Текст книги "Борьба за скорость"
Автор книги: Борис Ляпунов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 12 (всего у книги 17 страниц)
Когда советский стратостат «СССР-1» спустился с поднебесья и люди, первые из всего человечества побывавшие на невиданной высоте, сошли на землю, их окружила толпа.
Иностранных корреспондентов больше всего интересовало: что чувствовали стратонавты там, на неизведанной высоте, что переживали они, достигнув цели?
Командир стратостата Прокофьев, жадно затягиваясь сигаретой после долгих часов пребывания в тесной гондоле, отделенной от всего мира, ответил, пожимая плечами:
– По правде сказать, не знаю… Мы были заняты наблюдениями…
И думается мне, что первые межпланетные путешественники, вступив на родную планету, скажут вот так же любопытным корреспондентам: главное – наблюдения…
Наблюдать Землю-планету, проникнуть туда, куда проникал до сих пор лишь вооруженный глаз человека. Увидеть Вселенную не со дна воздушного океана, не через вуаль атмосферы, а такой, как она есть на самом деле, и, быть может, вступить на почву Луны, побывать на Марсе, привезти марсианские растения с этой загадочной планеты…
«Встать на почву астероидов, поднять рукой камень с Луны, наблюдать Марс с расстояния нескольких десятков километров, высалиться на его спутник или даже на самую его поверхность, что может быть фантастичнее? С момента применения ракетных приборов начнется новая великая эра в астрономии: эпоха более пристального изучения неба…»
Чтобы приблизить эту «эпоху более пристального изучения неба», о которой говорит Циолковский, работали и работают его ученики и продолжатели его дела – советские ученые.
«Задавшись темой полета в межпланетные пространства, я сразу остановился на ракетном методе», – вспоминал Юрий Васильевич Кондратюк, независимо от Циолковского работавший над теорией ракеты. Ход мысли его был таков.
Пушка стреляет ядром-пушкой. Та, в свою очередь, стреляет таким же ядром-пушкой. Каким же должно быть начальное орудие, чтобы последний снаряд достиг космической скорости? Невероятно чудовищных размеров.
«После этого я повернул пушку дулом назад и заставил стрелять в обратную сторону более мелкими ядрами», – говорит Кондратюк.
И тут заметил, что чем больше число этих ядер, тем меньше весит начальное орудие. Отсюда перешел он к ракете. Ведь это, собственно говоря, пушка, непрерывно стреляющая холостыми зарядами.
Выведя основной закон полета ракеты, Кондратюк получил сразу же благоприятный результат: небольшой запас топлива нужен, чтобы получить космическую скорость.
Кому не случалось испытать такое. Сделана где-то ошибка, о ней забудешь, – и радуешься ответу трудной задачи. Начнешь проверять, и ошибка – вот она. Начинай все сначала.
Ошибся Кондратюк, и «результаты из-за этой ошибки сразу получились чрезвычайно обнадеживающие», – вспоминал он. А когда исправил ошибку в вычислениях, получил цифру «55». В 55 раз больше самой ракеты должен весить запас топлива, чтобы получить первую космическую скорость.
Как он ни обманывал себя, что цифра эта не такая уж страшная, мысль упорно возвращалась к ней. И Кондратюк не успокоился до тех пор, пока не нашел «противоядия» против этой грозной цифры.
Он думал над тем, как снизить потребный запас топлива. Прежде всего снабдить ракету крыльями, тогда облегчится вылет ее за пределы атмосферы, решил он.
Нужно далее, чтобы ракета спускалась обратно на Землю без затраты горючего, используя для торможения сопротивление атмосферы.
На способ «бесплатного» спуска на Землю за счет сопротивления воздуха указывал и Циолковский. Постепенно снижаясь, ракета описывает эллипсы вокруг Земли. С каждым новым оборотом межпланетный корабль все глубже проникает в атмосферу, все сильнее тормозит скорость, пока, наконец, она не дойдет до такой, когда можно начать безопасно планировать.
Кондратюк предложил для удобства спуска превратить ракету в посадочный планер.
Все ближе земная поверхность. Рельефная карта, окутанная пеленой облаков, проносится внизу. Пора! Сбрасывается все лишнее. Лишь пассажирская кабина до большое крыло и хвост остаются теперь от ракеты. Они были взяты в разобранном виде и собраны при приближении к Земле.
Но скорость еще велика. Планер сгорел бы, накалившись от трения о воздух, как сгорают метеоры, не долетая до поверхности Земли. И Кондратюк предлагает устроить части планера из огнеупорного материала, да еще охлаждаемого искусственно изнутри.
Нужно также устроить промежуточную межпланетную станцию, где ракета пополнит запас горючего перед дальним космическим рейсом.
На возможность устройства станции вне Земли указывал и Циолковский.
Большая ракета отправляется с Земли в круговой облет Луны. Пристально следят за ней в телескопы астрономы. В поле зрения телескопа – знакомый узор звезд. И вдруг вспыхивает яркое белое пятно, это ракета развернула сигнальную поверхность. К ней, этой будущей станции – спутнику Луны – устремляются ракеты. Они несут с собой части станции, и люди в скафандрах собирают ее. Кондратюк разработал проект такой станции.
Узнав о работах Циолковского, он увидел, что не только повторил его исследование, но и сделал много нового.
Старт ракеты.
Спуск на Землю без затраты горючего и внеземная станция – это ключ к овладению мировыми пространствами. Кондратюк подсчитал, что такой «ключ» уменьшает грозную цифру «55» до единицы! Для путешествия на Луну, с высадкой на нее цифра запаса топлива – 1 000 снижается до 15.
Космический корабль в пути.
После этого вам не покажутся преувеличением слова из предисловия ко второму изданию книги Кондратюка, которую он назвал «Завоевание межпланетных пространств»:
«Идеи автора в свете современного развития ракетной техники очень близки к осуществлению, несравненно ближе, чем это можно было предположить 18 лет назад». Тогда, в 1929 году, впервые вышла эта книга талантливого русского механика.
Над тем, как победить трудности, поставленные грозными цифрами огромного запаса топлива для ракеты, работал и ученик Циолковского Фридрих Артурович Цандер.
И вот что он предложил. Соединить ракету в одно целое с самолетом. Поднять самолет-ракету на большую высоту, как поднимается туда обычный самолет. А затем начать полет ракетой и пустить в дело ставшие ненужными части самолета – крылья, винты, двигатель, расплавить в особом котле, сжечь и вместе с газами заставить вытекать наружу, увеличивая силу отдачи.
Сама конструкция ракеты становится топливом, уменьшается запас, который надо брать с собой. Уменьшаются грозные цифры.
Это сложное и трудное дело, но интересная идея Цандера открывает заманчивые перспективы. Сам он считал, что ракеты, использующие часть своей конструкции как топливо, дадут нам первую космическую скорость. После этого можно будет использовать солнечную энергию, чтобы полететь быстрее, чтобы разорвать оковы земной тяжести и путешествовать во Вселенной.
Для этого Цандер думал устроить на ракете, вылетевшей за атмосферу, большие зеркала: давление световых лучей ускорит полет межпланетного корабля. Это, однако, сложно. Зеркало должно быть слишком большим.
Инженер М. К. Тихонравов предложил воспользоваться не зеркалами, а фотоэлементами, чтобы колоссальная энергия Солнца не пропадала даром для межпланетных путешественников.
Нам нужна энергия – источник скорости. Бессмысленно не использовать такой колоссальный ее источник, как Солнце, когда межпланетный полет требует затраты огромной энергии.
Фотоэлементы дадут электроэнергию. Под действием электричества разбиваются на атомы молекулы водорода. Соединяясь обратно в молекулы, водород нагревается и вытекает со скоростью до 20 километров в секунду. Такова электроводородная ракета, о которой говорит Тихонравов.
Я рассказал о том, какие намечены пути получения космических скоростей.
Велики трудности, но в одном нельзя сомневаться – упорный труд принесет победу.
Приближение к планете.
И снова дадим волю фантазии.
Устроить движущиеся станции в эфирном пространстве, предложил Циолковский.
Обсерватории строятся высоко в горах, где воздух меньше мешает наблюдениям. Теперь представьте себе, что обсерваторию удалось поднять выше самой высокой горы – за атмосферу, туда, где ничто не мешает наблюдать и фотографировать небесные светила. Ни воздух – его нет, ни пыль, ни туман, ни облака, – их тоже не бывает здесь. Как много дало бы это астрономам! Как много тайн Вселенной открылось бы человеку!
Такую обсерваторию можно было бы устроить на искусственном спутнике Земли.
Ракеты доставляют сюда телескоп, приборы, фотоаппараты, разборные жилища для людей – все необходимое для жизни и работы на маленькой заатмосферной станции – искусственном островке во Вселенной. В доме для жителей острова двойные двери, шлюзы. Как трюм корабля или подводная лодка, он разделен перегородками на отсеки. Если в одном случится утечка воздуха, остальные не пострадают. Через большие окна с кварцевыми стеклами льется яркий солнечный свет. Солнце здесь никогда не заслоняется облаками. В доме есть оранжерея, где растут овощи и фрукты.
И, как заправская планета, станция движется по своей орбите, вращаясь в то же время вокруг своей оси. При вращении возникает ускорение, а значит, и искусственная тяжесть, которую можно менять по желанию, ускоряя или замедляя вращение станции.
Станция будет служить «вокзалом» для межпланетных кораблей, улетающих с Земли в космические рейсы. Они причаливают к ней, пополняют свои запасы топлива, готовятся здесь к дальним перелетам. Со станции на Землю и обратно курсируют ракетные корабли. Отсюда отправляются ракеты на Луну, на охоту за астероидами, на поиски нового, неизведанного, в другие миры…
На планете.
Сначала будут полеты за атмосферу, предсказывал Циолковский, потом мы построим спутник Земли, – внеземную станцию, за ней последует другая, третья… И в мировом пространстве возникнут «острова» – форпосты науки во Вселенной…
Здесь все делает неисчерпаемая энергия Солнца. Она дает свет, тепло, выращивает чудесные плоды, двигает корабли и машины, плавит металлы.
Вот, например, простейшая тепловая машина. Под действием солнечных лучей легко кипящая жидкость быстро превращается в пар. Отработав в паровой турбине, он попадает в тень, в мертвящий холод мирового пространства и снова обращается в жидкость. Так без конца может работать на нас Солнце.
Земля получает только незначительную часть всей солнечной энергии. Вся энергия Солнца в 2,2 миллиарда раз больше энергии, получаемой Землей. Вот какими сокровищами может завладеть человек, если сумеет обосноваться в небесном пространстве.
Со временем внеземные станции послужат новыми фабриками энергии, использующими неисчерпаемые энергетические богатства Солнца, чтобы еще сильнее вооружить нас в борьбе за переделку природы планеты.
В нашей стране осуществляются самые смелые мечты человека. Мы переделываем природу, овладеваем атомной энергией, строим «умные» машины, облегчающие труд.
И мы верим, что смелые мечты о межпланетных путешествиях, о покорении Вселенной тоже будут осуществлены.
Благородные, великие цели стоят перед межпланетными путешествиями. Новый, огромный шаг вперед в познании мира, колоссальные запасы энергии для человечества, – вот что они обещают нам.
Межпланетными путешествиями интересуются и за океаном. Только интерес там совсем другой.
В американском фантастическом фильме «Станция назначения – Луна» – показывается путешествие на Луну группы ученых с генералом во главе.
Станция; назначения – Луна. А цель? Урановая руда, которая, возможно, есть на спутнике нашей планеты. И американский генерал заявляет с экрана: «Кто владеет Луной, тот владеет миром…»
Стратегическое сырье, нужное для производства атомных бомб, реактивных двигателей и самолетов, оружия и боеприпасов, – вот что хотелось бы империалистам найти на других планетах.
Превратить Луну и планеты в американские колонии, источники наживы для монополий – вот чего желали бы эти «аргонавты Вселенной» – торговцы смертью.
«Лавры» Гитлера не дают им покоя.
Создать искусственный спутник Земли, сделать его внеземной военной базой, вырваться в межпланетное пространство, чтобы обрушить смерть на Землю, – такова цель этих безумцев.
Со спутника можно контролировать почти всю планету, обстреливать ракетами любую точку земного шара. И, кроме того, это удобная промежуточная станция для коротковолновой дальней радиосвязи и телевидения. Не надо забывать, что и радио и телевидение нужны для управления полетом – пусть не межпланетных, а просто земных ракет дальнего действия.
Урановая руда на Луне – еще проблема.
Но «кто владеет Луной» – искусственной Луной, – «тот владеет миром». До межпланетных ракет, быть может, еще и далеко, а межконтинентальные ракеты поближе. И империалисты вкладывают деньги в развитие ракетной техники с тем, чтобы нажиться на войне.
Русская наука открыла дорогу во Вселенную не для того, чтобы в ней хозяйничали те, кто хочет залить планету кровью!
Наука нашей страны в другом видит назначение межпланетных путешествий и станции вне Земли. Высокие слои атмосферы и межпланетное пространство – кладовая загадок. Мы проникаем сейчас в нее. Нетрудно себе представить, какие необыкновенно широкие возможности откроет для ученых постоянная научная лаборатория вне Земли.
Мы изучаем сейчас миры вокруг нас со дна воздушного океана. Когда созданное руками человека новое небесное тело появится в межпланетном пространстве, мы сделаем первый шаг во Вселенную. И это продвинет нас далеко вперед на бесконечном пути познания природы.
Будет так. Мы увидим планеты вблизи, побываем на них.
Внеземная станция. Вверху слева – гелиоустановка, под ней жилое помещение, соединенное переходами с оранжереей (справа), астрономической обсерваторией и лабораторией для изучения мирового пространства.
В далекие космические рейсы отправятся ракетные корабли, чтобы принести на Землю новые знания. В этом подлинная смелость мысли, подлинный революционный размах передовой советской науки. И нет сомнения в том, что именно ей будет принадлежать и честь первого полета во Вселенную.
Каким будет этот путь? «Невозможное сегодня станет возможным завтра…» – указывал Циолковский. Сверхвысокие космические скорости позволят, конечно в очень отдаленном будущем, победить просторы не только солнечной системы, но и проникнуть в глубины Вселенной.
Мы живем в эпоху, когда, по словам Горького, расстояние от самых безумных фантазий до совершенно реальной действительности сокращается с невероятной быстротой…
Ракета с телевизионным передатчиком.
Астрономы открыли планеты – спутники звезд. Такие планетные системы есть у звезд, сравнительно близких к нашему Солнцу. Вполне возможно, что на этих планетных системах тоже существует жизнь, может быть и высокоорганизованная. Еще знаменитый ученый Джордано Бруно утверждал многочисленность обитаемых миров. Новые успехи нашей астрономии блестяще подтверждают правильность материалистических взглядов на возможность жизни во Вселенной. Это делает особенно интересной мысль о межзвездных перелетах и путешествиях в далекие миры сестер Солнца, которое само – рядовая звезда.
Однако будут ли когда-нибудь возможны эти полеты со скоростями, сравнимыми со скоростью света – в 100–200 тысяч километров в секунду?
Для безграничных просторов Вселенной непригодны наши привычные земные мерки. Скорость света – 300 тысяч километров в секунду, световой год – путь, который свет проходит за год, промежутки времени в миллионы и миллиарды лет – вот мерки для космоса, для необъятно большого мира вокруг нас.
Прием телепередачи с ракеты.
Лучу света, чтобы достигнуть ближайшего Солнца, нужно четыре года. Четыре года путешествия со скоростью 300 тысяч километров в секунду…
Эти цифры с трудом укладываются в сознании, подавляют своей невообразимой величиной.
Но смелая человеческая мысль не отступает перед неприступной крепостью астрономических цифр.
– Я готов допустить межпланетные сношения в пределах каждой солнечной системы, но ни у кого не хватит смелости допустить сношения между солнцами, – говорит Циолковскому его оппонент.
– Исследование других звездных систем навсегда закрыто для человека, – говорит Эсно-Пельтри.
– Я верю в могущество разума, – отвечает Циолковский. – Мы не имеем сейчас ни малейшего понятия о пределах могущества разума и познания, как наши предки не представляли себе технического могущества современного поколения. Кто верил двести лет назад в железные дороги, в пароход, аэропланы, радио!
И его мысль обращается к тем источникам энергии, которые смогут дать новые, невиданные еще скорости.
Со скоростью в десятки тысяч километров в секунду двигаются частицы, которые выделяются при распаде атомов радия. Это во много раз больше скорости газовой струи – продуктов сгорания водородно-кислородной смеси.
Энергия, скрытая в недрах атома, больше самой могучей химической энергии.
– И если бы, – продолжает Циолковский, – можно было ускорить радиоактивный распад, то станет доступной такая скорость, при которой достижение ближайшего солнца сократится до 10–40 лет. Тогда, чтобы ракета весом в тонну разорвала все связи с солнечной системой, довольно было бы щепотки радия.
А может быть с помощью электричества можно будет со временем и еще увеличить скорость отброса. Электрическая энергия или особые, быстро разлагающиеся радиоактивные вещества – вот средство получить большую скорость, – возражает Циолковский тем, у кого не хватает смелости допустить возможность грандиозных космических рейсов.
Есть и другая энергия, которая поможет нам получить сверхвысокие скорости.
Ее не нужно брать с собой. Ее нужно только поймать и заставить работать на нас. Это – лучистая энергия, которая несется в космическом пространстве.
Пусть пока это область фантазии. Перспективы, которые открывает ракета, «грандиозны, почти непостижимы чувству», – так говорил Циолковский.
Но разве можно поставить предел пытливой человеческой мысли, могуществу человеческого разума, могуществу советской науки и техники?
«Теперь наряду с задачами сегодняшнего дня наша наука и техника, естественно, обращаются и к большим перспективным проблемам с расчётом на будущее, и даже на очень отдалённое будущее», – подчеркивал академик Вавилов.
Среди этих проблем и грандиозная увлекательная проблема космических путешествий.
Нет пределов бесконечной Вселенной. Нет пределов могуществу науки, познающей и покоряющей природу. Межпланетные путешествия будут новыми вехами на пути открытия мира.
Эта задача будет решена. Человечество, по словам Маркса, ставит перед собой лишь такие задачи, какие оно в состоянии решить. И задача межпланетных полетов – в повестке дня науки и техники ближайшего будущего.
ПОКОРЕННЫЙ ЭЛЕКТРОН
Космические корабли, полеты во Вселенную – это пока еще фантастика. Но космические скорости уже перестали быть достоянием одних только астрономов. Они стали достоянием инженеров.
Мир сверхвысоких скоростей завоеван техникой нашего века. Особый, чудесный мир!
Бесконечно мал он, но и велик в то же время. Говоря словами поэта:
Еще, быть может, каждый атом —
Вселенная, где сто планет,
Там – все, что здесь в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
Их меры малы, но все та же
Их бесконечность, как и здесь…
В нем мы имеем дело с гигантскими скоростями, с огромными числами оборотов и колебаний в секунду.
Нам невидим этот мир ничтожно малых расстояний, ничтожных промежутков времени, ничтожных масс…
Но невидимый мир малого в руках человека делает большие дела. Нам удалось создать машины, работающие со сверхвысокими скоростями.
Благодаря им стали возможны многие достижения техники наших дней – радиолокация, телевидение, рентгеноскопия, микроскоп с увеличением в 100 тысяч раз и телескоп, с помощью которого можно заглянуть в неведомые глубины Вселенной, «машинная» математика, чудесные станки-автоматы и автоматы-контролеры…
Они стали возможны потому, что мы научились управлять невидимым потоком электронов, – мельчайших электрических частиц.
Разве можно построить машину, части которой двигаются со скоростью нескольких десятков тысяч километров в секунду? Машину, которая выполняла бы наши желания мгновенно, как мысль?
То, что дали нам электронные приборы, открыло совершенно необыкновенные возможности.
Увидеть невидимое – мир далеких звезд и мир молекул. Увидеть то, что, казалось бы, самой природой, по самой сущности вещей, навсегда скрыто от наших глаз.
Слышать на расстоянии многих тысяч километров. Передавать изображения по радио и телеграфу. Послать радиосигнал на Луну и получить отраженный сигнал, который точно ответит на вопрос, как далеко до нашего спутника. Наблюдать дожди и грозы за десятки километров. Уверенно вести корабли на море и самолеты в воздухе – ночью, в тумане, в облаках, в любую погоду.
Мгновенно решать сложнейшие математические задачи, узнавать, что делается в недрах металла, в деталях самых быстроходных машин, – не разрушая металл, не останавливая машины.
В тысячу раз быстрее сушить древесину. В тысячу раз быстрее разведывать залежи железных руд. В тысячи раз быстрее узнавать все свойства металлов и сплавов.
Управлять сложнейшими химическими превращениями, идущими с колоссальной быстротой, работой станка-автомата, проверять готовые изделия так точно и быстро, как не может самый лучший человек-контролер.
У электронных приборов необыкновенные «органы чувств». Они могут «уловить неуловимое»: электрический ток такой слабый, что его не замечают обычные наши приборы; тепло, излучаемое человеческим телом, – на расстоянии почти в пол километра; малейшее изменение яркости света – гонца из недр вещества и из глубин Вселенной; промежуток времени в миллионную долю секунды; колебания с частотой в миллиард раз в секунду…
Вес и размеры электронных приборов очень малы. Они работают бесшумно. Ими легко управлять, их легко регулировать. Они совершают чудеса. Крохотный прибор может «повелевать» огромным механизмом, следя за работой и управляя ею: электронные приборы усиливают передаваемую мощность в миллиарды раз…
Советские ученые и инженеры одержали немало побед в области электроники.
О ней теперь пойдет у нас речь.
Сколько хитроумия, изобретательности, тонкого искусства экспериментатора, сложных теоретических расчетов, опытов вложено в победы над микромиром!
Физика взвесила и измерила, изучила частицы, размеры которых так исчезающе малы, что воображение отказывается себе их представить, что цифры уже теряют свою осязательность. Только аналогия из привычной нам обстановки дает представление о них. Говорят что-то в таком роде: надо представить себе атом водорода величиной с большой зал, для того, чтобы электроны сделались едва заметными глазу – с точку, которую вы видите в конце этой фразы.
Настоящую же величину частичек из атомного мира бессильно представить наше воображение. И тем более ярко выступает перед нами мощь современной науки. На практике убеждаемся в правильности ее заключений о том, что недоступно нашим чувствам.
Когда мы слушаем радио или видим звуковой кинофильм, когда радиолокатором «достаем» до Луны, когда в десятках различных приборов послушно работает покоренный электрон, – это ведь торжество науки. Без нее невозможны все эти удивительные достижения техники.
Достижения электроники. 1. Электронный микроскоп дает увеличение в 100 тысяч – 200 тысяч раз, что позволяет видеть частицы размером до одной миллионной доли сантиметра – крупные молекулы. В оптический микроскоп, дающий увеличение до 2 тысяч раз, нельзя увидеть частицы, которые меньше двух стотысячных долей сантиметра. 2. Телевизор с электронной разверткой дает изображение из полумиллиона элементов и в ближайшем будущем сможет дать из полутора миллионов, что соответствует яркой, четкой проекции на киноэкране. Телевизор с механической разверткой давал изображение, состоящее из 19 200 элементов. 3. Электронная счетная машина может рассчитать траекторию метеорита быстрее, чем он летит от границ атмосферы до Земли. Арифмометр закончил бы такой расчет намного позднее. 4. Сверхвысокочастотные электронные лампы позволяют получать электромагнитные колебания частотой в десятки миллиардов в секунду. Машинные генераторы давали ток с частотой до 30 тысяч колебаний в секунду. 5. Электронный осциллограф (прибор для записи колебаний) регистрирует колебания с частотой до миллиарда в секунду. Осциллограф другой системы записывает колебания с частотой не более 10 тысяч в секунду. 6. В бетатроне – ускорителе заряженных частиц – электроны разгоняются до скорости, которая лишь на 0,03 процента меньше скорости света. Скорость снаряда дальнобойного орудия – около 1,5 километра в секунду. 7. Электронные приборы – реле – могут включать электрическую цепь в миллионные доли секунды. Электромагнитное реле срабатывает за тысячные доли секунды. 8. Радиолокатор обнаруживает самолет на расстоянии 10 километров за 0,00007 секунды. Звукоулавливателю понадобилось бы 30 секунд, а за это время современный скоростной самолет успеет пролететь около 10 километров.
Заглянем сейчас внутрь электронных приборов.
Основа электронной машины – электрон. Эта мельчайшая частичка материи чрезвычайно легка. 27 нулей нужно поставить в дроби после запятой перед первой значащей цифрой, чтобы написать, какую долю грамма весит электрон. В миллиардной доле грамма больше миллиарда миллиардов электронов!
Электрон – самый маленький электрический заряд. Электроны могут не только кружиться вокруг ядра в атоме, как планеты вокруг Солнца.
Ракета, преодолев притяжение Земли, путешествует между планетами. Победив притяжение Солнца, она перестает быть членом нашей солнечной системы и устремляется в глубины Вселенной, в далекий космический рейс.
Скорость, быстрое движение помогает ей разорвать оковы тяжести.
Электроны, которые непрочно удерживались ядром атома металла, освобождаются от него. Они становятся свободными, перестают быть спутниками ядра, членами его системы. Если скорость их достаточно велика, они побеждают притяжение электрических сил заряженных атомов и становятся свободными не только от своего «родного» атома, но и от всех атомов металла.
Как получить такие быстрые электроны? Что может заставить электроны покинуть металл?
Нагрев, высокая температура.
Теплота – это движение, и чем больше нагрет металл, тем быстрее двигаются его частицы, атомы и электроны.
Сначала немного, а потом все больше электронов срывается с поверхности. Возникает поток электронов, лавина электрических частиц.
Они невидимы, но дают знать о себе. Бомбардируя экран, покрытый слоем сернистого цинка, они заставляют его светиться. На светлом фоне экрана со слоем хлористого калия под ударами электронов появляются темные пятна.
Впрочем, так будет при одном условии: если электроны полетят в пустоте. В плотном воздухе или газе им не удастся добраться до экрана – движению помешают встречные газовые частички. И потому раскаленный металл – источник электронов – помещают в баллон, из которого выкачан воздух. Если в баллоне еще остается разреженный газ, то электронная лавина бомбардирует атомы газа.
Бомбардировка эта производит переполох в атомном мире. В него-ворвалась заряженная частица – быстро летящий электрон. Конечно, попасть в ядро такому электрону невозможно, его энергии недостаточно, чтобы прорваться к сердцу атома. Но тем не менее, в атоме происходят крупные события.
Влетевший электрон принес энергию. Это не может не отразиться на состоянии атома. Он возмущен вмешательством. Ведь там, в атомном мире, существует строгий порядок. По вполне определенным путям – орбитам – и только по ним разрешается двигаться вокруг ядра его спутникам-электронам. Однако они могут перескакивать с одной орбиты на другую. Энергия, принесенная извне, и помогает им это сделать.
Но даром такой прыжок для атома не проходит, ибо каждый электрон обладает совершенно определенной энергией, своей для каждой орбиты. И прыжок электрона на другую орбиту сопровождается изменением его энергии: излишек ее должен уйти. Он и уходит в виде излучения, света. Потрясенный, как говорят физики, возбужденный, атом испускает свет. Он стремится вернуться к прежней, «спокойной» жизни. Свечение атома сигнализирует нам об этих потрясениях.
Вот, кстати, почему светится раскаленный газ. Его атомы быстро двигаются, сталкиваясь между собою, их энергия увеличивается и становится достаточной, чтобы при столкновении происходили перескоки электронов с орбиты на орбиту. Попав на другую орбиту, электрон тотчас же стремится перейти на орбиту, ему разрешенную, избавившись от излишка энергии, которую он получил. Излучается порция световой; энергии – квант, излучается свет, характерный для атома данного газа. Все это происходит, разумеется, в невообразимо малые доли секунды.
И электрический ток, поток электронов в разреженном газе, также возбуждает его атомы.
Под ударами электронов газ начинает светиться. Красным, зеленым, синим цветом светятся надписи реклам. Белый свет, напоминающий солнечный, дают «лампы дневного света».
В электронных приборах удается сейчас достигнуть разрежения в тысячемиллиардную долю атмосферы! Такая пустота господствует далеко за пределами атмосферы, в межпланетном пространстве.
Она нужна в электронном приборе для того, чтобы расчистить дорогу электронам. Ведь и при давлении в миллион раз меньше атмосферного каждый кубический сантиметр пространства содержит еще около 10 тысяч миллиардов молекул воздуха.
Только в почти идеальной пустоте, при очень глубоком вакууме свободным электронам открыта свободная дорога.
Но источник электронов (его называют катодом) и глубокий вакуум еще далеко не все, что нужно для создания электронного прибора.
Потоком электронов необходимо еще управлять, ускорять его движение, изменять направление. Как же это сделать? Как повелевать частичками, которые в сотни тысяч раз меньше атома?
Здесь приходит на помощь сама природа этих частичек, мельчайших зарядов отрицательного электричества. Разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Значит, электричеством можно управлять – электричеством же.
Поставив на пути электронного потока положительно заряженный электрод (его называют анодом), мы заставим электроны двигаться быстрее, потому что анод будет их притягивать. Невообразимо мал и легок электрон. Потому и можно разогнать его электрической силой до чудовищных скоростей в десятки тысяч километров в секунду.
Инженер Г. Прудковский приводит следующий интересный пример. Чтобы переместить грамм массы детали какой-нибудь машины на один миллиметр в течение одной миллионной доли секунды, нужно усилие в 200 тонн. Для сравнения: при выстреле из артиллерийского орудия пороховые газы давят на снаряд с силой всего около 10 килограммов на каждый грамм его веса.
