Текст книги "Занимательно об астрономии"

Автор книги: Анатолий Томилин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 19 страниц)

3. И наконец, вокруг…

«Внимание, говорит Москва! Работают все радиостанции Советского Союза! Сегодня, 3 ноября 1957 года, в Советском Союзе успешно осуществлен запуск второго искусственного спутника…»

Безостановочным потоком идет на приемные пункты информация. Сообщения, зашифрованные короткими радиосигналами, обрабатываются электронными вычислительными машинами. Но машины только переводчики. Объяснить они ничего не могут. Вот, например, приборы спутников упорно утверждают, что в безвоздушном пространстве обнаружено сильное рентгеновское излучение. Откуда оно взялось? Обычно оно возникает при столкновении космических лучей с атомами и молекулами воздуха. Но орбита спутника проходит вне атмосферы.

И ломают головы ученые, пытаясь представить себе запутанное строение электромагнитных полей, окружающих Землю. Второй советский спутник просуществовал до 15 апреля 1958 года. В назначенный час, верный законам небесной механики, он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел во славу науки со всем своим 508,3-килограммовым оборудованием.

А 26 марта того же года с полигона мыса Канаверал – Флорида (ныне мыс Кеннеди, названный в честь горячо любимого и застреленного из снайперской винтовки президента) стартовала межконтинентальная ракета «Юпитер-С». (Пока писалась эта книжка, в «свободной» стране Америке какой-то сукин сын застрелил и брата бывшего президента – сенатора Роберта Кеннеди. У него были самые высокие шансы на победу на предстоящих президентских выборах. И хотя имя убитого сенатора к астрономии непосредственного отношения не имеет, автор не может удержаться, чтобы не воскликнуть: «Фу, Америка, ну ты и даешь!») Ракета «Юпитер» приспособлена для вывода на околоземную орбиту искусственных спутников. С орбиты: перигей – 195, апогей – 2810 километров – затрещал «Эксплорер-III» – третий спутник Соединенных Штатов Америки.

Профессора Ван-Аллена интересовала проблема: откуда появляются над полярными областями планеты медленные «некосмические» электроны? И он добился разрешения поставить на спутник свои приборы. Еще не прошло и десяти дней, как в океан свалился такой же «Юпитер-С» с «Эксплорером-II» на борту. А тут как будто все в порядке. 14,2 килограмма оборудования на орбите. Счетчики Ван-Аллена, по примеру советских приборов, тоже начали исправно считать частицы там, где в общем-то им быть и не положено. Орбита «Эксплорера» была более вытянутой, и, как только спутник удалился от Земли на тысячу километров, счетчик замолк. «Что это? – встревожился Джемс Ван-Аллен. – Отказ аппаратуры?» Но вот, описав дугу, спутник начинает снова приближаться к Земле. Еще раз перейден тысячекилометровый рубеж, и как ни в чем не бывало прибор начинает опять отщелкивать пойманные космические частицы. Чудеса! Но в XX веке чудеса остались только в научно-фантастических романах, написанных бывшими физиками. Ван-Аллен романов пока не писал. Он стал думать. Может ли быть, чтобы в тысяче километров от Земли вдруг пропадало космическое излучение? Вряд ли. Уж если оно есть, так почему бы ему исчезнуть? И американский физик пошел, как говорят, «от обратного». Он поместил такой же точно счетчик, какой трудился на борту «Эксплорера», в поток радиоактивного излучения, в тысячу раз сильнее того, какой могут вызвать космические лучи. И счетчик умолк! Замолчал!!! Ура!..

Еще несколько экспериментов – и гипотеза готова. Надо отдать должное оперативности американцев. 26 марта спутник вышел на орбиту, а уже 1 мая Ван-Аллен представил доклад по результатам исследований. В докладе физик высказал предположение о существовании вокруг Земли зоны радиации высокой интенсивности.

15 мая того же года в космос ушла новая советская ракета. Мир ахнул! «Русские умудрились отправить на орбиту 1327 килограммов оборудования – целую лабораторию!!!» На такую «бандуру» можно было поставить не один ван-алленовский счетчик. И вот результат: на пятой ассамблее МГГ советские ученые не только подтвердили существование внутреннего радиационного пояса, открытого Ван-Алленом, но и сообщили об открытии второго – внешнего – пояса радиации. Обе зоны отличаются друг от друга, хотя провести между ними резкую границу трудно. Внутренняя зона состоит в основном из частиц небольших энергий, а во внешней преобладают частицы с энергиями в несколько сотен тысяч электрон-вольт. Обе зоны радиации, безусловно, представляют большую опасность для космонавтов, заставляют проектировать орбиты взлета и возвращения через околополярные области, где радиационных зон нет.

Но почему именно вокруг Земли обнаружены эти зоны? Ведь, судя по данным автоматических межпланетных станций, их не нашли ни возле Луны, ни у Марса, ни у Венеры… Существует точка зрения, что причиной тому магнитное поле нашей планеты. Заряженные частицы, летящие в космическом пространстве, попадают в сферу влияния магнитного поля Земли, искривляют свои траектории и начинают двигаться вдоль магнитных силовых линий, словно накручиваясь на них. С приближением к магнитному полюсу скорость их движения падает, а направление поступательного движения меняется на противоположное. Частицы начинают разгоняться вдоль магнитной силовой линии в обратном направлении, достигая максимальной скорости на экваторе. Дальше процесс повторяется. Частицы как бы попадают в «магнитную ловушку».

Возле Луны зоны радиации не обнаружено, – следовательно, можно было предположить, что нет у нее и магнитного поля. Это предположение нашло свое подтверждение при последующих запусках автоматических советских станций «Луна». Но значит ли это, что магнитное поле есть особенность только нашей планеты, особенность Земли? Ни в коем случае. По последним астрономическим данным, магнитным полем обладает и быстро вращающийся вокруг своей оси Юпитер. Заметное магнитное поле есть у Солнца. А движение межзвездных волокнообразных туманностей, по мнению академика Г. А. Шайна, никак нельзя объяснить без привлечения магнитных сил. Не исключено, что даже спиралеобразная форма галактик – результат взаимодействия магнитных полей.

Но вернемся на Землю. О причинах возникновения земного магнетизма до сих пор спорят. Часть ученых считает, что, поскольку внутренняя зона Земли ведет себя как жидкое тело, в нем появляются мощные электрические токи, которые и порождают магнитное поле Земли. Их противники убеждены, что главная причина в магнетизме горных пород и коры планеты. Впрочем, существует мнение, будто Земля намагнитилась от внешних космических магнитных полей.

Гипотез много. Но одну из них хотелось бы рассмотреть поподробнее.

Вы, наверное, заметили, что когда мы говорим о магнитном поле, то непременно, хотя бы скрытно, упоминаем о движении? Смотрите: быстро вращающийся Юпитер – магнитное поле. Солнце (а кто не знает, что наше светило, как и большинство звезд, весьма резво кружится вокруг своей оси) – и снова магнитное поле. Движущиеся струи межзвездного газа – поле. Электроны и ионы – поле. Выходит, стоит поставить такой вопрос: нельзя ли считать магнитное поле вообще одним из неизбежных проявлений движущейся материи?

Эта интересная мысль принадлежит англичанину Шустеру. Наш ученый и блестящий экспериментатор Петр Николаевич Лебедев попытался проверить ее на опыте. Он заставил кольцо диаметром в 6 сантиметров делать 35 тысяч оборотов в минуту. Увы, ни один, даже самый чувствительный по тем временам, магнитометр не обнаружил появления магнитного поля. И тогда гипотезу, что всякое вращающееся тело – магнит, забыли! Вспомнил о ней через полвека английский физик, член Лондонского Королевского общества и лауреат Нобелевской премии Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт (естественно, все четыре имени принадлежат одному и тому же лицу). В своей статье, опубликованной в 1947 году, ученый высказывает сенсационное предположение, будто появление вокруг вращающегося тела магнитного поля – просто новый закон природы. С одной стороны, это отказ от объяснений, с другой… Гм, если бы гипотеза Блэкетта оправдалась, это заложило бы первый серьезный камень в фундамент здания единой теории поля.

Сначала все шло хорошо. Ученый вывел удивительно изящное уравнение зависимости величины магнитного поля от скорости вращения тела. В его формулу вошли такие солидные компоненты, как гравитационная постоянная и скорость света. Можно было надеяться, что нащупана действительно точка соприкосновения теорий гравитационного и электромагнитного полей.

Но ослепительный горизонт перспектив стал покрываться тучами реальности, когда дело подошло к эксперименту. Блэкетт сам решил проверить выведенное уравнение. И вот лаборатория готова. Большой деревянный сарай собран без единого гвоздя. Испытательный полигон удален от промышленных объектов и вообще от любого жилья. Говорят, к опытам не были допущены даже сотрудники, имевшие стальные зубы. А брючные пуговицы весь персонал самолично перешил на пластмассовые. Сам объект выбран из строго немагнитного материала. Это был 20-килограммовый цилиндр из чистого золота. Деталь тоже весьма немаловажная. На родине похитителей «Золотой богини» и налетчиков на «золотой экспресс» перенести подобный опыт в укромный уголок страны – предосторожность вовсе не лишняя.

Если предположения Блэкетта правильны, то у цилиндра, вращающегося вместе с Землей, должно возникнуть какое-то магнитное поле. Пусть даже очень слабое, оно все равно оказалось бы замеченным магнитометром, способным мерять 10 ^-14гаусса.

Увы, несмотря на то, что техника эксперимента со времен Петра Николаевича Лебедева шагнула далеко вперед, результата никакого! В 1947 году Блэкетт сдался. Оригинальная гипотеза потускнела, хотя и не погасла вовсе. Некоторые физики считают, что Блэкетт должен был заставить вращаться цилиндр еще вокруг одной своей оси. Но… золото сдано в Национальный английский банк. И хотя Блэкетт собирался осуществить второй опыт, пока о нем ничего не слышно.

Между тем с каждым днем люди убеждаются во все большем значении земных магнитных полей.

Мы с вами, как и все живые существа, населяющие нашу планету, развились в обстановке постоянно действующих физических полей: гравитационного и геомагнитного. В космосе эти условия резко иные. Как действует невесомость на человека, мы кое-что знаем. Причем многое из этого «знаем» оказалось для нас настоящим сюрпризом. А впереди – магнитная проблема. Пока космонавты лишь на время покидали пределы геомагнитного поля. Но если верить в возможность дальних рейсов…

Совсем недавно в титульном списке Академии наук СССР появилось новое название – Магнитобиология. Молодая наука еще даже не получила официального признания. Однако сведения, которыми она располагает, говорят о ее большом будущем.

Лет сорок назад немецкие психоневрологи обратили внимание на то, что в периоды, когда на Земле бушуют незримые магнитные бури, резко увеличивается число нервно-психических заболеваний. После взрывов на Солнце – первопричины этих бурь – почти вчетверо против дней спокойного Солнца возрастает количество автомобильных аварий. Американские исследователи уверяют, что так же возрастает и количество самоубийств. В клиниках люди со слабым типом нервной системы и хронические алкоголики совершенно однозначно откликаются на события, связанные с изменениями геомагнитного поля. Они чувствуют себя крайне подавленными. Пока единого взгляда на причины и механизм этого явления нет.

Известно, что магнитное поле Земли пульсирует с частотой от восьми до шестнадцати колебаний в секунду. Альфа-ритм биопотенциалов головного мозга имеет ту же периодичность. Трудно отказаться от соблазна увязать одно с другим и заключить, что «сбой частоты колебаний» геомагнитного поля в периоды магнитных бурь должен прямо приводить к расстройствам ослабленной нервной системы, нарушая ход «биологических часов».

А как быть в межпланетном полете? В космосе вполне могут встретиться участки с мощными магнитными полями совершенно других, неземных ритмов. Или другая крайность – часть планет, десанты на которые давно описаны в фантастических романах, вообще не обладает заметными магнитными полями. Как все это повлияет на психофизиологические процессы организма? Может быть, это окажется еще одной преградой для освоения чужих миров?

Влияние магнитного поля на человека давно привлекало внимание медиков. Еще в древние времена индусские брамины, когда у них начинала болеть голова, надевали на руку магнитные браслеты. Египетские жрецы и арабы использовали магнит в качестве амулета и верного средства для сохранения молодости. Еврейские кабалисты твердо верили, что магнит помогает при родах и успокаивает нервы.

Самое замечательное в этих утверждениях заключается в том, что все они в той или иной степени получили научное подтверждение. Все, вплоть до сохранения молодости. Американский биолог Джино Бариоти, продержав партию престарелых мышей в магнитном поле, заметил, что шерсть их после этой операции заблестела, складки на коже разгладились и сама шкурка стала мягкой и эластичной.

Однако, несмотря на прогресс в науке и технике, знания о биологическом действии магнитов отличаются от средневековых представлений крайне мало. Здесь широкое поле деятельности для молодых сил. Правда, поле это довольно густо усеяно хоть и магнитными, но камнями.

4 …да около

Жил-был король – добряк из добряков. За всю жизнь мухи не обидел. И однажды… убил министра. Канделябром. Умер король. Пришла его душа на страшный суд.

– За что убил министра?

– За анекдот про яблоко и Ньютона.

И душу бывшего короля оправдали. Оправдали и пустили в рай…

И все-таки автор рискнет упомянуть о старом анекдоте.

Всю свою жизнь сэр Исаак носил на пальце кольцо с магнитом. Однако явление электромагнитной индукции открыл не он, а Фарадей. Но достаточно было одного-единственного падения яблока, чтобы под шишкой в Ньютоновой голове созрел закон всемирного тяготения.

Неужели длительное влияние магнитного кольца оказалось слабее кратковременного гравитационного импульса падающего яблока? Не указывает ли это на слабость электромагнитных сил по сравнению с силами тяготения? Подобный итог рассуждений назывался в древности «reductio ad absurdum», то есть приведение к нелепости. Почему к нелепости? Судите сами.

Если ядерные взаимодействия в атоме принять за единицу, то влияние электромагнитных сил на элементарную частицу, окруженную другими частицами, окажется во сто раз меньше. Гравитационные же силы в 10 ^-36раз слабее электромагнитных. Вы представляете себе это число: 10 ^-36= 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 001. Заметить гравитационное влияние двух тел примерно то же, что обнаружить и зафиксировать понижение уровня океана, зачерпнув из него чайную ложку воды.

Но почему тогда люди не сваливаются со своей планеты? Более того, идея освободиться от ее притяжения обходится довольно дорого.

Как Луна не сходит с надоевшей ей орбиты? Наконец, как Солнце удерживает всю свою свору планет?

Конечно, цифры, только цифры убедят сомневающихся. Но прежде чем перейти к цифрам, автор, извинившись и покраснев в душе, должен еще раз напомнить, что сила притяжения двух тел пропорциональна, согласно утверждениям сэра Исаака, массам этих тел. Массам! И обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Но масса Солнца М = 1,985•10 ³³граммов, а масса Земли М = 5,976•10 ²⁷граммов, среднее же расстояние между обоими телами – 149,5 миллиона километров. Дальше каждый может сам подставить эти данные в формулу закона всемирного тяготения и чувствовать себя Ньютоном. Или, если угодно, Эйнштейном. Это современнее.

Кстати, об Эйнштейне. Закон всемирного тяготения открыл Ньютон. Но о природе самого явления, о том, каким образом и почему два тела, обладающие массой, притягиваются друг к другу, сэр Исаак промолчал. Более того, в своей работе он даже предупредил не торопиться с выяснением этого вопроса. А авторитет Ньютона был настолько велик, что люди и не торопились.

200 лет прошло, прежде чем появилась первая работа, проливающая свет (гм!) на проблему механизма притяжения. Это была общая теория относительности Эйнштейна, увязавшая воедино материю с пространством и все вместе со временем.

Значение обоих ученых и их роль в процессе познания прекрасно отражены известными строками стихотворения. Сначала идет четверостишие Александра Попа:

 
Был тьмой кромешной мир планет,
Как покрывалами, окутан.
Господь вскричал: «Да будет свет!» —
И в мир тотчас явился Ньютон.
 

Следующие строки написаны позже и несколько выпадают из торжественного стиля классической оды:

 
Но сатана недолго ждал реванша;
Пришел Эйнштейн – и все пошло, как раньше.
 

Теория относительности действительно опрокидывала многие установившиеся привычные взгляды. К Эйнштейну часто приставали с просьбой популярно объяснить суть его взглядов. И вот как он это сделал:

«Раньше считали, что если материя исчезнет, то пространство и время останутся. Я же считаю, что исчезновение материи означает одновременно и исчезновение пространства и времени. Только и всего…»

Нью-йоркские журналисты, задававшие этот вопрос, были разочарованы. Может быть, именно в силу симпатии к журналистам нам стоит отойти от правила, гласящего, что краткость – сестра гениальности, и чуть-чуть развить популярное объяснение Эйнштейна. (Да простят нам грех сей истинные жрецы истинной науки!)

Итак, по Ньютону, пространство – сундук, в котором можно сколько угодно времени хранить старый хлам под названием «материя». По Эйнштейну же, пространство – это сам хлам, сложенный во временный штабель по форме ньютоновского сундука. Разберите хлам – штабеля-сундука не останется: вместе с ним исчезнет и время его существования. Это и означает связь пространства-времени с материей. Тела, обладающие массой, искривляют пространство-время, и это искривление мы обнаруживаем и фиксируем в виде тяготения. (Видите, как все просто.) В искривленном Солнцем пространстве Земля и планеты вынуждены двигаться не по законам доброй старой геометрии Эвклида, а по иным, «искривленным» законам. В сфере действия Земли искривление пространства заставляет бежать по кругу Луну, а яблоко падать на подвернувшуюся макушку.

Кстати, законы геометрии искривленного пространства были задолго до появления теории относительности выведены нашим соотечественником казанским профессором математики Николаем Лобачевским в 1826 году.

Теперь остается выяснить, как же передается сила тяготения от одного тела к другому. Если 200 лет назад все происходило при помощи жидкостей, переливавшихся из пустого в порожнее, то теперь причиной всему поля и волны. Действительно: Эйнштейн и Дирак, В. А. Фок и Уилер, Д. Д. Иваненко и Вебер склонялись в пользу волн тяготения. Только почему «склонялись»? Дело в том, что пока эти волны еще никто не обнаружил в природе. Только у теоретиков на бумаге гравитационный океан шумит и плещет.

Но на бумаге уже были и эфир, и вихри Декарта, и теплород с флогистоном.

Сейчас поимка гравитационной волны является голубой мечтой любого физика. Бытует мнение, что поможет в этом новая нейтринная астрономия. За многие миллиарды лет существования в нашей вселенной накопилось множество гравитационных волн, испускаемых всеми видами рассеянной и сконцентрированной материи. Нейтринная астрономия выловит их и снимет богатейший урожай с древа познания. А чтобы получить информацию о гравитационных волнах, надо сначала создать нейтринную астрономию. Между тем проблема ловли частиц, не имеющих ни массы покоя, ни заряда, ни магнитного момента, еще менее перспективна, чем охота на ядовитых змей… предположим, на Невском проспекте. (Задача поймать нейтрино действительно сложнее потому, что в 1966 году во время реставрационных работ на крыше Казанского собора гадюка все же была поймана. Казанский собор, как известно, находится на Невском проспекте, и тайна гадюки продолжает оставаться нераскрытой.)

Пока задача только сформулирована. Правда, исходя из наших тезисов, это значит, что она будет непременно решена. Так что, кто хочет принять участие в этой охоте, – торопитесь.

Эта книга была уже набрана, когда в одной токийской газете появилось сообщение о том, что группой американских физиков под руководством доктора Джозефа Вебера из физического отдела Мэрилендского университета были обнаружены гравитационные волны. Исходят они, по предположению ученых, от развивающихся звезд Млечного Пути, расположенных на большом удалении от нашего Солнца. В статье не приводятся ни принцип действия, ни подробности конструкции гравитационного прибора. Зато авторы и комментаторы открытия не скупятся на прогнозы. Однако сам доктор Вебер крайне осторожен. Он настойчиво говорит о необходимости дальнейших проверок, подтверждающих эксперимент.

Конечно, приводить газетную статью в качестве доказательства существования нового научного открытия – занятие несолидное. Автор это отчетливо понимает. Но он просто не может удержаться от того, чтобы лишний раз не подчеркнуть актуальность описываемых проблем и «взрывного характера» современной науки, в частности астрономии. Не прошло и года с той поры, как чернила на страницах рукописи стали сохнуть, и уже в корректуре требуются изменения и дополнения. Поистине скорость реализации даже самых сокровенных идей науки в наше время невероятна.