Текст книги "Путешествия в космос"
Автор книги: Михаил Васильев
Жанр:
Астрономия и Космос
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 16 страниц)
ВСЕЛЕННАЯ, В КОТОРОЙ МЫ ЖИВЕМ
Человек довольно отчетливо представил себе и место, занимаемое нашей планетой в бесконечной Вселенной.
Наша Земля является одной из планет солнечной системы. В центре этой системы находится раскаленное Солнце. Температура его поверхности достигает 6000°, масса – в 333 432 раза больше массы земного шара. Попробуем представить себе в масштабе модель этой системы Земля – Солнце. Землю обозначим при этом крохотным кружочком диаметром всего 5 миллиметров.
Приготовьтесь к тому, что нам не хватит листа бумаги для того, чтобы изобразить эту величественную модель. Не хватит и стола и площади комнаты. Ибо центр Солнца придется отнести от Земли на целых 59 метров и обозначить его кружком диаметром чуть больше полуметра.
В гигантской окружности, которую мы можем теперь провести, заключены орбиты двух внутренних планет – Меркурия и Венеры. Чтобы обозначить первую, надо будет нарисовать кружок диаметром меньше 2 миллиметров на расстоянии приблизительно 23 метров от кружка, обозначающего Солнце, – это и будет Меркурий; второй кружок нарисуем на расстоянии 43 метров от Солнца – это будет Венера.
Для того чтобы на нашем плане изобразить всю солнечную систему, провести орбиту крайней известной нам планеты – Плутона, не хватит уже территории, занимаемой стадионом «Динамо». Ведь кружок, изображающий эту планету, придется отнести от центра системы на 2 километра 330 метров! Описанная этим радиусом окружность и обозначит известные нам сегодня границы солнечной системы. Наша модель займет площадь около 17 кв. километров!
Попробуйте с верхнего ряда трибуны стадиона «Динамо» рассмотреть гривенник, лежащий в центре футбольного поля. Это, конечно, невозможно. Так же невозможно, поднявшись над нашей моделью на расстояние, достаточное для того, чтобы можно было сразу всю ее окинуть взглядом, увидеть хотя бы один из нарисованных кружков – планет, так они мелки по сравнению с площадью, занимаемой их орбитами.
Если бы мы захотели теперь еще расширить модель так, чтобы можно было нанести на ней, соблюдая масштаб, положение ближайших к нашему Солнцу звезд, нам не хватило бы территории всего материка Евразии. Ведь ближайшая соседка нашего Солнца в космических пространствах – эта скромная звездочка, видимая только на небе Южного полушария, которая так и называется Проксима, что значит «Ближайшая», – находится от нас на расстоянии в 40 тыс. миллиардов километров. Луч света, пролетающий за секунду 300 тыс. километров, идет к нам от нее в продолжение 4,27 года.
Уменьшим нашу модель в миллион раз так, чтобы орбита Плутона сжалась до размера, чуть меньшего, чем тот 5-миллиметрового диаметра кружок, которым мы вначале обозначили Землю. Конечно, на таком плане нельзя уже будет рассмотреть кружков-планет и в самый лучший микроскоп. Даже Солнце будет на нем изображаться точкой величиной в долю микрона. Может быть, теперь удастся нам в наших земных условиях обозначить на планете место ближайшей звезды в пространстве. Да, удастся. Но, чтобы сделать это, надо иметь лист бумаги в несколько километров величиной. Ибо даже в этом масштабе Проксиму придется отметить точкой, находящейся на расстоянии 31 километра от солнечной системы!
Такова масштабная модель межзвездных пространств: Солнце, изображенное в виде пылинки, видимой лишь в микроскоп, десятки километров космических пространств, и снова такое же Солнце-пылинка. И это – ближайшие соседи! И не просто ближайшие соседи в космосе, а ближайшие соседи в звездной системе.
Как удалось в настоящее время установить астрономам, наше Солнце является членом колоссальной звездной системы, состоящей примерно из 150 млрд. звезд, называемой Галактикой. Звезды нашей Галактики мы видим в ясные ночи, скопление слабых звезд Галактики образует тот Млечный Путь, что широкой белой лентой лежит на небе. Он охватывает нашу Землю кругом. Значит, мы находимся не на самой окраине нашего звездного города.
Художник Н. И. Гришин
Шаг за шагом завоевывал человек атмосферу, все выше и выше проникая в ее заоблачные дали чуткими органами своих приборов. На высоту лишь немногим больше 20 км поднимаются современные самолеты. Но и эта скромная на наш сегодняшний взгляд высота превосходит более чем в два раза высочайшие горные вершины и области, в которые осмеливаются залетать самые могучие птицы. На 22 км над поверхностью Земли поднимались стратостаты, до высоты в 36,5 км – радиозонды и до 40 км – шары-зонды. На этой высоте обычно догорают метеоры.
Во много раз подняли «потолок», достигнутый человеком, ракеты. Одноступенчатая ракета «Викинг» со взлетным весом в 7,5 тонны 24 мая 1954 года достигла рекордной высоты – 254 км. Ее полет длился 10 минут, а максимальная развитая ею скорость составляла 8880 км в час. Почти удвоил этот рекорд полет составной двухступенчатой ракеты, достигнувшей высоты 480 км. Где-то, в пределах уже разведанных ракетами высот скоро будет создан искусственный спутник Земли.
Величина этого города колоссальна. Если бы мы захотели нанести его очертания на плане, на котором мы изобразили Солнце и Проксиму, у нас бы ничего не вышло: диаметр нашего звездного города равен примерно 85 тыс. световых лет. Солнце находится на расстоянии примерно 23 тыс. световых лет от его центра. В общем потоке бесчисленных звезд летит Солнце вокруг центра Галактики со скоростью около 250 километров в секунду. Полный оборот оно делает примерно за 180 млн. лет. Снова всей территории нашего материка не хватит для того, чтобы даже в таком уменьшенном масштабе мы могли начертать область, которую уже объял человек силой своего разума.
Но и это еще не крайние границы известной нам части бесконечной Вселенной. Астрономы нашли в ее черных глубинах огромное количество галактик, подобных нашей. До некоторых из них удалось даже измерить расстояние. Оно оказалось колоссальным: сотни тысяч и миллионы лет идет к нам свет от соседних нам звездных систем.
Так что же – подавить своим величием, необъятностью, беспредельностью должна наше воображение, наш разум эта открытая уже нами Вселенная?
Нет!
Наоборот, уверенность в безграничных возможностях человеческой мысли, уверенность в познаваемости любых явлений природы рождает в нас эта величественная картина уже постигнутого нами.
Всего 300 с небольшим лет тому назад Галилео Галилей впервые направил на небо свой телескоп. Он с трудом мог разглядеть в него самую общую картину ближайших «окрестностей» нашей Земли. А сегодня мы уже готовимся к дерзкой попытке отправиться туда, на разведку этих «окрестностей». Надо ли добавить, что завоевание ближайших планет не будет последним шалом человечества на этом пути?! И не так ли мы присматриваемся сейчас к звездам, как 300 лет назад Галилей к планетам?!
Такой выглядит Земля с высоты нескольких сотен км.
ДЗЕТА ВОЗНИЧЕГО
Чуткие пальцы радиолуча коснулись поверхности Луны и, отразившись, вернулись обратно.
Дзета Возничего, – так называют одну из не очень ярких звезд в созвездии Возничего, одну из скромных рядовых звезд ночного неба. Вот что нам известно сегодня об этой звезде.
Дзета Возничего является двойной звездой, системой из двух солнц, вращающихся вокруг общего центра тяжести. Одна из этих звезд светит оранжево-красным светом, другая – яркобелым.
Оранжево – красная звезда имеет огромный по сравнению с нашим Солнцем диаметр – в 294 раза больший! Но по массе она всего в 20 раз больше Солнца. Значит, плотность ее вещества значительно ниже, чем у Солнца. Действительно, она составляет всего 0,00001 плотности воды, тогда как плотность Солнца – 1,41 плотности воды. Температура ее поверхности ниже, чем температура поверхности Солнца почти в два раза. Она равна 3100°.
Белая звезда в 10 раз больше Солнца по массе и в 125 раз больше по объему. Плотность ее значительно выше, чем у оранжевой звезды. Белая звезда в 48 раз меньше по величине своего оранжевого собрата.
Интересны известные уже ученым данные о строении атмосферы оранжевой звезды. Общая толщина ее достигает огромной величины: около 45 млн. километров. Верхние слои этой колоссальной газовой оболочки состоят из разреженного водорода и паров кальция, в нижних, более плотных слоях имеется значительное количество паров металлов, в том числе и железа. Оранжевый гигант вращается вокруг своей оси, совершая один оборот за 785 дней.
От Дзеты Возничего луч света летит до Земли в продолжение 980 лет. Конечно, никогда никто из людей не был вблизи этой звезды, – человек еще не покидал своей планеты. Все, что мы знаем об устройстве этого двойного мира, ученые выпытали у находившегося почти 1000 лет в пути слабого луча света, к тому же искаженного атмосферой Земли.
НАЧАЛО НОВОЙ ЭРЫ
Пожалуй, только астрономы из всех ученых, занимающихся точными науками, не могут по своему желанию подвергать исследуемый объект непосредственному воздействию тех или иных факторов.
Действительно, нельзя представить себе химика, который бы, занимаясь исследованиями какого-нибудь вещества, не пытался воздействовать на него теми или иными реактивами. Физик использует действие различных температур, давлений, электрического тока. Биолог исследует влияние на рост растения влажного и сухого воздуха, состава почвы, температуры.
И только астрономы были бессильны влиять непосредственно на объекты своих исследований – звезды и планеты. Да и действительно, как это можно сделать, если объект исследования астронома в самом лучшем случае находится от него на расстоянии в несколько сотен тысяч километров. Как протянуть руку на такое расстояние?
Еще 50 лет назад сама мысль об этом была фантастикой.
А в 1946 году ученые впервые «дотянулись» до Луны. Через 400 тыс. километров космического пространства бросили они в направлении нашего ночного спутника мощный луч радиолокатора. Он словно чуткими пальцами коснулся поверхности Луны, и эхо этого прикосновения зафиксировал на Земле экран приемника.
Но уже только по времени, прошедшему до возвращения эха, с высокой точностью смогли мы определить расстояние до Луны. А ведь радиолокация Луны – это только первый шаг активной, если можно так назвать, астрономии. За ним неизбежно последует второй, третий, десятый. Начнется новая эра в науке о Вселенной – эра активного изучения и освоения ее безграничных пространств.
Мы живем как раз в то время, когда человеческой мысли стало под силу поставить эту грандиозную задачу и решить ее.
До далёкой звезды,
Обгоняя луч быстрого света,
Улетают мечты,
Вслед за ними умчатся ракеты.
Н. Кутов
ГЛАВА ВТОРАЯ
ОТВЕРГНУТЫЕ ПУТИ
ИЗ МГЛЫ ВЕКОВ
Кто не знает красивой легенды о гениальном греческом скульпторе и ученом Дедале и его сыне Икаре? Эту легенду рассказал в своей поэме «Метаморфозы» римский поэт Публий Овидий Назон.
Спасаясь от наказания за совершенное им преступление, рассказывает Овидий Назон, Дедал бежал из Афин на остров Крит к могущественному царю Миносу. Минос хорошо принял гениального скульптора. В благодарность Дедал построил для Миноса дивный дворец – Лабиринт, войдя в который уже невозможно было найти выхода. Но когда Дедал захотел вернуться на родину, оказалось, что Минос не желает отпускать столь полезного ему человека. Он запретил морским судам, поддерживавшим связь с материком, принимать на борт Дедала и его сына Икара.
– Раз морской путь для нас закрыт, – сказал Дедал, – мы покинем Крит по воздуху. В воздухе нам не страшна власть Миноса.
Дедал сделал из птичьих перьев, скрепленных воском, две пары крыльев и вместе с Икаром поднялся в воздух, держа путь на материк. Перед отлетом он предупредил сына, чтобы тот не подлетал слишком близко к Солнцу, дабы не растаял воск, соединяющий перья крыльев.
Не послушался Икар. Весело показалось ему летать в воздушной стихии. Поднялся он высоко в лучезарное небо, к самому Солнцу. Закапал расплавившийся воск, полетели по ветру рассыпанные перья, и юноша упал в море, которое в память о нем назвали Икарийским.
Но легенда об Икаре, приблизившемся к Солнцу, – это не самая ранняя легенда о космических путешествиях.
Две тысячи шестьсот лет назад в Ассирии царствовал человек с трудно произносимым именем – Ашшурбанипал. Он вел много войн, завоевал Вавилон, Элам, одно время владел Египтом. Повидимому, он был образованным, много знающим человеком. У себя во дворце он собрал грандиозную библиотеку. В то время книги делались не из бумаги и не из пергамента, – писали тогда на глиняных дощечках. Двадцать тысяч таких глиняных таблиц-рукописей собрал он в своем дворце.
В середине прошлого века эта библиотека грозного древнего царя была найдена археологами. И на одной из табличек историки прочитали сказание о полете в небо еще более древнего, чем Ашшурбанипал, царя Этана. По словам этого сказания, он поднялся на такую высоту, что Земля представилась ему не больше «хлеба в корзине», а затем совсем исчезла из глаз.
Надо ли говорить, что эти легенды не содержат ни грана истины; они свидетельствуют только о стремлении, существовавшем в разные времена и у разных народов, покинуть Землю и слетать в иные миры.
В средние века небо было объявлено жилищем богов, к которому и мечтать приблизиться было запрещено накрепко. Только писатели и поэты эпохи Возрождения снова вернулись к этой вечной мечте.
XIX век был веком стремительного развития науки и техники. Расширились знания в области астрономии, возникло воздухоплавание. Реальность идеи посещения соседних планет стала ясной для большинства образованных людей. Стали ясными и основные трудности, связанные с этой проблемой. Проекты, которые выдвигались в это время, уже носили не фантастический, а научный характер.
В чем же видели основную трудность осуществления космического полета ученые XIX века?
ВЕЗДЕСУЩАЯ СИЛА
Еще задолго до того, как Исаак Ньютон в 1682 году открыл закон всемирного тяготения, явления, связанные с этим законом, уже были замечены людьми. Да и как могла пройти незамеченной эта всемогущая, всепроникающая, буквально вездесущая сила, заставляющая камни скатываться с гор к их подножиям, реки стекать с материков в океаны, птицу, сложившую крылья, стремглав падать наземь.
Древние считали, что чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает вниз. Аристотель узаконил это положение, и только опыты Галилео Галилея, бросавшего тела разного веса с высокой башни и наблюдавшего за их падением, рассеяли это заблуждение.
Исаак Ньютон своим открытием распространил влияние силы тяжести на всю бесконечную Вселенную, объяснил наличием этой силы стройную гармонию движения небесных тел в нашей солнечной системе.
Сила, двигающая миры и роняющая на Землю брошенный вверх камень, сила, без которой Земля давно бы уже покинула свое место близ Солнца, является вместе с тем главным препятствием на пути человека в космическое пространство.
Надо или нейтрализовать или преодолеть эту силу.
Но как нейтрализовать вездесущую силу тяжести?
Исаак Ньютон первым объяснил, почему брошенный вверх камень падает обратно на Землю, и указал силу, которая двигает планеты.
«КЕВОРИТ» И «МИНУС-МАТЕРИЯ»
Герой увлекательного романа английского писателя Герберта Уэллса «Первые люди на Луне» изобрел специальный состав – «кеворит», непроницаемый для силы тяжести. Он построил из этого состава снаряд для космического путешествия в форме шара с большим количеством форточек во всех его стенках. Находящиеся внутри этого шара предметы и люди таким образом были изолированы от земного притяжения. А для того чтобы отправиться в космическое путешествие, надо было только открыть одну из «кеворитовых» форточек, находящуюся в направлении того небесного тела, к которому предполагается полет. Притяжение к этому телу всего, находящегося в снаряде, и увлечет снаряд в космический рейс.
Возможно ли, с точки зрения сегодняшней науки и техники, создание такого изолирующего притяжение вещества – «кеворита»?
Наука отвечает на этот вопрос отрицательно.
Но предположим даже, что будет создано вещество со столь изумительными свойствами. Позволит ли оно осуществлять космические путешествия?
Оказывается, нет.
Слишком далеко находятся от нас светила, слишком слабо влияние их притяжения на нашей планете. Даже под влиянием ближайшей к нам Луны космический «кеворитовый» корабль испытает столь ничтожное притяжение, что оно легко уравновесится случайно приставшими снаружи к его корпусу соринками и пылинками. А идеально чистому такому кораблю, подверженному притяжению Луны, она сможет сообщить ускорение всего в 0,003 см/сек2.
Кроме того, поместить что-либо в изолированное от сил тяготения «кеворитом» место будет не так-то легко: для этого придется совершить такую же количественно работу, как и для удаления этого предмета от Земли в бесконечность.
В романе современного американского писателя Эдмонда Гамильтона «Сокровище громовой Луны» рассказывается о путешествии безработных межпланетчиков – штурманов и пилотов космических кораблей – на один из спутников Урана, где они находят удивительное вещество – не притягивающееся, а отталкивающееся от всех других веществ.
Все, что сказано здесь о «кеворите», равно относится и к этой так называемой «минус-материи». Ее существование – досужий вымысел романиста. Поэтому все предположения о возможности совершения космических полетов с помощью «кеворита» или «минус-материи» надо считать чисто фантастическими.
Нет возможностей нейтрализовать силу тяжести. Значит, надо ее преодолеть.
СКОРОСТЬ ПРОТИВ ПРИТЯЖЕНИЯ
Бросьте вверх камень. Поднявшись на 15–20 метров, он на мгновение остановится, а затем начнет падать вниз. Бросьте камень сильнее, придайте ему большую скорость. Он взлетит выше. Чем с большей скоростью мы бросим камень, тем выше он взлетит. Выстрелом из пушки можно забросить снаряд на высоту нескольких – свыше 10 – километров. Начальная скорость снаряда при этом превосходит 1,5 километра в секунду. Так, может быть, можно придать телу такую скорость, что оно улетит за пределы атмосферы, в космическое пространство, и никогда уже не вернется на Землю? Может быть, можно преодолеть притяжение скоростью?
Да, можно.
У Ньютона в книге о притяжении есть такое рассуждение.
Предположим, что на очень высокой горе, такой высокой, что ее вершина находится уже вне атмосферы, мы установили гигантское артиллерийское орудие. Ствол его расположили строго параллельно поверхности земного шара и выстрелили. Описав дугу, ядро падает на Землю. Увеличиваем заряд, улучшаем качество пороха, тем или иным способом заставляем ядро после следующего выстрела двигаться с большей скоростью. Дуга, описанная ядром, становится более пологой. Ядро падает значительно дальше от подножия нашей легендарной горы.
Еще увеличиваем заряд и стреляем. Ядро летит по такой пологой траектории, что оно движется параллельно поверхности земного шара.
Ядро в этом случае уже не может упасть на Землю. И описав окружность вокруг нашей планеты, ядро возвращается к точке вылета.
Орудие можно тем временем снять. Ведь полет ядра вокруг земного шара займет свыше часа. И тогда ядро стремительно пронесется над вершиной горы и отправится в новый облет Земли. Упасть, если, как мы условились, ядро не испытывает никакого сопротивления воздуха, оно не сможет никогда.
Скорость ядра для этого должна быть близкой к 8 километрам в секунду.
А если мы еще увеличим скорость полета ядра?
Оно сначала полетит по дуге, более пологой, чем кривизна земной поверхности, и начнет удаляться от Земли. При этом скорость его под влиянием притяжения Земли будет уменьшаться. И наконец, повернувшись, оно начнет как бы падать обратно на Землю, но пролетит мимо нее и замкнет уже не круг, а эллипс. Ядро будет двигаться вокруг Земли точь-в-точь так же, как Земля движется вокруг Солнца: по эллипсу, в одном из фокусов которого будет наша планета.
Если мы еще увеличим начальную скорость ядра, эллипс получится более растянутый. Можно так «растянуть» этот эллипс, что ядро долетит до лунной орбиты или даже еще дальше.
Но до тех пор, пока его начальная скорость не превысит 11,2 километра в секунду, оно будет оставаться спутником Земли.
Ядро, получившее при выстреле скорость свыше 11,2 километра в секунду, навсегда улетит с Земли по параболической траектории. Если эллипс – замкнутая кривая, то парабола – кривая не замкнутая. Двигаясь по эллипсу, каким бы вытянутым он ни был, мы неизбежно будем систематически возвращаться к исходной точке. Двигаясь по параболе, в исходную точку мы никогда не вернемся: обе ее ветви уходят в бесконечность.
Но, покинув Землю с этой скоростью, ядро еще не сможет улететь в бесконечность. Могучее тяготение Солнца изогнет траекторию его полета, замкнет вокруг себя, наподобие траектории планеты. Ядро станет самостоятельной крохотной планеткой в семье планет солнечной системы.
Скорость около 8 километров в секунду (эта скорость зависит от высоты «горы», с которой стреляет наша пушка) называется круговой скоростью. Скорости от 8 до 11,2 километра в секунду являются эллиптическими; скорость 11,2 – параболическая; свыше 11,2 – скорости гиперболические.
Для того чтобы направить наше ядро за пределы солнечной системы, чтобы преодолеть солнечное притяжение, надо сообщить ему скорость свыше 16,7 километра в секунду.
Здесь же следует добавить, что приведенные значения этих скоростей справедливы только для Земли. Если бы мы жили на Марсе, круговая скорость была бы для нас достижима значительно более легко: она там составляет всего около 3,6 километра в секунду, а параболическая – лишь незначительно превосходит 5 километров в секунду. Зато отправить ядро в космический рейс с Юпитера было бы значительно труднее, чем с Земли: круговая скорость на этой планете равна 42,2 километра в секунду, а параболическая – даже 61,8 километра в секунду!
Мысленно установив на вершине горы орудие, будем стрелять из него, все увеличивая пороховой заряд, а вместе с этим и скорость вылетающего снаряда. Все более пологой будет становиться его траектория, и, наконец, снаряд ляжет на круговую орбиту – превратится в искусственный спутник Земли. Дальнейшее увеличение скорости превратит круговую орбиту в эллиптическую, а затем, разорвав ее, отправит снаряд в безвозвратный космический рейс.
