Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 25 страниц)
Загадка безвоздушного ветра
В 1746 году один из крупнейших ученых XVIII века, петербургский академик и друг Ломоносова, Леонард Эйлер в споре с Ньютоном о природе света высказал предположение, что свет давит на каждое тело, на которое он падает. Современники не согласились с Эйлером. Ученые тогда даже представить себе не могли, как это свет, нечто легкое, невесомое, эфирное и вдруг давит, гнетет, как сыплющийся песок, как струя воды или воздуха. Ведь это же все-таки свет, а не песок и не струя какого-то вещества. Разве свет может давить?
Яркая искорка гениальной догадки, мелькнувшая в науке, не разгорелась в пламя, но и не угасла. Она не могла угаснуть, – кометы, эти хвостатые небесные странницы, при каждом своем появлении возле Солнца, напоминали ученым, что в природе существует отталкивательная сила, и эта сила исходит из Солнца, так же как и его свет!
Еще в глубокой древности было замечено, что хвосты комет всегда поворачиваются в сторону, противоположную Солнцу. Римский философ Сенека писал: «Хвосты комет бегут пред солнечными лучами». А китайский летописец Мин Туань-линь, живший 8 начале нашего тысячелетия, упоминает в своей хронике о комете, являвшейся в марте 837 года и сообщает о законе, установленном китайскими астрономами: «У кометы, которая находится к востоку от Солнца, хвост по отношению к ядру направлен к востоку, если же комета является на западе, то и хвост направлен к западу».
Хвост кометы не тянется за ее головой, как дым за паровозом в тихую погоду. Хвост всегда откинут в том же направлении, в каком падает тень от ядра кометы. Поэтому, когда хвостатая гостья огибает Солнце, ее хвост летит рядом с ней; потом, когда комета начинает удаляться, хвост отворачивается все круче и круче; он обгоняет голову, и комета летит хвостом вперед. Хвост удаляющейся кометы напоминает луч света от фары, которая освещает космической страннице путь во тьму межзвездного пространства.
Хвост кометы всегда направлен в сторону, противоположную Солнцу.
Словом, хвост кометы поворачивается, как флюгер, – так, как будто от Солнца дует сильный ветер.
Но ведь в межпланетном пространстве ветра нет. Откуда взяться ветру там, где нет воздуха.
Ученые терялись в догадках, пытаясь понять природу «безвоздушного ветра». И многие вслед за Эйлером склонялись к мысли, что в межпланетном пространстве роль ветра играют солнечные лучи.
Знаменитый русский астроном Федор Александрович Бредихин определил величину отталкивательных сил, вызывающих образование хвоста.
Под влиянием жара солнечных лучей в ядре кометы тают льдинки, вскипают замерзшие газы, и начинают испаряться легкие металлы. Частицы газов, паров и пыли, клубящиеся в голове кометы, попадают под влияние отталкивательной силы. Эти силы для маленьких частиц оказываются более значительными, чем тяготение Солнца, они отгоняют – «сдувают» с ядра кометы все мелкие частицы в сторону.
При этом таинственная отталкивательная сила действует на разные частицы по-разному: на мелкие – сильнее, на более крупные – слабее. Бредихин установил, что в зависимости от размера частиц образуются хвосты трех различных типов.
Первый тип – прямые. Эти хвосты направлены почти в точности в. сторону, противоположную Солнцу. Их вещество удаляется прочь, от ядра кометы со скоростью около 10 километров в секунду, потому что сила отталкивания по меньшей мере раз в восемнадцать превышает силы тяготения.
Второй тип – искривленные, изогнутые наподобие сабли или рога. В этих хвостах вещество движется со скоростью около 2 километров в секунду, так как отталкивание примерно раза в два превышает тяготение.
И, наконец, третий тип хвостов – короткие, сильно изогнутые и похожие на сноп или на метлу. Вещество в этих хвостах движется медленно, а силы отталкивания лишь незначительно превышают тяготение.
Бредихин установил, что частицы кометного вещества, образующие хвосты первого рода, – очень легки. Это атомы газов. Хвосты второго рода состоят из более тяжелых частиц, а хвосты третьего рода – из самых тяжелых – вроде пылинок или песчинок.
Силы отталкивания действительно похожи на обычный ветер. Если на ветру сыпать тонкой струйкой песок, мелкие пылинки полетят в сторону почти по прямой линии, пылинки покрупней, описав дугу, упадут поодаль, а песчинки как самые тяжелые будут падать почти вертикально, словом, получатся те же три типа кометных хвостов.
Три типа кометных хвостов.
О природе этой удивительной силы, исходящей от Солнца, Бредихин не высказал никаких предположений. Почему она не оказывает влияния на всю комету, но действует исключительно на мелкие частицы, почему, чем легче частицы, тем сильнее они отталкиваются – ни Бредихину, ни другим ученым было тогда непонятно.
Продолжая свои исследования кометных хвостов, Бредихин убедился, что при первом определении величины отталкивательных сил он несколько преуменьшил ее значение. В некоторых случаях эти силы превышают тяготение не в восемнадцать, а почти в тысячу раз.
Эти работы Ф. А. Бредихина составили целую эпоху в изучении комет, и каждый раз, когда из бездонной глубины звездного свода спускается к нам небесная странница, огромный круг людей повторяет имя Бредихина.
Могущественная сила природы
В 1891 году молодой ученый Петр Николаевич Лебедев проходил практику в Страсбурге. Он только что закончил работу над своей диссертацией, успешно ее защитил и снова вернулся к той теме, которую наметил для исследования еще в 1889 году. Лебедев решил доказать, что солнечный свет и есть та самая таинственная отталкивательная сила, которая откидывает кометные хвосты в сторону, противоположную Солнцу.
До Лебедева многие ученые пытались измерить силу давления световых лучей. Они делали вертушки, наподобие мельничных колес, направляли на их лопасти сильный свет и наблюдали, что получится. У некоторых ничего не получалось, у других световые мельнички начинали вертеться, но при проверке неизменно оказывалось, что вертятся они не под действием света, а совсем от других– причин. И доказать существование светового давления никто не мог. Эта задача была не по силам ученым конца прошлого века.
Лебедев тоже изготовил вертушку, но она не походила на мельничное колесо, ее лопасти имели форму маленьких кружков. Свой прибор Лебедев заключил в стеклянный баллон.
Для успеха опыта вертушка должна находиться в безвоздушном пространстве, то есть из баллончика предстояло выкачать весь воздух без остатка, а вот это-то, как оказывается, сделать невозможно.
В одном кубическом сантиметре воздуха при 0° и нормальном давлении содержится 2687·1016 молекул газа. Самые лучшие насосы, какие тогда существовали, могли уменьшить плотность воздуха в десять тысяч раз. Следовательно, после того, как из баллона будет выкачано 0,9999 воздуха, в каждом кубическом сантиметре все-таки останется 2687·1012 – два миллиона шестьсот восемьдесят семь тысяч миллиардов молекул! И полностью избавиться от них нельзя. Ни один насос на свете не в состоянии выкачать все молекулы до одной. А они-то и портят все дело.
Лебедев изучил причины неудач, постигших его предшественников. Их беда заключалась в том, что оставшиеся в баллоне молекулы оказывали поистине медвежью услугу. Они вредили тем, что усиленно помогали световым лучам вертеть крылышки вертушки.
Как известно, частицы газов способны оседать на поверхности металла и даже впитываться в его поры.
Свет, падая на лопасти вертушки, нагревал их. Теплота передавалась молекулам газа, приставшим к поверхности металла. Нагревание заставляло молекулы покидать «насиженные» места. Они срывались и стремительно улетали прочь.
Скорость движения молекул велика. При температуре в 15° молекулы азота и кислорода движутся со скоростью около 450 метров в секунду. Это составляет свыше 1600 километров в час. Скорость гаубичного снаряда!
Когда снаряд вылетает из дула, ствол орудия в силу отдачи откатывается назад. Когда человек выскакивает из лодки на берег, лодка отходит от берега. Отдача, откат – это проявление третьего закона движения. Он действителен для всех движущихся тел, в том числе и для молекул.
Когда молекулы газа, приставшие к поверхности металла, срываются и отлетают с «артиллерийской» скоростью в одну сторону, они одновременно и довольно сильно толкают крылышко в противоположном направлении. Вертушка начинает вращаться.
Ударившись о стенки стеклянного баллона, молекулы, подобно мячикам, отскакивают назад. Некоторые из них налетают на лопасти вертушки и тоже подталкивают их – вертушка ускоряет свое движение.
Все эти явления разыгрываются на освещенной плоскости крыльев. Толчки молекул направлены в ту же сторону, в какую действует свет. Ученые, пытавшиеся измерить световое давление, видели, что мельнички вертятся, и думали, что их вертят световые лучи, а лучи-то были не при чем – сказывалась «медвежья услуга» газовых молекул.
Надо было избавиться от непрошенной помощи. А как это сделать, – никто, кроме Лебедева, придумать не мог.
Лебедев блестяще преодолел все затруднения, которые мешали работе его предшественников. Он сделал лопасти вертушки из листочков платины, толщиной всего лишь в 0,02 миллиметра. Они были тоньше папиросной бумаги. Такой металлический кружок под действием лучей прогревается насквозь. Поэтому молекулы, приставшие к поверхности металла, должны были срываться одновременно и с освещенной, и с теневой стороны крылышек. Их толчки, направленные в противоположные стороны, взаимно уничтожались.
Стеклянный баллон Лебедев взял попросторнее, чтобы большинство молекул, отскакивающих от стенок, не могло возвращаться и подталкивать лопасти его вертушки.
Вертушки из прибора П. Н. Лебедева.
На вертушке Лебедев укрепил несколько пар крыльев. Одни из них он отполировал до зеркального блеска, другие – зачернил; одни сделал полегче, другие – потяжелее. Посылая луч света то на одну пару крылышек, то на другую, Лебедев мог сравнивать, какое действие оказывает свет на каждую пару крылышек. А это, в свою очередь, позволяло ему учитывать и исключать влияние помех, грозивших исказить результаты опыта.
Между фонарем с электрической дугой и баллоном Лебедев поместил высокую плоскую банку с водой. Вода поглощает «теплые» инфракрасные лучи, они сильно нагревают все тела, на которые падают. Это предохранило лопасти вертушки от излишнего нагрева.
Однако Лебедев понимал, что все эти предосторожности имеют смысл только при условии, что в баллоне останется как можно меньше молекул воздуха. И с этой задачей Лебедев успешно справился, – если воздух из баллона не удается выкачать, то его можно оттуда вытеснить!
Лебедев налил на дно баллона немного ртути, затем присоединил к баллону воздушный насос и включил электрический мотор. Через несколько часов насос стал работать почти вхолостую, он уже взял все, что мог. Тогда Лебедев направил на вертушку, висевшую на стеклянной нити в центре баллона, луч яркого света. Свет нагрел платиновые кружки и согнал часть молекул газов, прилепившихся к поверхности металла. Насос продолжал откачивать.
Лебедев подогрел стенки баллона, чтобы поторопить те молекулы, которые гнездились на стекле. Насос откачал еще немножко воздуха.
Затем Лебедев применил главное средство: он поставил спиртовку под дно баллона, ртуть стала испаряться, ее пары, подымаясь, вытесняли молекулы воздуха и гнали их к насосу. Насос получил работу – он начал выкачивать пары ртути, а вместе с ними и молекулы воздуха.
На следующий день работа продолжалась в том же порядке. Насос качал. Лебедев с помощником освещали баллон электрической дугой, подогревали баллон спиртовкой. Ртуть испарялась. И на третьи сутки было то же самое – свет, нагревание…
Так ученый работал несколько дней до тех пор, пока не убедился, что ни насос, ни свет, ни пары ртути более не могут выгнать из баллона ни одной молекулы. Теперь оставалось избавиться от остатков ртутных паров. Это уж было совсем просто. Воздушный насос остановили, а баллон обложили толченым льдом с солью. Температура в баллоне резко упала. Ртутные пары вымерзли и осели.
Таким образом давление газов в баллоне удалось довести до миллиардных долей атмосферы. Можно было приступить к опыту.
Однако прежде чем его начать, Лебедев измерил плотность светового потока в приборе, то есть узнал, сколько света пошлет его фонарь на лопасти вертушки, и вычислил, с какой силой лучи света будут давить на платиновые кружочки. Опыту Лебедев хотел оставить только скромную роль: подтвердить и уточнить его теоретические расчеты.
Исторический опыт начался.
Прибор Лебедева был устроен так, что световой луч можно было направлять попеременно то на правые, то на левые крылышки. Ученый передвигал зеркала, и свет ударял по платиновым кружкам – по правым спереди, по левым сзади. От толчков света вертушка, висевшая на стеклянной нити, поворачивалась из стороны в сторону, как балансир карманных часов.
Схема прибора П. Н. Лебедева. С – собирательные линзы, Д – диафрагма, К – конденсатор, В– водяной фильтр, 3 – зеркала, 3–3 – зеркала на подвижной пластинке, Л – линзы, Р – пластинка, О – вертушка.
Лебедев посылал луч и на зачерненные кружки и на блестящие, на легкие и на утяжеленные. Наблюдая и измеряя размахи качаний вертушки, он доказал, что свет действительно давит на все предметы, на которые падает.
Величина светового давления исключительно мала. На Земле, то есть на расстоянии в 149 674 километров от светоносной поверхности Солнца, свет давит с силой всего лишь в 0,474 миллиграмма на квадратный метр.
Лебедев так блестяще, так тщательно и убедительно провел свой опыт, что никто в мире не мог возражать ему. Самые ярые противники Лебедева, упорно отрицавшие существование светового давления, сдались и признали себя неправыми.
Определив силу светового давления на твердые тела, Лебедев стал исследовать – как велико давление световых лучей на частицы газов. Это была несравненно более трудная задача. Ее решение потребовало почти десятилетнего напряженного труда. Лебедев построил и испытал более двадцати приборов. Только в 1910 году последним, остроумно задуманным, опытом Лебедев добился цели – световое давление на газы было доказано, и загадка кометных хвостов решена.
Преждевременная смерть (П. Н. Лебедев умер 14 марта 1912 года) прервала его исследования светового давления.
Эту работу продолжили его ученики и преемники.
Судьба пылинок и песчинок
Академик В. Г. Фесенков очень основательно исследовал происхождение и судьбу пылинок, витающих в солнечной системе. Он указал, откуда берется эта пыль и куда исчезает.
Сильно засоряют межпланетное пространство астероиды. Они роятся главным образом в промежутке между орбитами Марса и Юпитера. Их число велико, а пути изменчивы. Сталкиваясь между собой, эти летающие скалы и камни дробятся, а их осколки и пыль разлетаются в стороны.
Каменные глыбы в ядрах комет, ударяясь друг о друга, крошатся сами и размалывают камешки, попавшие между ними.
Вдребезги разбиваются метеориты, падающие на поверхность астероидов и лун, лишенных атмосферы.
Астрономы В. В. Федынский и К. П. Станюкович подсчитали, что метеорит, ударившийся о поверхность Луны со скоростью свыше 50 километров в секунду, не просто разобьется на кусочки. Энергия его движения при ударе перейдет в теплоту, и метеорит взорвется, как самый настоящий артиллерийский снаряд, начиненный сильнейшим взрывчатым веществом.
Горные породы, обращенные в пыль взорвавшимся метеоритом, будут выброшены прочь. Часть этой пыли осядет обратно на поверхности Луны, а часть рассеется в пространстве, так как тяготение Луны не сможет ее удержать.
Астрономическими наблюдениями уже доказано, что поверхность Луны, ее долины и углубления цирков покрыты слоем пыли, образовавшейся в результате непрерывной космической бомбардировки.
По расчетам В. В. Федынского и К. П. Станюковича количество вещества, выброшенного в пространство взрывом метеорита, во, много раз превышает вес самого метеорита. А это означает, что масса Луны от падения метеоритов не увеличивается, а уменьшается. Метеориты как бы «обгрызают» Луну.
Такова же судьба всех остальных тел солнечной системы, лишенных атмосфер. Метеориты их дробят, а осколки выбрасывают в пространство. Планеты, одетые атмосферами, и Титан, спутник Сатурна, защищены от губительного действия метеоритов. Воздушная оболочка тормозит стремительное падения метеоритов и не позволяет пыли разлетаться в пространстве.
Свет электрической дуги, направленный на струйку мелких песчинок, отбрасывает их в сторону.
Судьба пылинок, попавших в межпланетное пространство, складывается в зависимости от их размеров. Для каменной пылинки, диаметром в 0,59 микрона и имеющей форму шарика, давление солнечных лучей полностью уравновешивает тяготение. Такая пылинка не может ни приблизиться к Солнцу, ни удалиться от него. Железные пылинки, как более тяжелые, способны находиться в таком «взвешенном» положении, если они имеют в поперечнике 0,16 микрона.
Разумеется, пылинок, обладающих в точности такими размерами, крайне мало. Большинство их либо больше, либо меньше. Тяжелые и крупные подчиняются тяготению Солнца, маленькие и легкие – световому давлению.
Как только где-либо образуется тончайшая пыль, солнечные лучи подхватывают ее и выбрасывают далеко за орбиту Плутона. Свет Солнца выполняет роль «дворника» – он «подметает» пространство, очищая его от пыли.
Точно так же и космическая пыль из межзвездного пространства не может приблизиться к солнечной системе. Солнце своими лучами расчищает себе широкий путь, подбирая только наиболее крупные частички.
Все крупные пылинки и песчинки, как и другие тела солнечной системы, обращаются вокруг Солнца, но пути их в пространстве извилисты и своеобразны. Им, как самым маленьким членам солнечной семьи, приходится подчиняться и тяготению Солнца, и тяготению планет, и давлению солнечных лучей.
Орбиты пылинок искривляются под влиянием притяжения наиболее массивных членов солнечной системы, а, попадая в тень планеты, астероида или другой песчинки, частички «проваливаются» в тень, как в яму. В тени световое давление не действует, остается одно тяготение, и пылинки изменяют направление полета. Если это происшествие случилось недалеко от планеты и пылинка не успеет выскользнуть из тени, она заканчивает свое путешествие – сгорает яркой искоркой в атмосфере планеты.
Притяжение и отталкивание
Свет не только отталкивает пылинки в сторону. Он одновременно тормозит их движение, замедляет их полет. Свет и в этом отношении похож на ветер. Ветер мешает велосипедисту, не только когда дует «в лоб». При боковом ветре тоже ехать очень трудно. Боковой ветер тормозит движение.
Точно так же действует и свет. Пылинка, летящая вокруг Солнца, понемногу теряет скорость, и орбита у нее получается не круговая, а спиральная.
С каждым оборотом пылинки и другие мелкие тела медленно и неуклонно приближаются к Солнцу. Так световое давление, отталкивая пылинки, заставляет их стремиться к Солнцу, то есть как бы… притягивает их.
Это явление наглядно и убедительно подтверждает важное положение диалектического материализма, высказанное Ф. Энгельсом в его «Диалектике природы».
«…притяжение и отталкивание столь же неотделимы друг от друга, как положительное и отрицательное, и поэтому уже на основании самой диалектики можно предсказать, что истинная теория материи должна отвести отталкиванию такое же важное место, как и притяжению, и что теория материи, основывающаяся только на притяжении, ложна, недостаточна, половинчата»[11]11
Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1950 г., стр. 193.
[Закрыть].
Астрономия дает неопровержимые доказательства неразрывного единства притяжения и отталкивания. Например, тяготение удерживает Луну на ее орбите, не позволяет ей удаляться, но, одновременно, вызывая на Земле приливы, заставляет Луну отодвигаться от Земли – как бы отталкивает ее.
Так и солнечный свет, – отталкивая пылинки, он притягивает их к Солнцу. Лучевое давление неразрывно связано с лучевым торможением. Поэтому странствования пылинок в межпланетном пространстве не могут быть продолжительными, а сами пылинки – долговечными.
Академик В. Г. Фесенков подсчитал, что только крупная глыба способна обращаться вокруг Солнца в течение нескольких миллиардов лет. Метеориты, то есть мелкие осколки астероидов, камешки из кометных ядер, песчинки и пыль обречены на более скорую гибель.
Камешек, размером около двух сантиметров в поперечнике, летающий в настоящее время между орбитами Земли и Марса, через 7–8 миллионов лет под влиянием торможения солнечными лучами окажется возле поверхности Солнца.
Случается, что по пути к Солнцу такой камешек или даже кучка камешков, пылинка или пылевое облако сталкиваются с Землей, с Венерой или Меркурием.
Врезавшись на большой скорости в земную атмосферу, камешек промчится по небу ярким болидом, песчинка оставит тонкий искристый след метеора, а мельчайшая пыль, увязнув в верхних слоях атмосферы, вызовет ее помутнение.
Не так давно – в 1938 году на севере Советского Союза наблюдалось появление довольно большого и плотного облака космической пыли.
В 8 часов утра 18 сентября ни в Игарке, ни в окрестных селениях еще ничего заметно не было. Стоял обычный пасмурный день. В половине девятого облака приняли странный желтовато-бурый, а местами даже красноватый оттенок. К девяти часам бурая окраска облаков усилилась. Небо приняло зловещий коричневатый цвет.
С каждой минутой сгущались неожиданные сумерки. День, едва начавшись, угасал. В десятом часу в помещениях пришлось зажечь огни. В половине одиннадцатого исчезли последние признаки света. Наступила черная непроглядная ночь.
В десять часов тридцать две минуты у горизонта показалась светлая полоска. Тьма начала постепенно рассеиваться, и к 14 часам снова вернулся день.
Ночь среди дня длилась почти шесть часов. Она охватила территорию в несколько тысяч квадратных километров.
Ученые предполагают, что внезапное возвращение ночи было вызвано облаком космической пыли.
Марс, Земля, Венера, Меркурий – только крошечные шарики по сравнению с Солнцем. Им достается ничтожнейшая доля вещества, распыленного в межпланетном пространстве. Большинство метеоритов и пылевых частиц пролетает мимо планет. И свое существование они заканчивают иным образом.
Все эти частицы обращаются вокруг Солнца. Их спиральные орбиты понемногу сужаются. Расстояние между камешком и огненной поверхностью Солнца сокращается.
Пыль и газы, извергнутые звездами и отогнанные световыми лучами, собираются в огромные облака – туманности. На рисунке одна из таких туманностей – «Северная Америка».
Казалось, еще несколько обращений, и метеорит погибнет в пылающей пучине. Но этого случиться не может.
Жар солнечных лучей велик. Летающая частичка раскаляется. Сначала улетучиваются газы, впитавшиеся в поры метеоритного вещества. Затем испаряются легкие металлы. В 15 миллионах километров от Солнца начинает испаряться железо. Метеорит превращается в крошечную, невидимую с Земли, комету-малютку. Вещество метеорита испаряется, солнечные лучи подхватывают его остатки и выгоняют их в межзвездное пространство.
Солнечное затмение, наблюдаемое с Луны. Солнце закрыто Землей, и около Солнца видно чечевицеобразное облако пылевых частиц – зодиакальный свет.
На Солнце падают только очень крупные метеориты, которые летят быстро и во время пути не успевают расплавиться и испариться.
Все камешки, песчинки и пылинки, которые кружатся возле Солнца, и их остатки, удаляющиеся прочь, образуют вокруг Солнца облако пылевого вещества. Оно видимо с Земли и называется зодиакальным светом.
Исследование зодиакального света, выполненное академиком В. Г. Фесенковым, показало, что светится в этом облаке именно пыль. Она блестит в солнечных лучах и отражает их так же, как и речной песок или морская галька.
Жаром своих лучей Солнце испепеляет за год примерно 50–60 миллионов тонн метеоритного вещества Это совсем немного. За тысячу лет Солнце расходует на образование зодиакального света такое количество космической пыли, из которого можно было бы сложить астероид диаметром около 4 километров.
В течение ста тысяч лет состав облака зодиакального света полностью обновляется.
И поэтому облако зодиакального света нельзя считать остатком первобытной туманности.
