотности воздуха и другое.

Заметим, что вариации производных гравитационного потенциала в области малых амплитуд от удаленных отонов ставят предел на точность гравиметрических измерений и на точность определения гравитационной постоянной. Другими словами, гравитационное поле Земли постоянно «дрожит», отонные вариации гравитационного поля создают неустранимый «гравитационный шум».

За счет синхронной регистрации первой и второй производных гравитационного потенциала в данном эксперименте возможно повысить точность определения спектра масс на два порядка. Еще более радикальный проект регистрации земных отонов призван использовать воздействие земных отонов на техносферу, в частности, на города.

5.6. Города как техногенные индикаторы земных черных дыр (на верх) . Альтернативный подход к регистрации земных МЧД заключается в установлении гравиметрической аппаратуры в городах, а не вдали от них. Дело в том, что появляясь вблизи земной поверхности черные дыры могут оказывать значительные воздействия на ближайшие объекты, но в отдаленных безлюдных областях нет свидетелей чернодырочных проявлений. В городах ситуация радикально иная.

Плотность населения в городах в тысячу раз больше средней плотности населения Земли, а это значит, что только тысячная часть земной поверхности имеет наблюдателей кратковременных отонных проявлений. Другими словами, на одну наблюдаемую черную дыру приходится более тысячи ненаблюдаемых. В городе у черной дыры имеются в тысяч раз большие шансы быть замеченной, чем в произвольной области земной поверхности.

 И это еще не все. Если вырванное черной дырой дерево вряд ли обратит на себя особое внимание людей, то разрушение многоэтажного здания (вероятность попадания в него пропорциональна кубу линейного размера) в городе не может остаться незамеченным. Кроме непосредственных свидетелей подобных событий о нем могут узнать как жители города, так и через средства массовой информации жители планеты. Если бы гравиметры и вариометры зарегистрировали синхронно ОГИ, то гравитационная природа разрушения здания нашла бы свое научное обоснование. Итак, вся техногенная среда и застройка города могут служить независимыми свидетельствами проявлений черных дыр.

Но самое интересное заключается в том, что вариации  гравитационного потенциала бывают настолько значительными, что, зачастую, происходит инверсия силы тяжести. Кратковременные, локальные инверсии силы тяжести уже неоднократно наблюдались и имеются многочисленные свидетельства подобных феноменов, хотя до сих пор не было адекватной интерпретации этих фактов.

5.7.Эмпирические свидетельства кратковременных локальных инверсий силы тяжести (на верх) . Можно фиксировать вариации производных гравитационного потенциала путем непосредственного наблюдения кратковременных локальных инверсий силы тяжести, которые носят импульсный характер(смотри раздел 5.1.). Это своеобразные гравитационные толчки, направленные против земного притяжения. Далее  отметим некоторые феномены, которые свидетельствуют о заметной величине отонных гравитационных импульсов.

Смерчи проявляют себя как  антигравитационные вихри, которые, действуя вопреки силе тяжести, поднимают вверх различные предметы, животных и людей [ Хелм ],[ Ката ] . Падение с неба различных объектов(глыб льда, мертвых людей, камней, металлических вещей и других) [ ХХв1 ] и странные «дожди» [ Лаза ] , состоящие из рыб, лягушек, зерна, монет и прочего, говорят о том, что эти предметы были в свое время подняты высоко в небо вопреки силе тяжести Земли. Причем доступна наблюдению лишь малая часть подобных явлений.

При грави-тектонических разрушениях зданий имеются многочисленные проявления инверсии силы тяжести вплоть до свидетельств о том, что сами здания приподнимались и зависали на мгновение в воздухе [ Барк ] . Наиболее ярким феноменом такого рода было событие в городке Сасово Рязанской области, произошедшее 12 апреля 1991 года. В результате сасовского события образовалась воронка диаметром 28 метров и глубиной до 4 метров, а большая часть грунта с этого места бесследно исчезла [ Чер3 ] .  Со слов очевидцев, во время Спитакского землетрясения  вверх подни­мались целые слои земли, дома, люди, ав­тобусы. При Зайсанском землетрясении тысячи тонн воды поднялись из озера [ Барк ] .

Подобные свидетельства можно продолжить, но им присущи общие недостатки - невысокая степень достоверности свидетельств людей, находящихся в экстремальной ситуации, и невозможность воспроизведения подобных явлений. В этом отношении выгодно отличаются эксперименты на гравиметрической аппаратуре. Поэтому комплексный эксперимент в мегаполисах  мог бы соединить достоинства этих двух подходов.

Для повышения достоверности регистрации отонов было бы полезным использование и других свойств земных черных дыр. В этом отношении важным является излучение микро-черных дыр, о котором пойдет речь в следующей главе.

Трофименко А. П. © 2003