Текст книги "Новая занимательная астрономия"
Автор книги: Соломон Фенрир
сообщить о нарушении
Текущая страница: 4 (всего у книги 17 страниц)
Новое о Тунгусском метеорите
На протяжении более полувека всеобщее внимание привлекает к себе загадочное событие, которое произошло летом 1908 г. в Сибири. Речь идет о знаменитом Тунгусском метеорите.
На рассвете 30 июня 1908 г. вековое спокойствие сибирской тайги было неожиданно нарушено появлением ослепительно яркого тела, с огромной скоростью летящего по небу. Затмив на несколько секунд солнечный свет и оставив за собой густой дымный след, оно скрылось за горизонтом. Еще через мгновение вблизи фактории Вановара, расположенной в районе реки Подкаменная Тунгуска, взметнулся гигантский столб пламени, хорошо видимый с расстояния до 450 км, образовалось огромное дымовое облако. Катастрофа сопровождалась оглушительными взрывами, которые были слышны в радиусе 100 км. На огромной территории, как при сильном землетрясении содрогалась почва, дрожали здания, лопались оконные стекла, качались висячие предметы. Колебания почвы были зарегистрированы многими сейсмическими станциями Земли, а воздушная волна несколько раз обошла вокруг планеты…
Первая экспедиция к месту Тунгусской катастрофы была организована лишь после Октябрьской революции в 1927 г. Академией наук СССР. В 1928–1930 годах были осуществлены еще две дополнительные экспедиции, а в 1938 г. произведена аэрофотосъемка района катастрофы, к сожалению, очень неполная.
Затем исследования прервала Великая Отечественная война, и очередная Тунгусская экспедиция состоялась только в 1958 г. Однако в последние годы на месте Тунгусской катастрофы побывало несколько хорошо оснащенных самодеятельных экспедиций. Работала в этом районе и комплексная экспедиция Академии наук СССР.
Еще в ходе первоначальных исследований был обнаружен ряд загадочных обстоятельств. В частности, не было найдено ни одной воронки, которые обычно образуются при ударе о Землю космических тел, и ни одного осколка. Лес оказался повален на огромном пространстве в десятки километров, причем направление лежавших на земле стволов деревьев отчетливо указывало направление к центру взрыва. Но именно в центре, где, казалось бы, разрушения должны быть наибольшими, деревья устояли на корню. И только их верхушки и почти все ветви были обломаны таким образом, что создавалось впечатление, будто воздушная волна ударяла по ним сверху…
Возникло предположение о том, что взрыв Тунгусского метеорита произошел в воздухе, на значительной высоте над поверхностью Земли. Судя по всему, взрыв этот носил точечный характер, т. е. произошел мгновенно, в течение сотых долей секунды – в противном случае не получился бы столь правильный радиальный вывал леса. В связи с этим появился ряд гипотез о природе загадочного тела, в том числе и весьма экзотических – вплоть до чисто фантастической гипотезы об аварии космического корабля инопланетной цивилизации, будто бы потерпевшего над тунгусской тайгой ядерную катастрофу.
Однако все предположения – речь, разумеется, идет о научных гипотезах – наталкивались на серьезные трудности и ни одно из них не могло считаться общепризнанным.
На примере Тунгусского метеорита отчетливо прослеживается одна любопытная закономерность, связанная с изучением загадочных явлений природы, для которых в течение долгого времени не удается найти исчерпывающего научного объяснения. Обычно в поисках такого объяснения предпринимаются попытки привлечь для этого каждое новое фундаментальное открытие в соответствующей области естествознания.
Так, с открытием античастиц и развитием идеи антивещества в физике элементарных частиц было высказано предположение о том, что Тунгусский метеорит представлял собою небольшой кусок антивещества, миллиарды лет носившийся в космическом пространстве, а затем столкнувшийся с нашей планетой. Как известно, соприкосновение вещества и антивещества приводит к их аннигиляции – вещество и антивещество полностью превращаются в электромагнитное излучение и при этом выделяется колоссальное количество энергии. Таким путем авторы новой гипотезы пытались объяснить те разрушительные явления, которыми сопровождалась Тунгусская катастрофа.
Правда, предположение об «антиприроде» тунгусского тела особой популярности не приобрело. В частности, было трудно объяснить, каким образом «осколок» антивещества мог длительное время сохраняться, двигаясь в космическом пространстве. Ведь при этом он должен был бы постоянно сталкиваться с многочисленными частицами межзвездной и межпланетной среды, что неизбежно очень быстро привело бы к его аннигиляции.
Еще одна попытка объяснить Тунгусский феномен была предпринята «по следам» другого крупнейшего открытия физики нашего века – создания квантовых генераторов – лазеров.
Выдвигалась идея, согласно которой все явления, возникшие в 1908 г. в тунгусской тайге, были вызваны тем, что в этот момент мощный космический лазерный луч неизвестного происхождения «полоснул» по нашей планете… Однако подобное объяснение выглядело настолько фантастично, что его в общем-то никто не принял всерьез.
В самые последние годы была сделана еще одна попытка связать Тунгусскую катастрофу с новыми физическими идеями. На этот раз «отправным пунктом» послужила гипотеза «черных дыр», интенсивно разрабатываемая физиками и астрофизиками. Черная дыра – это вещество, сжатое до такой степени, что оно оказывается «заперто» силами собственного тяготения. Такой объект способен только поглощать окружающее вещество, но из него наружу не могут вырваться ни частица, ни излучение[6]6
Более подробно о черных дырах будет рассказано в третьей главе.
[Закрыть]. Исходя из этого, американские физики из Техасского университета А. Джексон и М. Риан высказали предположение, согласно которому Тунгусский метеорит в действительности был… небольшой черной дырой, которая с огромной скоростью ворвалась в земную атмосферу.
Однако более точные расчеты, проведенные физиками в разных странах, показали, что характер явлений, которые должны были бы наблюдаться при столкновении Земли с черной дырой, совершенно не соответствуют тому, что действительно произошло при падении Тунгусского метеорита.
В то же время осуществлялись и вполне серьезные научные исследования сибирского феномена 1908 г.
Так советскими учеными в Институте физики Земли были проведены весьма интересные эксперименты по моделированию взрыва Тунгусского метеорита. В специальной камере был установлен макет местности района катастрофы в соответствующем масштабе, на котором множество проволочек изображало стволы деревьев. Над этим макетом в разных точках и на разной высоте взрывали небольшие пороховые заряды, приближая их с различными скоростями под разными углами. В каждом таком опыте получалась своя картина вывала «леса». В частности, при некоторых условиях удавалось получить и такой вывал, который совпадал с картиной поваленных деревьев на месте катастрофы.
Анализ полученных результатов показал, что тунгусское тело двигалось со скоростью 30–50 км/с, а вызванный им взрыв произошел на высоте от 5 до 15 км. Эта сила была эквивалентна взрыву 20–40 мегатонн тротила. Что же касается разрушений, возникших в районе падения, то все они, видимо, были вызваны ударными волнами – волной, пришедшей сверху от места взрыва, и волной, отраженной от земной поверхности.
Интересную гипотезу выдвинул известный советский астроном и специалист по изучению метеоритов академик В. Г. Фесенков. Согласно предположению ученого, наша Земля летом 1908 г. столкнулась с ледяным ядром небольшой кометы. Как показали расчеты, проведенные советским ученым К. П. Станюковичем, легкоплавкие кометные льды после входа в земную атмосферу со сверхзвуковой скоростью сначала испарялись сравнительно медленно. Но затем (это должно было произойти в нижних плотных слоях воздуха), когда вся масса льда в достаточной степени прогрелась, она мгновенно должна была превратиться в газовый сгусток и испариться. Произошел мощный взрыв.
Соответствующие вычисления показали, что подобная гипотеза способна вполне удовлетворительно объяснить все явления, наблюдавшиеся в момент Тунгусской катастрофы и после нее. Но для того чтобы предпочесть подобную гипотезу всем прочим предположениям, нужны были дополнительные факты, тем более, что в 1908 г. вблизи Солнца никаких комет зарегистрировано не было. Разумеется, небольшая комета могла остаться и незамеченной, но все же независимые подтверждения, подкреплявшие версию о комете, были необходимы. И такие подтверждения удалось получить.
Уже довольно давно астрономы заметили, что даже после пролета по небу ярких болидов, которые связаны с вторжением в атмосферу достаточно крупных космических тел, как правило, в районе, где наблюдалось это эффектное небесное явление (по небу летит, разбрасывая огненные брызги, ослепительно яркий шар), выпадения метеоритов не происходило. Это обстоятельство получило свое подтверждение в результате наблюдений, проводившихся в последние годы чехословацкими и американскими астрономами, создавшими специальные «метеоритные сети» для систематического фотографирования болидов.
Таким образом, напрашивается вывод, что большинство космических тел, влетающих в земную атмосферу, до поверхности планеты не долетает. Между тем, достаточно крупные каменные или железные метеориты должны были бы выпадать на землю. Уже одно это обстоятельство наводит на мысль о том, что и тело, вызвавшее Тунгусскую катастрофу, и тела, чаще всего создающие явление болидов, имеют одинаковую физическую природу.
Недавно московский астроном В. А. Бронштэн, сравнив данные о 33 ярких болидах с данными, о Тунгусском метеорите, пришел к выводу о физическом подобии Тунгусского тела и основной массы крупных метеоритных тел, которые, влетая в земную атмосферу из межпланетного пространства, вызывают явления болидов, но не достигают поверхности планеты. Иными словами, все эти тела обладают малой плотностью и прочностью и легко разрушаются при движении в атмосфере…
В последние годы была выдвинута еще одна гипотеза, которая представляет собой как бы дальнейшее развитие идеи ледяного ядра кометы. Ее автором является известный советский ученый академик Г. И. Петров. Согласно расчетам ученого, загадочное тело, вызвавшее Тунгусскую катастрофу, представляло собой огромный снежный ком – тело с очень рыхлым ядром, состоящим из кристалликов льда массой около 100 тысяч тонн и поперечником порядка 300 м, средняя плотность которого была в десятки раз меньше плотности воды.
Влетев в земную атмосферу со скоростью, более чем в 100 раз превосходящей скорость звука, снежный ком быстро разогрелся и стал интенсивно испаряться. На высоте в несколько километров остатки снежного тела и образовавшиеся в результате испарения газы, летящие перед ним, мгновенно расширились, что привело к образованию очень мощной ударной волны. Именно эта волна и вызвала радиальный вывал леса на площади поперечником в десятки километров.
Предлагаемая гипотеза хорошо объясняет как физическую природу воздушного взрыва Тунгусского метеорита, так и отсутствие воронок и осколков. Вместе с тем следует признать, что единого мнения относительно природы Тунгусского феномена у специалистов не существует и до сих пор и катастрофа 1908 г. в районе реки Подкаменная Тунгуска во многом продолжает оставаться неясной.
Но одно не вызывает сомнений – Тунгусская катастрофа – бесспорно уникальное явление природы и неослабевающий интерес ученых к ней вполне оправдан. И очень может быть, что в результате дальнейшего изучения этого удивительного феномена наука откроет какие-то новые, неизвестные еще стороны космических и геофизических процессов.
Космонавтика проверяет астрономию
Могут ли дистанционные исследования приносить достоверные сведения об окружающем мире?
Вопрос, имеющий самое непосредственное отношение к астрономии. Ведь космические объекты находятся на огромных расстояниях от Земли и поэтому исследователи Вселенной, по крайней мере до самого последнего времени, не имели возможности изучать их непосредственно. В последние годы такая возможность появилась благодаря быстрому развитию ракетно-космической техники и успешному освоению космического пространства. На наших глазах родилась космическая астрономия: космические аппараты доставляют измерительную и телевизионную аппаратуру в районы ближайших небесных тел и даже на их поверхность.
Появилась вполне реальная возможность сопоставить «багаж знаний», кропотливо накопленных поколениями астрономов о Солнечной системе с новыми «космическими» данными. И что же?
Ответ на этот вопрос в весьма образной, хотя и несколько парадоксальной форме был дан известным советским астрономом членом-корреспондентом АН СССР И. С. Шкловским в одном из его выступлений:
– Величайшим достижением в области изучения Солнечной системы с помощью космических аппаратов является то, что в этой области никаких великих открытий сделано не было. Не оказалось, что «все не так». Принципиальная схема космических процессов, протекающих в планетной семье Солнца, построенная наземной астрономией, получила убедительное подтверждение…
Этот вывод имеет черезвычайно важное, принципиальное значение: несмотря на дистанционный характер и возникающие вследствие этого трудности, астрономические исследования дают нам достоверные знания о Вселенной.
Разумеется, было бы наивно думать, что роль космической астрономии сводится лишь к подтверждениям. Если бы это было так, то ее, вероятно, не стоило бы и развивать. Новый метод изучения космических объектов в ряде случаев гораздо эффективнее прежних традиционных. И это позволяет с его помощью добывать принципиально новую информацию, недоступную наземной астрономии, выяснять важные детали космических процессов и явлений, находить ответ на многие вопросы, долгое время остававшиеся неясными.
Так, например, еще до полета на Луну космических аппаратов остро стоял вопрос о свойствах лунного грунта. Существовало мнение, что благодаря миллиардам лет метеоритной бомбардировки поверхностный слой Луны превращен в мельчайшую пыль, толстый слой которой способен засосать совершивший посадку космический аппарат. Проверкой этой гипотезы занялись радиоастрономы Горьковского радиофизического института.
Начались исследования теплового радиоизлучения лунной поверхности. Вывод был такой: толстого слоя пыли на Луне нет, лунный грунт достаточно прочен и в механическом отношении напоминает мокрый песок. Разумеется, поверхностный слой Луны не мокрый, речь идет о сходстве механических свойств…
Этот вывод наземной астрономии был подтвержден многочисленными космическими аппаратами, побывавшими на Луне, а также советскими луноходами и участниками американских лунных экспедиций.
Но прежде попробуем разобраться в том, почему дистанционные методы астрономических исследований приносят результаты, соответствующие реальному положению вещей?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо познакомиться с теми принципами, которые лежат в их основе. Главный принцип состоит в том, что изучаются не сами космические объекты, а их излучения – электромагнитные и корпускулярные. Свойства этих излучений зависят от свойств их источников. Иными словами, в них содержится информация о свойствах космических объектов и различных физических процессах, протекающих во Вселенной.
Таким образом, астрономические исследования в принципе сводятся к наблюдению и регистрации различных излучений, приходящих из космоса, их анализу и извлечению соответствующей информации. Но это либо те же самые методы, которые с успехом используют физики в земных лабораториях, либо методы, допускающие всестороннюю экспериментальную проверку.
Еще в прошлом столетии французский ученый Огюст Конт во всеуслышание заявлял, что человек никогда, не сможет узнать химического состава звезд. Но этому мрачному прогнозу, как и многим другим подобным же пессимистическим предположениям, не суждено было исполниться. Довольно скоро он был опровергнут. Нашелся надежный и эффективный метод определения химического состава удаленных объектов, разработанный физиками и многократно проверенный в земных лабораториях – метод спектрального анализа светового излучения. Более того, спектральные исследования позволяют не только изучать химический состав источников космического излучения, но и определять их температуру, физическое состояние, магнитные свойства, скорость движения в пространстве, находить ответ на многие вопросы, интересующие ученых.
То же самое можно сказать и о других методах астрономических исследований.
В заключение следует подчеркнуть, что космическая астрономия не может обойтись без своего наземного собрата. Решение очень многих проблем, связанных с изучением космических явлений, требует параллельных оптических и радиоастрономических исследований, сравнения данных, полученных различными методами. Только при этом условии можно понять физическую сущность целого ряда наблюдений, выполненных с космических орбит. Без наземного астрономического комплекса гармоническое развитие науки о Вселенной просто невозможно.
Судьба одной гипотезы
У планеты Марс есть два маленьких спутника – Фобос и Деймос. Деймос обращается по орбите, удаленной от планеты примерно на 23 тыс. км, а Фобос движется на расстоянии всего около 9 тыс. км от Марса. Вспомним, что Луна удалена от нас на 385 тыс. км, т. е. находится в 40 с лишним раз дальше от Земли, чем Фобос от Марса.
Вся история изучения Фобоса и Деймоса полна удивительных событий и увлекательных загадок. Судите сами: первое упоминание о наличии у Марса двух небольших спутников появилось не в научных трудах, а на страницах знаменитых «Путешествий Гулливера», написанных Джонатаном Свифтом в начале XVIII столетия.
По ходу событий Гулливер оказывается на летучем острове Лапуте. И местные астрономы рассказывают ему, что им удалось открыть два маленьких спутника, обращающихся вокруг Марса.
В действительности же марсианские луны были открыты А. Холлом лишь спустя полтора столетия после выхода романа в свет, во время великого противостояния Марса 1877 г. И открыты при исключительно благоприятных атмосферных условиях после упорных многодневных наблюдений, на пределе возможностей инструмента и человеческого глаза.
Сейчас можно только гадать, что побудило Свифта предсказать существование двух спутников Марса. Во всяком случае, не телескопические наблюдения. Скорее всего Свифт предполагал, что число спутников у планет должно возрастать по мере удаления от Солнца. В то время было известно, что у Венеры спутников нет, вокруг Земли обращается один спутник – Луна, а вокруг Юпитера– четыре, они были открыты Галилеем в 1610 г. Получалась «очевидная» геометрическая прогрессия, в которую на свободное место, соответствующее Марсу, казалось, сама собой просилась двойка.
Впрочем, Свифт предсказал не только существование Фобоса и Деймоса, но и то, что радиус орбиты ближайшего спутника Марса равен трем поперечникам планеты, а внешнего – пяти. Три поперечника – это около 20 тысяч километров. Примерно на таком расстоянии расположена орбита Деймоса. Правда, не внутреннего спутника, как утверждал Свифт, а внешнего – но все равно совпадение впечатляет. Разумеется, именно совпадение…
В очередной раз внимание к марсианским лунам было привлечено во второй половине текущего столетия. Сравнивая результаты наблюдений, проведенных в разные годы, астрономы пришли к заключению, что ближайший спутник Марса Фобос испытывает торможение, благодаря которому постепенно приближается к поверхности планеты. Явление выглядело загадочно. Во всяком случае, – никакими эффектами небесной механики наблюдаемое торможение объяснить не удавалось.
Оставалось одно: предположить, что торможение Фобоса связано с аэродинамическим сопротивлением марсианской атмосферы. Однако, как показывали расчеты, газовая оболочка Марса на высоте 6 тыс. км способна оказывать соответствующее сопротивление только при условии, что средняя плотность вещества Фобоса невелика. Точнее сказать, неправдоподобно мала!
Тогда-то и возникла оригинальная идея: столь небольшую плотность Фобоса можно объяснить его… пустотелостью! Но мы не знаем природных процессов, которые могли бы приводить к образованию пустых внутри небесных тел. Напрашивалась мысль, что Фобос, а возможно и Деймос – искусственные спутники Марса, созданные миллионы лет назад разумными существами, либо населявшими в то время Марс, либо прилетевшими откуда-то из космоса.
Быть может сейчас, когда спутники Марса сфотографированы с близкого расстояния космическими аппаратами и в их естественном происхождении не остается никаких сомнений, об этом не стоило бы и вспоминать. Но эпизод, о котором идет речь, весьма поучителен.
Есть наука – и есть фантастика. Где в этой гипотезе проходит граница между ними? Если в движении Фобоса действительно имеет место торможение, отмеченное наблюдениями, это может означать, что спутник Марса пустотелый. Это – полноправная научная гипотеза. Она исходит из астрономических данных и с помощью соответствующих математических выкладок приводит к определенному выводу. Обычная схема научной гипотезы: «если то – то это». Все же остальное относится к области научной фантастики.
Дальнейшая судьба гипотезы, о которой идет речь, была ясна с самого начала – ее ожидала та же судьба, что и любую другую научную гипотезу. Она должна была либо получить необходимые подтверждения, либо оказаться опровергнутой. Многое зависело от того, насколько точными окажутся данные наблюдений относительно торможения ближайшего спутника Марса. А их надежность внушала опасения – наблюдения велись на пределе точности астрономических инструментов. И эти опасения подтвердились…
Когда в распоряжении исследователей Марса появился новый, более мощный способ исследования планет – автоматические космические станции, все стало на свои места. На космических снимках отчетливо видно, что Фобос и Деймос – огромные глыбы неправильной формы и, конечно, природного происхождения.
Если сопоставить результаты астрономических наблюдений с тем, что сообщили космические станции, вырисовывается такая картина. Спутники Марса – небольшие небесные тела. Размер Фобоса – 27 на 21, Деймоса – 15 на 12 км. Они движутся по почти круговым орбитам, расположенным в плоскости экватора планеты, в направлении ее суточного вращения. Деймос завершает один полный оборот за 30 ч. 18 м., а Фобос – за 7 ч. 39 м. Если учесть, что продолжительность марсианских суток чуть больше 24 1/2 часов, нетрудно сообразить, что Фобос заметно обгоняет суточное вращение планеты. Находясь на поверхности Марса, мы наблюдали бы, как Фобос и Деймос своими большими полуосями всегда направлены к центру Марса. (Вспомним, что таким же образом обращается Луна вокруг Земли – она всегда повернута к нашей планете одной и той же стороной.)
Полет автоматической станции «Викинг-1» впервые позволил оценить массу Фобоса. Когда орбитальный отсек этой станции пролетал на расстоянии 100 километров от спутника Марса, американским ученым удалось определить возмущение траектории его движения, вызванное притяжением Фобоса. Располагая такими данными, вычислить массу возмущающего тела уже не стоит труда. А зная его размеры, можно подсчитать и среднюю плотность. Для Фобоса она оказалась близка к 2 г/см3. Вполне нормальная плотность, примерно такая же, как у ряда каменных метеоритов. И, таким образом, нет нужды в гипотезе о пустотелой структуре спутников Марса.
Теперь ясно, где было слабое звено этой гипотезы – в исходных астрономических данных о движении Фобоса.
Рис. 5. Спутник Марса Фобос.
Зная массу Фобоса, можно вычислить величину силы тяжести на его поверхности. Она меньше земной в 2 тысячи раз. Может сложиться впечатление, что космонавт, оказавшейся на поверхности Фобоса, при малейшем толчке должен улететь в космос. Однако это не совсем так. Как показывают подсчеты, вторая космическая скорость для Фобоса составляет в среднем около 11,7 м/с. Это не так уж мало. Такую скорость на Земле может развить лишь спортсмен при прыжке в высоту на два с половиной метра. А так как мускульные усилия везде остаются одинаковыми, то еще не родился такой человек, который, оттолкнувшись ногами от Фобоса, мог бы безвозвратно его покинуть.
Большой интерес представляют фотографии Фобоса и Деймоса. Они были получены космическими станциями с расстояния всего нескольких десятков километров. На поверхности обоих спутников Марса отчетливо просматривается большое количество кратеров, похожих на лунные. Самый большой кратер на Фобосе достигает в поперечнике 10 км.
Любопытно, что в то время, когда обсуждалась проблема малой плотности Фобоса, было высказано предположение о том, что этот феномен объясняется не пустотелостью, а является результатом обработки его поверхности метеоритами, вследствие чего вещество Фобоса приобрело сильную пористость. А ведь это, между прочим, было тогда, когда еще шел спор о происхождении лунных кратеров – метеоритном или вулканическом. История науки знает и подобные курьезы – когда верные предположения высказываются на основе неправильных данных.
Кроме кратеров, на снимках Фобоса видны почти параллельные борозды шириной до нескольких сотен метров, тянущиеся на большие расстояния. Происхождение этих загадочных полос остается неясным. Возможно, это результат мощного удара крупного метеорита, «потрясшего» Фобос и вызвавшего образование многочисленных трещин. Может быть, таинственные борозды возникли благодаря приливному воздействию Марса. В пользу этого говорит тот факт, что на Деймосе, расположенном на значительно большем расстоянии от Марса, подобные детали не обнаружены. Ведь известно, что гравитационные воздействия ослабевают пропорционально квадрату расстояния.
Что касается происхождения Фобоса и Деймоса, не исключено, что это тела астероидного типа, захваченные Марсом. Может быть, они образовались даже раньше, чем сама планета. В любом случае их дальнейшее изучение представляет интерес для выяснения закономерностей формирования Солнечной системы.
