Текст книги "Маленькие рассказы о большом космосе"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 19 страниц)

Вокруг старого фокуса

Луну воспевали в стихах. Ею любовались. Восхищались… И недоумевали. Вела она себя все-таки странно: то ближе подходила к Земле, то удалялась от нее. Потом узнали, что Луна предпочитает двигаться не по кругу, а по эллипсу, а Земля располагается в одном из его фокусов. У лунного эллипса, как и у всякого, есть две замечательные точки – наибольшего и наименьшего удаления от фокуса. Люди дали им звучные названия: апогей и перигей. Слова эти вполне земные. «Апогей» в переводе с греческого означает «от Земли», а «перигей» – «возле Земли». Проходили века, а перигей и апогей гордо считали себя единственными и неповторимыми. Ведь они принадлежали Луне, и только ей одной!

4 октября 1957 года по самолюбию Луны был нанесен чувствительный удар: у Земли появился еще один спутник – искусственный. Как и Луна, он двигался по эллипсу, и у него были свой апогей и свой перигей.

А потом спутники стали появляться один за другим. Сроки их жизни различны. Ясно, что для спутников с круговой или с почти круговой орбитой срок жизни зависит от высоты полета над Землей: чем выше спутник, тем меньше тормозится он, тем дольше его жизнь.

А для спутников с вытянутой орбитой? Было неясно, что влияет на продолжительность их жизни – апогей или перигей?

Сначала думали – только перигей: ведь в перигее атмосфера плотнее, а скорость движения наибольшая. В действительности картина старения и смерти спутника примерно такова: постепенно начинает уменьшаться апогей, перигей же почти не меняется. Орбита становится все менее вытянутой, все больше приближаясь к окружности. Наконец перигей и апогей сравниваются, и тогда по спирали спутник постепенно погружается в атмосферу, пока не сгорает совсем.

17 ночей в сутки

Известно, что у истории есть заветное колесо, которое нельзя повернуть назад. Оно весело кружится только вперед и, видимо войдя во вкус, делает это все быстрей и быстрей.

Меняются стили в искусстве. Меняются жизнь людей и их представления о ней. Растут скорости. 96 минут 9 секунд – таков период обращения первого искусственного спутника Земли, запущенного 4 октября 1957 года.

Первые несколько витков, пока не сильно влияет атмосфера, спутник движется по замкнутой круговой или эллиптической орбите.

Отметим положение спутника относительно неподвижных звезд. Заметим, через сколько времени он вернется в ту же точку, сделав полный оборот вокруг Земли. Это время и есть период обращения. Иногда его называют сидерическим (звездным) периодом обращения. Человек, находящийся на одном из полюсов, если только он будет поворачиваться сам со скоростью суточного вращения Земли в сторону, обратную вращению, легко измерит этот период. Ведь относительно этого наблюдателя звезды неподвижны.

А что, если наблюдатель находится на экваторе и спутник движется в плоскости экватора с запада на восток? Пока спутник сделает полный оборот относительно небосвода, наблюдатель тоже повернется вместе с Землей и опередит спутник. Через некоторое время спутник нагонит наблюдателя и опять будет у него над головой. Время, прошедшее между двумя одинаковыми положениями экваториального спутника относительно наблюдателя, называется синодическим периодом.

Вообразим, что на Земле нет атмосферы и спутник летает по круговой орбите прямо у поверхности. Сидерический период его обращения был бы равен 84 минутам 25 секундам. Это самый короткий период. Чем больше радиус круговой орбиты спутника, тем меньше сила земного тяготения, тем медленнее движется спутник, да и путь ему нужно проделать больший. На высоте 265 километров ему нужно полтора часа, чтобы обогнуть Землю. Луне требуется для этого около четырех недель.

А можно ли так подобрать радиус орбиты спутника, чтобы сидерический период его обращения был равен 24 часам? Тогда спутник будет «висеть» над одной и той же точкой экватора. Оказывается, такой спутник должен находиться на высоте 35 800 километров над экватором. Он удобен для телевизионных передач на огромные расстояния.

Если спутник движется по эллиптической орбите, то период его обращения определяется только большой полуосью эллипса.

Любопытно, как меняется период обращения при движении спутника в атмосфере. Казалось бы, раз спутник тормозит в атмосфере, то он движется все медленнее; значит, больше времени тратится ка полный оборот, то есть возрастает период обращения. На самом же деле период обращения… уменьшается! Парадокс? Но объясняется это просто. Больше всего спутник тормозится в перигее, где более значительна плотность воздуха. Но из-за этого на следующем витке уменьшается высота апогея, а значит, возрастает скорость в апогее: ведь чтобы не упасть на Землю, приблизившись к ней, спутник должен двигаться быстрее. Получается, что средняя скорость спутника возрастает, а период обращения уменьшается.

Период обращения спутника – это сутки для космонавта. У Титова за одни земные сутки прошло 17 космических. Меньше полутора часов длились эти сутки. И 17 раз космонавт мог приветствовать восходящее светило. Николаев за четверо суток прожил 64 космических, а Быковский за 5 суток – 81.

Если дойти до точек

Искусственный спутник движется вокруг Земли на небольшой высоте. Кроме притяжения Земли, на него действует и Луна, однако ее усилия мизерны. На таком большом расстоянии ей не удается заметно изменить орбиту спутника. Другое дело, если он рискнет удалиться от Земли на значительное расстояние. Уж тут Луна так сумеет исказить его траекторию, что мать родная… Земля не узнает. И тогда могут случиться совершенно неожиданные казусы.

Есть пять удивительных точек: оказавшись в одной из них, тело так и останется там. Три из таких точек лежат на линии, соединяющей Землю и Луну, а каждая из остальных образует с центрами нашей планеты и спутника равносторонний треугольник. Эти точки называются точками либрации. Первые три неустойчивы: стоит телу немного отклониться от них, и оно будет постепенно уходить все дальше и дальше. Другие две устойчивы. И если тело оказалось вблизи одной из них, то оно будет колебаться около этой точки, как будто прикреплено к ней невидимой пружиной. Такие же замечательные точки есть в системе Солнце – Юпитер.

Астрономы давно заметили, что около устойчивых точек колеблется 13 небольших тел – астероидов: пять вокруг одной и восемь вокруг другой. Много было сделано попыток найти такие же тела около либрации Земли и Луны, но лишь совсем недавно польскому ученому К. Кордылевскому удалось сфотографировать около одной из точек либрации два слабо светящихся пятна, которые состоят из огромного количества частиц, настолько мелких, что различить их отдельно нельзя. Диаметр пятен примерно равен диаметру Земли. Но масса этих облакообразных спутников невелика. По расчетам Кордылевского, на один кубический километр приходится примерно одна частица.

Откуда же появились эти частицы, почему скопились они возле устойчивых точек либрации?

Одна из гипотез происхождения облаков-спутников такова: метеоры с огромной скоростью ударяются о поверхность Луны. От такого удара поднимаются столбы пылевидных частиц, движущихся с большой скоростью. Некоторые из них могут достигнуть устойчивых точек либрации и остаться вблизи них, как снежинки в метель задерживаются в ямах и оврагах. Другие же частицы, совершив петлю вблизи точки либрации, движутся дальше. Но количество метеоров, попадающих на поверхность Луны, не всегда одинаково. В определенные дни года происходят столкновения с целым роем их – метеорным потоком. Значит, если гипотеза верна, то в эти периоды пятна должны быть лучше различимы за счет увеличения числа частиц-путешественниц, для которых точки либрации только небольшой полустанок. Таких наблюдений пока не проводили. Им еще предстоит подтвердить или опровергнуть эту гипотезу.

Можно запустить к точке либрации искусственный спутник, который будет собирать научные данные о космических лучах и солнечной радиации, а также служить промежуточной станцией и при далеких космических перелетах. Наблюдения за его движением помогут точнее вычислить массы Луны и Земли. Чтобы осуществить такой запуск, надо сначала разогнать спутник до второй космической скорости, а когда он подлетит к точке либрации, тормозными устройствами погасить скорость. Конечно, точно попасть в эту точку – да еще так, чтобы скорость была равна нулю, очень трудно. Но небольшие промахи не опасны, потому что космический корабль будет «захвачен» точкой либрации и начнет двигаться около нее. И вот уже не только около Земли, но и далеко от нее, на расстоянии около 380 000 километров, возникнет перевалочный пункт, полустанок на трассе Земля – Большой Космос.

Глава третья

 
Небесный свод, горящий славой звездной,
Таинственно глядит из глубины.
И мы плывем, пылающею бездной
Со всех сторон окружены
 

Ф. Тютчев

Таинственная планета

Земля… Планета довольно знакомая. И загадочная. Достижения человечества – всегда новые знания и новое незнание. Такое, о котором прежде и не задумывались…

Высчитали: длина окружности меридиана 40 008 550 метров. Точность огромная? Как сказать…

Пока нет еще большей, мы не можем совершенно точно определить форму земного шара. Ибо Земля не шар, а геоид. Насчет же геоида – разговор особый…

Более точные измерения – только со спутников, из Космоса!

Площадь Земли – 510 миллионов квадратных километров. 149 миллионов (29,2 процента) – суша. Прочие – океаны. В одном Тихом океане уместятся все материки. Тут уж как будто все ясно!

Все – за исключением пары мелочей:

Почему так мало суши?

Почему бо´льшая ее часть – в северном полушарии, так что в старину были уверены в существовании громадного южного материка («иначе планета перевернется»)?

Гора Джомолунгма (Эверест) – на 8882 метра выше уровня моря. Марианская впадина Тихого океана – на 11 тысяч метров ниже уровня моря.

Отчего горы? Отчего впадины?

Горообразование только от внутриземных сил или также от космических?

Отчего вдруг наступают оледенения?

Здесь земная наука легче отвечает на вопросы «что?», «где?», «когда?», чем «почему?» да «отчего?».

Глубины океанов известны не намного лучше марсианских морей. Глубины «твердой земли» – как далекие галактики. Когда же начались космические полеты, выяснилось, что мы очень переоценивали наши знания и о земной атмосфере: достаточно того, что плотность ее на высоте нескольких сот километров оказалась больше предполагавшейся примерно в 10 раз!

Со стороны виднее… С Луны или Марса кое-что земное заметнее. Тайна магнитного поля Земли зарыта глубоко под ее корой… У Луны обнаружено слабое магнитное поле. Ответ задачи – на Марсе, Веке-ре и других планетах.

Жизнь… Земля получает 54 с тридцатью тремя нулями эргов солнечной энергии в год. 55 процентов идет в атмосферу, почву, растения, живые организмы, 45 процентов улетучивается обратно. Этого достаточно, чтобы в атмосфере, воде и в земной коре поддерживать существование свыше 2 миллионов видов животных, полумиллиона видов растений, а также 3 миллиардов разумных существ.

Многочисленных загадок земной жизни (не говоря уже о проблеме космических пришельцев) касаться не будем; решение многих – космическое…

Она стала много меньше, чем была прежде, наша Земля. Прежде – объезд за много лет. Теперь – около 90 минут.

Она покажется еще меньше с Луны, Марса, Венеры.

Но всегда верна будет песня, зазвучавшая в Космосе августовским днем 1962 года:

 
Ни одна планета
Не ждет нас так, как эта,
Планета дорогая
По имени Земля.
 

Геоид – это геоид

Невежество – понятие относительное. Лет четыреста тому назад люди были уверены, что Земля плоская и покоится на трех китах. Всех несогласных тащили на костры, поэтому их было немного. Лет через сто уже безнаказанно можно было убеждать окружающих, что Земля – шар. Прошло немного времени, и снова стали преследовать за это убеждение. Конечно, на кострах уже не жгли. Но школьник, назвавший Землю шаром, немедленно наказывался двойкой. Прилежные бойко барабанили: «Земля – это эллипсоид вращения, она похожа на шар, сплюснутый у полюсов». Мол, в те времена, когда Земля была совсем еще юной и ее кора мягкой и податливой, гигантская центробежная сила растянула планету и как бы сжала мощными руками у полюсов.

А Земля спокойно выслушивала эти речи: она-то знала, что она даже и не эллипсоид. И действительно, уточнения формы планеты следовали одно за другим. Да, Земля не точный эллипсоид, а более сложное тело. Тогда решили форму Земли назвать геоидом. Не правда ли, странно звучит фраза: Земля имеет форму геоида… В точном переводе это означает: Земля имеет форму Земли. Физики, дабы не выдумывать нового названия, решили: пусть Земля имеет землеобразную форму.

Вообще-то ученых не так уж интересует сама форма земной поверхности. Куда важнее для них знать «форму» земного притяжения. Знать, как оно изменяется в разных точках планеты, а значит, видеть сквозь землю. Видеть железную руду, минералы, нефть.

А корабли-спутники, мчащиеся по волнам земного притяжения? Их штурманам просто необходимо знать лоцию тяжести. Но спутники не остаются в долгу. Изучая их движение, еще лучше узнаем, как притягивает их планета и как она выглядит. Меняются представления о форме Земли, не меняется только название: геоид остается геоидом.

Ограничивающий взор

По-гречески – «горизонт». Эта обманчивая линия тысячелетиями сбивала с толку людей, думавших, что Земля имеет форму плоского диска. Туда, на край света, помещали тридесятое царство, и обитель блаженных, и столбы для небесного свода, и ворота, через которые Солнце выходит для прогулок по небу. С отчаянной решимостью устремлялись через океан полинезийцы «к туманному неясному горизонту, который вечно убегает, вечно надвигается, который вселяет ужас, за который еще никто не проникал…».

Любознательные греки, утверждавшие, что по вечерам можно слышать, как шипит горячее Солнце, опускаясь за горизонтом в океан, не рискнули отправиться туда. Впрочем, уже в VI веке до нашей эры, Пифагор заговорил о шарообразности Земли, высказывалась мысль, что отправляться некуда – у Земли нет конца и края, а есть лишь имеющая форму окружности граница того, что доступно человеческому глазу. В астрономии эта граница, до которой можно видеть ровную поверхность Земли, называется видимым, или физическим, горизонтом, от которого отличают математический, или истинный, горизонт – линию пересечения небесной сферы с горизонтальной плоскостью, проходящей через центр этой сферы, то есть обычно через глаз наблюдателя.

По черному глобусу

Где расположен остров Сицилия? Надо плыть по Средиземному морю до Апеннинского полуострова, обогнуть его южную часть, и тогда попадешь на Сицилию. Объяснение длинное и неточное. Моряки отвечают проще: широта – столько-то градусов, долгота – столько. Эти два числа – географические координаты – однозначно определяют точку на земном шаре.

Самые простые координаты – Декартовы. Три перпендикулярные друг другу плоскости, пересекаясь, дают три оси координат. Задаешь три числа – три отрезка по осям, и получаешь точку в пространстве.

А почему координатные плоскости должны быть взаимно перпендикулярными? Пусть между ними будет не прямой угол, а косой. Так появляется косоугольная система координат. А что, если взять не плоскости, а какие-то изогнутые, причудливо извивающиеся поверхности? Они пересекутся по кривым линиям. Это будет уже криволинейная система координат. Вы спросите: зачем нужны эти фокусы? Но ведь без них не было бы современной математики с ее огромными возможностями. Придумано множество различных систем координат: сферические, цилиндрические и прочие.

Для каждой задачи удобна своя система координат. Положение светил на небе определяется координатами небесными. Хотя звезды удалены от нас на разные расстояния, нам кажется, будто они находятся на некотором шарообразном своде, «черном глобусе». Этот свод называют небесной сферой, и мы находимся в ее центре, хотя не испытываем от этого никакой гордости.

Воображаемую сферу мы щедро оборудовали не менее воображаемыми точками, линиями, плоскостями. Прямо над нами находится точка, именуемая зенитом. Вертикальная линия вниз пересечет сферу в точке, называемой надиром. Захотим (а мы захотим!) – проведем через наш глаз плоскость, перпендикулярную трассе зенит – надир, стянем небесную сферу первым обручем – «истинным горизонтом».

Весь небосвод вращается как одно целое, все звезды описывают круги, и только одна Полярная звезда стоит на месте. Это «полюс мира», а через нее буравит сферу «ось мира». Тут уж мы, безусловно, захотим провести плоскость через наш бывалый глаз перпендикулярно к оси мира и получим второй обруч – «небесный экватор».

Воображаемые точки, линии и плоскости, между прочим, совершенно необходимы для наблюдения небесных «фигур» невыдуманных. У каждой звезды своя небесная «широта» и «долгота». В горизонтальной системе координат «широта» – это высота, угол между направлением на светило и горизонтом, а «долгота» – это азимут, угол между точкой горизонта, над которой находится небесное тело, и точкой юга. В экваториальной системе широта (или прямое восхождение) – угол звезды над небесным экватором. Меридианы (круги склонения) пройдут через полюс мира перпендикулярно к мировому экватору. Склонение измеряется в градусах. В сторону Северного полюса мира – со знаком плюс, в сторону Южного – минус. А прямое восхождение – в часах, минутах, секундах (из расчета: 360°=24 часам).

Две координаты – почти полный небесный адрес, точное направление. Не хватает только расстояния.

Капитана Гранта следовало искать под 37°11′ южной широты, 153° восточной долготы. Пройдут годы, и люди привыкнут: «Космический корабль – прямое восхождение 7 часов 27 минут 9,23 секунды. Склонение + 47°42′3″, расстояние – 100 астрономических единиц…»

Газовая шуба

Это атмосфера. Она защищает нашу планету от переохлаждения и перегрева.

Весит она… 5 миллионов миллиардов тонн. Ее кислородом мы дышим, углекислым газом питаются растения. Шуба оберегает обитателей Земли от губительного града космических осколков, которые сгорают, оставляя в ночном небе яркий светящийся след. Только самые большие падают на Землю, сокрушая все вокруг. К счастью, это бывает достаточно редко.

Словом, наша планета спрятана в атмосфере, как яичный желток в белке. Только «белок» многослойный.

В нижнем слое, тропосфере, толщиной 10–15 километров все время перемещается и перемешивается воздух, теплый и холодный, влажный и сухой, непрестанно образуются туманы, облака, грозовые тучи. Это «кухня погоды».

Высота – 25–30 километров. Здесь тихо, спокойно. Это стратосфера.

Потом мезосфера.

А начиная примерно с 80 километров приборы показывают резкое повышение температуры. Термосфера! Впрочем, более популярно ее второе имя – ионосфера, бездонное море ионизованного газа – плазмы.

Атмосфера – это, грубо говоря, раствор кислорода (примерно 21 процент) в азоте (около 78 процентов). Ио раствор не очень чистый. В нем полно всяких примесей: здесь аргон и углекислый газ, водород и гелий, неон и криптон, метан и озон, закись азота и окись углерода. Много в атмосфере водяного пара.

На трассе Земля – Космос атмосфера – друг и враг: она нагревает и тормозит, пропускает и не пропускает; она заставляет мерцать, краснеть, бледнеть отблески далеких светил; она помогает репетировать вторжение кораблей в атмосферы иных миров.

Охваченная жизнью

Биосфера, по мнению священнослужителей, полностью обязана своим существованием богу, создавшему ее в непродолжительные часы помрачения рассудка. Неприятностей с ней богу не сосчитать. Дошло до того, что отдельные виды приматов, существующих в этой самой биосфере, начисто отрицают даже его существование.

Вы спросите: «Так что же такое эта биосфера?» Просто-напросто оболочка земной коры, охваченная жизнью. И слово-то это появилось совсем недавно: его решил ввести в науку профессор Э. Зюсс в 1875 году. Слово привилось. А раз так, надо было подвести под него серьезную научную базу.

Этим занялся крупнейший ученый, академик В. И. Вернадский. В одной из его больших и толстых книг биосфере посвящено свыше сотни страниц. Оттуда можно узнать массу интересных вещей. И даже понять, почему «биосфера» попала в нашу книгу.

Оказывается, жизнь не может существовать без космического излучения, только благодаря ему вещество биосферы становится активным, становится живым. Облик Земли, строение ее верхних оболочек в основном зависят от живой природы. Это создание внешних сил Космоса.

Главный источник излучения до сих пор – Солнце. Это его тепловая лучистая энергия дает возможность наслаждаться жизнью всем существам: от микроба и одноклеточной водоросли до Homo sapiens’a.

Интересно, что главную массу живого вещества суши составляют насекомые, клещи, пауки – брр!

Люди, как и вся остальная живность, – дети Солнца. Правы были древние славяне, считая его главным божеством, создателем жизни. Уважали они его, поклонялись ему. А сейчас чуть ли не единственное воспоминание об этом – круглый поджаристый блин, появляющийся иногда на нашем столе.

У биосферы, как и у всякой сферы, кроме небесной, есть границы, весьма неопределенные, установленные в результате ряда умозаключений и нескольких экспериментов. Внизу, в Земле, граница жизни расположена не ниже изотермы в 100 °C, а вверх простирается этак километров на 40. Выше – лучистая энергия ультрафиолетового участка спектра убивает все живое.

Но бурная деятельность человека заставляет весьма скептически взглянуть на эти границы биосферы. Если так пойдет дальше, то биосфера Земли будет стремительно расширять границы, захватит биосферы других планет и займет все околосолнечное пространство.

Еще десяток космонавтов – и господь бог может складывать чемоданы и топать куда-нибудь в район Проксимы Центавра. Это будет на первое время его промежуточная станция по дороге к более далеким мирам.