Главнаянадувные моторные лодкиКарта сайта
The English version of site
rss Лента Новостей
В Контакте Рго Новосибирск
Кругозор Исследователи природыПолевые рецепты Архитектура Космос Экспедиционный центр
Библиотека | Раритеты

Хочу всё знать! 1959 г (только 3 статьи, стр.8-39)

Е. М. Шифрина

Вокруг земли


Он мал, он немного весит,

Он светом не гонит тьму,

Но всеми воспетый месяц

Приходится братом ему.

С. Щипачев


Как это началось?


Это началось немногим больше ста лет тому назад. В 1854 году, 14 ноября, в бухте Балаклава под Севастополем, сильная буря разбросала и потопила англо-французский флот, который осаждал тогда Севастополь.


Через некоторое время стало известно, что буря эта пронеслась по Западной Европе. Если бы флот был вовремя предупрежден о том, что она приближается, можно было бы предотвратить эту катастрофу.


В это время во Франции жил знаменитый астроном Урбен Жан Жозеф Леверье, тот самый, который вычислил на бумаге и предсказал, что в таком-то месте небосклона должна находиться не открытая еще планета.


Год спустя ее действительно обнаружили. Это всем знакомая теперь планета Нептун.


Леверье предложил собирать сведения о погоде и передавать их по телеграфу (телеграф существовал тогда уже лет двадцать).


Собственно, это и можно считать началом синоптической метеорологии.


Зачем это нужно?


Теперь уже все знают, что без метеорологических станций, которые из разных концов земли по телефону, телеграфу и радио передают сведения о температуре, влажности, давлении воздуха и солнечном излучении, невозможно было бы составлять прогноз погоды.


Поэтому всем ясно, что изучать близкий к земле слой воздуха, где «фабрикуется» погода, полезно и даже необходимо.


Но зачем нужно забираться в высокие слои атмосферы и даже запускать спутника в межпланетный холод, где вообще нет воздуха? И вот оказывается, что нужно, и даже очень.


Дело в том, что процессы, происходящие на разной высоте, в разных слоях и в разных местах земного шара, тесно связаны между собой и зависят друг от друга.


Из всех наук синоптика первая начала рассматривать Землю с ее различными климатами, горными цепями, морями, пустынями и лесными массивами как единое целое. Отсюда и название: syn — одновременно и optomai — вижу. Нельзя правильно предсказывать погоду в одном каком-нибудь месте, если не учесть всех влияний и причин, действующих на всем земном шаре.


Вот хотя бы облака: они ведь могут появиться из очень дальних стран и уйти в далекие страны. Несколько лет тому назад ученые получили возможность при помощи ракет брать пробы воздуха с очень больших высот, а советские искусственные спутники, оснащенные превосходными сложными приборами, начали передавать на землю наблюдения за всей атмосферой и земным шаром в целом. В самое же последнее время советская космическая ракета передала на Землю сообщение о строении луны и межпланетных пространств.


Попробуем мысленно проследить за полетом ракеты и представить себе атмосферу Земли, которую она должна пересечь прежде, чем вырвется в мировое пространство.


Воздушная смесь


Средневековые алхимики считали, что огонь, вода, земля и воздух — это четыре элемента, из которых состоит все, что только есть на белом свете. Теперь нам известно о воздухе нечто совсем другое: и наивные опыты XVII века, и сложные современные опыты говорят, что воздух это не элемент, и даже не химическое соединение, как вода, а просто смесь различных газов.


Поэтому бессмысленно говорить о молекуле воздуха, как бесполезно говорить о молекуле прудового ила, где перемешаны песок, глина, бактерии, остатки растений, и может оказаться живой головастик.


Если в колбу напустить 78,09 процента азота, 20,95 процента кислорода, 0,93 процента аргона, 0,03 процента углекислого газа, около 0,001 процента водорода, 0,0018 процента неона, 0,0005 процента гелия и совсем уже ничтожное количество криптона и ксенона да прибавить еще некоторое количество земной и метеоритной пыли, то все это вместе и будет то, что принято называть воздухом.



Правда, в атмосфере имеется еще водяной пар, который играет исключительно важную роль. Но количество его так ничтожно, что часто, когда говорят о составе воздуха, пар не принимают в расчет.


Здесь делается погода


Самый низкий слой воздуха — тропосфера (от греческого слова tropos — изменение + сфера). При подъеме вверх температура в тропосфере падает с каждым километром приблизительно градусов на 6. Высота тропосферы примерно 16 километров на экваторе и около 8 километров на полюсе.


Здесь рождаются облака, снега, туманы, кочуют циклоны — здесь, собственно, и «делается погода».


Тропосферный слой как бы повторяет форму Земли — сплющенного с полюсов шара.


В тропосфере находятся около трех четвертей всей атмосферы. Остальные слои гораздо менее плотны.


Над тропосферой находится второй слой воздуха — стратосфера; он был открыт в конце XIX века, когда в воздух поднялись аэростаты с установленными в них приборами. Эти аэростаты получили название шаров-зондов.


Когда шары-зонды достигли высоты 2 километров, неожиданно обнаружилось, что, начиная примерно с 12 километров, температура не опускается. С тех пор атмосферу стали делить на тропосферу, где температура все время падает, и стратосферу (от латинского слова stratum — слой, настил + сфера), где она постоянна.


Неудачное название


Теперь про стратосферу известно и многое другое: и то, что она не переходит в межпланетное пространство, а кончается на 80 километрах над уровнем моря, и то, что там дуют ветры такой силы, какая неизвестна на Земле.


Средняя их скорость достигает 130 километров в час, а на Земле всего 8 км/час.


Уже в начале нашего века выяснилось, что того самого свойства стратосферы, из-за которого ее, собственно, и выделили в особый слой, — постоянства температуры — у нее не оказалось.


А на высоте от 20 до 50 километров находится мощная «грелка». Это слой озона. Он поглощает солнечное излучение и преобразует его в тепло. Температура воздуха повышается здесь на 60 градусов (от 60 градусов холода на высоте 20 километров до 0 градусов на высоте 50 километров).


Совсем недавно ученые сделали неожиданное открытие: иногда над Антарктидой стратосфера куда-то пропадает.


Чем выше вы поднимаетесь, тем больше температура убывает и убывает вверх.


Есть предположение; что так как Антарктида это гигантский холодильник, то холодные слои воздуха здесь простираются выше, чем в других местах земного шара, и стратосфера располагается гораздо выше. Но пока это только предположение.


Решать такой вопрос будут ракеты и спутники. Они летают выше всех, им и карты в руки.


Электрическое небо


Над стратосферой начинается электропроводящее небо — ионосфера.



Создается она главным образом под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей.



Ионосфера состоит из четырех слоев, которые принято обозначать буквами Д, Е, F1 и F2.



Над Ленинградом и Москвой эти слои находятся в среднем на высоте 80, 100, 220 и 320 километров.



Как и всякий электропроводящий материал, они хорошо отражают радиоволны.



Не будь вокруг Земли ионосферы, дальняя радиосвязь была бы невозможной.



Радиоволны многократно «ударяются» об ионосферу и «отскакивают» к Земле, пока не попадут в приемник, находящийся иногда на другом континенте.



Наблюдают за ионосферой специальные ионосферные станции, которые имеются почти во всех геофизических обсерваториях.


Длинные руки


Есть два способа изучать высокие слои — пассивный и активный. Можно просто с земли наблюдать за свечением ночного неба, за магнитными бурями, за вспышками сгорающих метеоров, за колебаниями земного магнетизма. Это пассивный метод. А можно исследовать атмосферу, посылая вверх радиоволны, световые или звуковые сигналы.


По тому, как отражается направленный вверх пучок радиоволн, можно судить о расположении слоев в ионосфере.


Рассеивание прожекторного луча открывает слои метеоритной пыли, которые оставляют за собой метеоры. Звуковые волны после взрывов так распространяются в атмосфере, что выдают распределение температуры на высоте.


Такие исследования уже называются активными. Но только с тех пор, как в распоряжении ученых оказались современные усовершенствованные ракеты, руки их как бы удлинились, дотянулись до высоких слоев.


Воздушные поезда


При передвижении человек отталкивается от земли, судно от воды, самолет от воздуха, а ракета... ни от чего не отталкивается. Сама от себя. С ней происходит то же, что и при выстреле из пушки: снаряд летит вперед, сама же пушка отталкивается назад.


Если бы пушка висела в воздухе, ни на что не опираясь, то после выстрела она двигалась бы назад с некоторой скоростью, которая во столько же раз была меньше скорости снаряда, во сколько снаряд легче самой пушки.


По этому же принципу перемещается каракатица и большинство головоногих моллюсков. Они забирают воду в жаберную полость через боковую щель, а затем выбрасывают струю через особую воронку.


Этого оказывается достаточно, чтобы получить обратный толчок и довольно быстро перемещаться задом-наперед.


В ракете назад вылетают газы, сама же она получает при этом ряд толчков вперед.


Такой способ движения называется реактивным.


Следовательно, ракета пригодна там, где самолету уже не на что опереться — в высоких разреженных слоях атмосферы и вне ее. И советская одноступенчатая ракета 21 февраля 1958 г. сумела подняться на 473 километра над землей.


Но ведь самые таинственные и малоизученные слои находятся гораздо выше на расстоянии 1000 километров.


Как же быть? Еще в самом начале нашего столетия великий русский ученый Константин Эдуардович Циолковский предложил проект многоступенчатой ракеты — своеобразного ракетного поезда.


Третья ступень такой составной ракеты поднимается с помощью первых двух ступеней на 600 километров и оттуда взлетает на 1000 — 1700 километров.


Почти 300 лет тому назад великий английский физик Исаак Ньютон вычислил, что тело может стать спутником Земли, если получит скорость примерно в 8 километров в секунду. Он рассуждал так: если с вершины горы я начну бросать камни, то чем скорее они будут лететь, тем дальше упадут. Не обязательно метать камни рукой — можно пользоваться метательной машиной. Тогда, выходит, можно бросить камень с такой скоростью, что он пролетит над всей Англией и упадет на берегу Ла-Манша. А если машину устроить еще лучше, то камень перелетит через Ла-Манш, промчится над Францией, Испанией и Гибралтаром, пролетит всю Северную Африку, пересечет Атлантический океан и окажется в Антарктиде. А при какой скорости он может полететь еще дальше — пересечь Южный полюс, весь Тихий океан, Алеутские острова, Берингово море, одним словом, при какой скорости он может облететь весь земной шар, появиться над тем же местом и начать все сначала? Оказалось, что при 8 километрах в секунду. Так он станет спутником Земли. Эту скорость ученые называют первой космической скоростью.


Она впервые в мире была получена у нас в Советском Союзе с помощью баллистической многоступенчатой ракеты.


Баллистическая ракета названа так потому, что она летит по баллистической кривой (от греческого слова ballo — метать), т. е. так же, как летит снаряд, которым выстрелили из пушки. Ствол такой воображаемой пушки был бы длиной примерно в 20 километров: это расстояние, на протяжение которого расходуется горючее одной ступени. Потом эта ступень отделяется от ракеты и падает на Землю, а весь поезд продолжает лететь по инерции. На определенной высоте начинает работать двигатель второй ступени и т. д.


Последняя ступень специальным поворотным устройством выводит спутник на орбиту и придает ему нужное направление.




Высотные лаборатории


Хотя ракеты помогли узнать много нового о составе воздуха в высоких слоях атмосферы, о его плотности и температуре, все же такие наблюдения имеют большой недостаток.


Все исследование продолжается в течение нескольких минут, а когда запускаешь для проверки следующую ракету, нельзя ручаться, что начальные условия опыта совершенно одинаковы.


А спутник — это сверхвысотная лаборатория, работающая в течение долгого времени. Она успевает за сутки 14—16 раз облететь Землю, много раз повторить наблюдения и подробно «рассмотреть» весь земной шар.


Поэтому спутники дают такие сведения, какие не под силу оказались бы самым высотным ракетам.


Хотя спутник это небесное тело — первое небесное тело, созданное руками человека, — он не может вращаться вечно, в конце концов он все же сгорает.


Это происходит потому, что даже в самых высоких слоях существует трение. Оно очень невелико, однако спутник все время испытывает его. В конце концов, этот противник спутника оказывается сильнее его самого. К тому же, пролетая через ионосферу, спутник сталкивается с заряженными частицами и сам заряжается.


При этом он вызывает изменения в окружающем его газе.


На это возмущение тратится еще какая-то часть его энергии движения.


Некоторую опасность представляют метеоры.


Большие метеоры могут просто смять спутник. А на столкновение с маленькими метеорами — метеоритными осколками и пылью — уходит еще часть его энергии движения.


Количество же метеоритной пыли на этих высотах таково, что полированная металлическая пластина, привинченная к ракете, за шесть минут полета ракеты возвращалась вся исцарапанная.


Кроме того, на передвижение металлического тела в магнитном поле всегда тратится какая-то работа, а так как спутник движется в магнитном поле Земли, то эта работа отнимает у него какое-то количество энергии.


Поэтому то, что спутники сделаны из алюминия, это не случайность.


Помимо того, что сплавы алюминия прочны и легки, алюминиевый спутник гораздо меньше взаимодействует с магнитным полем Земли, чем это делал бы, например, железный или стальной спутник.


Наконец, искусственный спутник тратит часть своей энергии на приливное трение. Он, как настоящая луна, регулярно устраивает у нас на Земле приливы и отливы (высотой в одну тысячную долю миллиметра) .


Вот по всем этим причинам первый спутник летал три месяца, второй пять с половиной, третий должен летать около 500 дней, а первая космическая ракета будет вращаться вокруг Солнца десятилетия, а может быть и сотни лет.


Три луны


Первый спутник имел форму шара диаметром в 58 сантиметров и весом в 83,6 килограмма.


Второй спутник был смонтирован вместе с ракетой-носителем, имел форму конуса и был в шесть раз тяжелее первого — он весил 508 килограммов и 300 граммов.


Третий спутник весит 1327 килограммов. Это вес машины «Москвич» вместе с грузом, тремя пассажирами и водителем.


Он похож на конус высотой в 3 метра 57 сантиметров и шириной основания в 1 метр 73 сантиметра.


Снаружи все три спутника имеют блестящую, специальным образом полированную поверхность, — чтобы меньше нагреваться в солнечных лучах и меньше излучать в тени Земли. Кроме того, для смягчения резких нагревов и охлаждений, от которых могут испортиться приборы, внутри первый и третий спутники были заполнены газом — азотом. При этом нагревалась и охлаждалась уже не только тонкая оболочка спутника. Изменения температуры передавались азоту, который их, как говорят, амортизировал — смягчал.


Что сказали первые два спутника?


Наблюдая за полетом первых двух спутников, ученые получили новые сведения о плотности воздуха в высоких слоях. Линия, которую вычерчивали в небе первые два спутника, имела ту самую форму, которая была предсказана. Сначала это был сильно вытянутый элипс. Потом элипс начал стягиваться, превратился в круг. Затем перешел в спираль, которая пошла вниз, к Земле. Но это произошло раньше, чем можно было вначале предположить, потому что сведения о плотности высоких слоев воздуха были неверными. Их получили с помощью ракет, а так как ракетные измерения продолжаются каждый раз лишь несколько минут, то при этом трудно добиться большой точности. Поэтому оказалось, что на высоте 225 километров плотность воздуха на самом деле больше в 5—10 раз, чем предполагалось.


До запуска спутников изучение ионосферы происходило с помощью радиосигналов, которые отражаются от ионосферных слоев и возвращаются обратно на Землю. На высоте 300—400 километров находится наиболее проводящий слой ионосферы. Радиосигналы прорывались сквозь него и уходили в мировое пространство. Все, что делается в ионосфере выше этого слоя, оставалось вне наблюдения. И только спутники смогли определить плотность электрически заряженных частиц во внешних слоях ионосферы. Спутники установила что на большой высоте магнитное поле Земли вовсе не совпадает с магнитным полем на поверхности.


Для будущих межпланетных полетов очень важно было узнать, как ведет себя живое существо в ракете и как действует на него ощущение потери веса. Поведение «Лайки», которое записывалось приборами второго спутника и передавалось по радио на Землю, показывает, что ничего плохого с ней не происходило.


Слово за третьим спутником


На третьем спутнике находились еще более совершенные приборы, чем на первых двух. Поэтому перед ним стоят и более сложные задачи.


Он должен ответить, правда ли, что на той высоте, где он летает, нет отрицательных ионов, а только одни положительные. Он должен был решить, из какого вещества эти ионы состоят и сколько их находится в одном кубическом сантиметре.


От Солнца на границу атмосферы летят потоки частиц-корпускул (от латинского слова corpuscula — тельце). Третий спутник должен исследовать эти потоки. Он должен сказать, правда ли, что в мировом пространстве Земля вместе с ионосферой не имеет электрического заряда, потому что до сих пор неизвестно, возмещается ли отрицательный заряд Земли положительным зарядом ионосферы.


Новый спутник измерил магнитные поля вокруг Земли, и это дало возможность узнать, существуют ли на самом деле, как это предполагали раньше, токи, текущие за пределами ионосферы.


„СССР, январь 1959 г."


2 января 1959 г. впервые в мире была запущена в межпланетное пространство советская космическая ракета. Она несет на борту вымпел с гербом Советского Союза и словами «СССР, январь 1959 г.».


4 января в 5 ч. 59 м. ракета сблизилась с Луной и прошла от нее на расстоянии полутора лунных поперечников, но не была втянута в орбиту Луны, а помчалась дальше и начала вращаться вокруг Солнца, между Землей и Марсом. Появился новый, десятый член в семье планет — первая в мире искусственная планета.


Это событие взволновало всех и еще раз показало, каких успехов достигла советская наука и техника. Ведь спутник еще находится под властью притяжения Земли: он имеет только первую космическую скорость. А ракета подчиняется солнечному притяжению. Чтобы пробить поле земного тяготения и получить такую же свободу движения, как Земля, как любая из наших планет, тело должно лететь с быстротой не меньше 11,2 метра в секунду. Ученые называют это второй космической скоростью. Добиться ее еще труднее, чем первой. Нужны более мощные двигатели, лучшее горючее, более точные расчеты.


Одна из задач, которую решили при расчете направления ракеты, очень похожа на то, что приходится делать во время стрельбы по самолету: орудие в момент выстрела наводится не на самолет противника, а на то место, где он окажется, когда его настигнет снаряд.


То же было и с космической ракетой. Она была нацелена не на Луну, а левее ее (если смотреть с северной части Земли). Почему? Потому, что нужно было принять в расчет, что через 34 часа, в момент сближения с ракетой, Луна тоже переместится.


Казалось бы, довольно простая задача! Но на самом деле, какое множество самых разных вещей пришлось ученым заранее предусмотреть! И скорость ракеты, и вращение Земли вокруг своей оси, и вращение Земли вокруг Солнца, и вращение Луны вокруг Земли, и притяжение ракеты Землей, Луной и, наконец, даже Солнцем. И все это было рассчитано как нельзя более точно.


3 января специальный прибор, находящийся в ракете, превратил за семь минут килограмм натрия в пар, «выбросив» в космическое пространство целое облако.


Получилась искусственная натриевая комета.


В пустоте, под действием солнечных лучей, пары натрия начали светиться.


Свечение было особенно ясно заметно на фоне ночного неба, когда искусственная комета оказалась хорошо видной с Земли. Это дало ученым возможность проверить, выдерживает ли ракета заданное ей направление.


Последняя ступень ракеты напоминает шар, сделанный из сплава магния и алюминия. Шар ощетинился четырьмя усами антенн и длинным алюминиевым стержнем между ними. Поверхность его сделана такой, чтобы при поглощении и отражении солнечных лучей температура внутри шара была не выше 20 градусов. Это необходимо для того, чтобы лучше работали приборы, которые находятся в ракете, а во-вторых, чтобы проверить, можно ли создать подходящие условия для будущих полетов людей на Луну и на другие планеты.


Что должна была узнать ракета?


Космические лучи, которые попадаются вблизи Земли и изучаются учеными с помощью высотных ракет и спутников, — не «настоящие». Даже на высоте 100 километров от Земли только 0,1 процента их действительно приходит из Вселенной. Остальные 99,9 процента возникают в верхних слоях атмосферы под действием «настоящих» космических лучей. Поэтому их назвали вторичными космическими лучами.. Они-то и доходят до земной поверхности.


Когда космическая ракета оказалась выше атмосферы и вне магнитного поля Земли, ученые впервые получили сведения о настоящих космических лучах из Космоса.


До недавнего времени предполагалось, что в межпланетном пространстве газ настолько разрежен, что в одном кубическом сантиметре его находится всего несколько частиц межпланетного вещества. Но в самые последние годы ученые начали подозревать, что межпланетный газ в тысячу раз плотнее, чем считалось раньше. Наблюдение с поверхности Земли не могло дать окончательный ответ на этот вопрос; нужно было приборы поднять в межпланетное пространство. Космическая ракета — вот что для этого было нужно!


Ракета должна была также исследовать метеоритную пыль, которая может встретиться на пути будущих межпланетных кораблей. Сейчас это уже имеет не только научный интерес, но и практическое значение. Вокруг земного шара летают спутники, в высокие слои атмосферы посылаются высотные ракеты, а в космическом пространстве вращаются искусственные планеты, и метеоритные частицы могут представить некоторую опасность на их пути.


Эти измерения нужны не только Советскому Союзу, но и всему миру. Через 4 месяца после запуска первого советского спутника ученым США удалось после долгих неудач тоже запустить спутник весом в 14 килограммов — в шесть раз меньше нашего первого. А через 3 месяца после вылета советской космической ракеты была запущена и американская космическая ракета. Правда, она отклонилась от нужной траектории и пролетела слишком далеко от Луны.


Вероятно и другие страны через какое-то время будут участвовать в межпланетных исследованиях.


Очень интересно также было узнать, на каком расстоянии кончается магнитное поле Земли и существует ли магнитное поле у Луны? Если оно есть, значит, Луна еще «жива» как планета. Значит, у нее есть еще внутри раскаленное ядро из расплавленного вещества.


По ту сторону луны


Но значение советской космической ракеты не только в очень важных сообщениях, которые она прислала на Землю. Ракета открыла новую эпоху — эпоху межпланетных полетов.


Что же скрывается на той стороне Луны, которая никогда не поворачивается к Земле?


Может быть, давно знакомые астрономам лунные кратеры и «моря» состоят из застывшего золота? Или, может быть, лунные горы так угловаты из-за острых граней огромных прозрачных камней, не известных дотоле на Земле?


Когда-то каравеллы Колумба, отправляясь в неведомые еще страны, положили начало великим географическим открытиям. Наша ракета открыла эпоху завоевания человеком Космоса. А дальше — кто знает? Быть может, наши ученые создадут искусственные солнца, — спутники, неподвижные относительно Земли. В их недрах будут происходить управляемые ядерные реакции, а жар их сумеет растопить ледяные шапки полюсов.


А еще дальше? Будет достигнута третья космическая скорость — 16 километров в секунду, уравновешивающая солнечное притяжение. И тогда люди смогут отправиться, наверно, в другую звездную систему, где солнце окажется еще ярче, а небо более голубым, чем у нас!



Я. Неверов

Спутник выходит на орбиту



По сумеречному небу быстро движется яркая немигающая звезда. Несколько минут назад она была над головой, а сейчас уже исчезает где-то на северо-востоке.


Конечно, это искусственный спутник! Уже многие миллионы километров пролетал он по орбите — своему пути вокруг Земли.


Спутник доставила туда — как говорят, вывела на орбиту — баллистическая ракета.


Но почему он не упал обратно, а начал вращаться вокруг Земли?


Каким образом должна лететь для этого ракета-носитель?


Как можно управлять ракетой, на которой нет людей?



Чтобы ответить на эти вопросы, спустимся с неба на Землю и начнем с самого простого автоматического устройства... К перекрестку подходит трамвай. Негромкий щелчок автоматической стрелки — и он сворачивает в боковую улицу. Вот следующий трамвай, который отличается от первого только номером. Этот прошел прямо, его только чуть-чуть качнуло на стрелке.


Если присмотреться внимательней, легко заметить, что перед стрелкой рядом с главным проводом натянут еще один. Он совсем короткий — несколько метров, и каждый трамвай, подходя к стрелке, на некоторое время наезжает на него своей дугой. Этот провод соединяется с небольшой коробочкой, которая укреплена на ближайшем столбе или на стене дома. В коробочке находится специальный прибор — реле времени.


Когда дуга трамвая коснется второго провода перед стрелкой, замкнутся контакты реле. Но это случится не сразу, а спустя некоторое время (скажем, через две секунды).


Около самой стрелки вкопан в землю большой железный ящик, в котором установлен сильный электромагнит. Если контакты в реле замыкаются, через электромагнит проходит ток, и стрелка переводится. Как только они разомкнутся, сильная пружина возвращает стрелку обратно.


Трамвай, которому не нужно сворачивать, проходит к стрелке быстро. За то время, что его дуга касается второго провода, контакты реле времени не успеют замкнуться и включить электромагнит. Стрелка не переведется. Если трамвай идет медленно, контакты реле замкнутся, через электромагнит пойдет ток, и стрелка переведется. Вожатому трамвая, который должен свернуть, надо только не забыть вовремя снизить скорость. Остальное сделает автомат.


Так работает самый простой автомат, который управляет трамвайной стрелкой.


А вот другой — гораздо более сложный и умелый.


... Мы на мостике большого теплохода в открытом море. Сильно штормит. Даже сюда, на двадцатиметровую высоту, залетают целые фонтаны соленых брызг, а палубу то и дело захлестывают волны. Сильно качает. Вот на нос корабля обрушилась большая волна и отклонила его вправо. В тот же момент раздался шум работающего мотора. Мы оглядываемся и видим, что возле штурвала никого нет, но он вращается влево. Корабль ведет авторулевой — специальный прибор, который помещается тут же, на мостике, в небольшом металлическом шкафу.



Главной частью авторулевого является массивный волчок, который очень быстро вращается. В минуту он делает 25-30 тысяч оборотов, а электрический моторчик все время подкручивает его и не дает останавливаться. Быстро вращающийся волчок обладает замечательным свойством: его ось так же «упряма», как магнитная стрелка. Правда, стрелка компаса всегда направлена с Севера на Юг, а ось волчка может быть повернута как угодно, но пока волчок вращается, она сохраняет свое направление.


Волчок авторулевого — его называют гироскопом — вместе с моторчиком помещается на рамке, которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси. Когда нужно включить авторулевой, ось гироскопа устанавливают вдоль корабля и запускают моторчик. Стоит только кораблю отклониться от заданного курса, как в дело вступит авторулевой. Рамка с гироскопом включит электромотор руля, руль немного повернется и заставит судно возвратиться на прежний курс.


Авторулевой — очень совершенный прибор. Ни один, даже самый опытный рулевой-человек не мог бы управлять кораблем точнее.


Похожий прибор — автопилот — есть и на самолете. Но он сложнее, чем авторулевой. Ведь, если судно может только сворачивать влево или вправо, то самолет, кроме того, способен отклоняться от курса вверх или вниз и крениться в стороны, с крыла на крыло. Поэтому автопилот содержит несколько гироскопов, оси которых расположены по-разному. Один гироскоп связан с рулем поворота, другой — с рулем высоты, третий — со специальными рулями-элеронами, которые управляют креном самолета. Каждый из них работает по такому же принципу, как в авторулевом.


Автопилот настолько умелый прибор, что почти совсем заменяет летчика во время полета. Пилоту остается только следить за моторами да время от времени проверять работу автомата.


А теперь вернемся к ракете спутника.


Для того, чтобы спутник долгое время не падал на Землю, надо поднять его на высоту нескольких сот километров — где уже почти нет воздуха — и разогнать до огромной скорости — около восьми километров в секунду. Во время такого полета вокруг Земли на спутник будут действовать две силы. Под действием силы притяжения он стремится упасть на Землю. Центробежная сила, возникающая при всяком вращении, действует от Земли. При определенной скорости вращения эти две силы уравновесят друг друга, и спутник, не падая, будет летать вокруг Земли.


Со временем, однако, из-за торможения о воздух — как ни мало его на такой большой высоте — скорость спутника начнет уменьшаться. Он станет спускаться все ниже и, наконец, упадет на Землю или сгорит в плотных слоях воздуха. Но до того, как это случится, спутник может летать многие месяцы или даже годы.


Чтобы поднять спутник на сотни километров над Землей и разогнать его до необходимой скорости, ракета-носитель должна сжечь огромное количество топлива — несколько десятков тонн. Примерно столько же нужно и окислителя — вещества, содержащего кислород. Ведь путь ракеты лежит в безвоздушном пространстве, и запас кислорода, необходимого для горения топлива, приходится брать с собой с Земли.


Такую большую ракету построить пока невозможно.


Как же тогда все-таки удалось запустить спутник?


Оказалось, что, если составить ракету из нескольких частей, то топлива нужно значительно меньше. Каждая такая часть — их называют ступенями — представляет собой отдельную ракету. При взлете с Земли работает первая ступень — самая нижняя ракета. Когда в ней сгорит все топливо, начинает работать вторая ступень, а пустая оболочка нижней ракеты отделяется и падает обратно на Землю. Освободившись от бесполезного груза, ракета-носитель становится легче, поэтому, чтобы разогнать ее до необходимой скорости, топлива нужно меньше, чем для обыкновенной — несоставной — ракеты.


Кроме того, расход горючего сильно зависит от того, каким способом запускать спутник, какой путь выбрать для ракеты-носителя.


Ученые подсчитали, что меньше всего топлива потребуется, если с Земли ракета полетит прямо вверх, чтобы быстрее пролететь ту часть пути, где воздух мешает ее движению. На высоте около ста километров она должна повернуть примерно на 45 градусов в сторону и разогнаться до определенной скорости. После этого двигатель можно выключить, и ракета полетит по инерции, как сильно брошенный вверх камень. Сначала она будет удаляться от Земли, а скорость ее будет все время уменьшаться. Маленький участок пути — скорость ракеты там наименьшая, а расстояние от Земли больше всего — она пролетит горизонтально, а потом, все больше и больше разгоняясь, начнет падать обратно и упадет на Землю где-то очень далеко от места запуска.


Так было бы, если бы после остановки двигателя предоставить ракету самой себе. Но, если в момент, когда она будет находиться дальше всего от Земли, снова включить двигатель и увеличить скорость полета, то она уже не упадет, а начнет вращаться вокруг Земли.


Ракета станет спутником.


Выходит, что большую часть «подъема» ракета проделывает с выключенным двигателем, а, значит, и горючего можно взять поменьше.


Чтобы ракета летела именно по этому «выгодному» пути, автоматам, которые ею управляют, приходится решать несколько очень сложных задач.


Во-первых, на определенном расстоянии от Земли они должны изменить направление полета.


Во-вторых, надо дать ракете разогнаться в новом направлении до необходимой скорости и выключить двигатель.


В-третьих, снова включить двигатель, когда ракета-носитель будет на самом большом расстоянии от Земли.


И, наконец, удерживать ракету на курсе, не позволять ей отклоняться в стороны.



Для того, чтобы решить первые две задачи, ракета должна «чувствовать» скорость и расстояние от Земли; значит, какие-то приборы должны их непрерывно измерять. Вместо этого можно мерить ускорение — изменение скорости, — а потом вычислять пройденный путь и скорость. Оказалось, что такой способ удобнее.


Простейший акселерометр — так называется прибор для измерения ускорения — представляет собой грузик, который подвешен на пружине внутри ракеты. Чем больше ускорение, тем сильнее растягивается пружина. Ее заставляет растягиваться та же самая сила инерции, которая прижимает нас к спинке сидения, когда автобус трогается.


Специальный прибор — счетно-решающее устройство — все время автоматически вычисляет скорость ракеты и пройденный ею путь. Кроме ускорения, ему надо обязательно «знать» время, прошедшее с начала полета.


Для измерения времени можно, например, использовать так называемые «атомные часы». Дело в том, что из грамма радиоактивного вещества каждую секунду вылетает одно и то же число радиоактивных частиц. Если рядом поставить прибор, который автоматически подсчитывает эти частицы, то получатся часы — самые точные на свете. «Атомные часы» связаны со счетно-решающим устройством электрическими проводами и непрерывно «сообщают» ему время.


Когда ракета поднимается над Землей на сто километров, счетно-решающее устройство даст сигнал «автомату поворота».


Автомат поворота похож на автопилот. Главную роль в нем играют гироскопы. Пока ракета не пролетела нужного расстояния, он и работает как автопилот — не позволяет ей сбиваться с заданного курса. Но по сигналу счетно-решающего прибора ось одного из гироскопов немного поворачивается, и включает «рулевое» устройство ракеты.


Слово «рулевое» мы взяли в кавычки, потому что настоящих рулей — таких как у самолета — на ракете нет. Ведь руль действует только благодаря встречному потоку воздуха. В безвоздушном пространстве он окажется совершенно бесполезным. Вместо руля поворачивается сопло ракеты, чтобы струя раскаленных газов била чуть-чуть в сторону. От этого начинает поворачиваться и сама ракета. После того, как она изменит направление полета, автомат поворота опять превращается в автопилота.


Автомат выключения двигателя устроен гораздо проще, вроде трамвайной стрелки, о которой мы рассказывали. Когда ракета достигнет заданной скорости, он получает сигнал от счетно-решающего устройства. По этому сигналу электромагнит закрывает задвижки на трубах, по которым подводится к двигателю топливо и окислитель. Двигатель остановлен.


Главной частью автомата, который в нужный момент должен снова включить двигатель, является уже знакомый нам измеритель ускорений — акселерометр. Дело в том, что единственный маленький участок на пути ракеты, где скорость не меняется, а, значит, и нет ускорения, находится на самом большом расстоянии от Земли. На этом участке ракета уже не поднимается, но еще и не начала падать обратно. Как раз здесь надо опять включить двигатель. Когда акселерометр «доложит», что ускорение исчезло, автомат подаст топливо, подожжет его и двигатель заработает вновь. Теперь уже он не остановится пока не иссякнет все горючее. К моменту остановки двигателя скорость двигателя ракеты настолько увеличится, что она превратится в спутник.


В спутник превращается только третья ступень ракеты, потому в ней и должен находиться автомат включения двигателя.


Так работают некоторые приборы автоматического управления ракетой-носителем.


Здесь мы хотели коротко рассказать только о самых главных автоматах, которые помогли вывести спутник на орбиту. На самом деле их гораздо больше, и все они устроены очень сложно.


Малейшее «непослушание», ошибка в работе хотя бы одного какого-нибудь прибора — и ракета полетит совсем не туда, куда нужно. Чтобы этого не случилось, почти во всех автоматах имеются радиолампы. Они заставляют все приборы ракеты работать очень точно.


Не впервые приборы-автоматы оказывают людям неоценимые услуги.


Но до сих пор они делали это на Земле или недалеко от нее.


Теперь автоматы помогают человеку прокладывать дорогу в мировое пространство.


А как понадобятся они в будущем, когда отправится в полет первый космический корабль с людьми! Недавно в Солнечной системе появилась новая планета, сделанная руками советских людей — последняя ступень космической ракеты. Полетом этой ракеты, конечно, тоже управляли автоматы.


А. Антрушин


Дела космические


Вокруг луны


День, когда над нашей планетой взошла маленькая искусственная луна — 4 октября 1957 года — никогда не забудется, как нельзя забыть день рождения паровой машины, самолета, радио или атомной электростанции.


Первый шаг человека в космос сделан! За ним, естественно, последовал шаг второй — дальнейшее вторжение человека в мировое пространство. И таким более трудным шагом оказался полет советской космической ракеты, стартовавшей с Земли 2 января 1959 года.


Гигантская многоступенчатая ракета пробила земную атмосферу и ринулась в сторону Луны. Последняя ее ступень весом в полторы тонны прошла близ Луны, а затем, пролетев миллион километров, она порвала цепи земного тяготения и сделалась пленницей самого Солнца. Ракета на вечные времена превратилась в маленькую планетку, реющую между Землей и Марсом. Шестьдесят два часа продолжалась радиопередача ценнейшей научной информации о космосе с борта исторической ракеты!


Новая советская техника дает отныне возможность подробно изучатьне только ближние, но и дальние окрестности Земли. И что удивительно, сама Луна перешла теперь в список ближних объектов для исследования!


Создание могучих космических ракет позволит осуществить и полет вокруг нашего природного спутника, посмотреть на Луну «в упор» с другой стороны.


Конечно, речь идет о ракете, начиненной автоматически действующими приборами и снабженной запасом электрической энергии. В наши годы еще рано думать об отправке экспедиции в космос. Еще не изобретен для этого обитаемый межпланетный корабль, не решена задача его взлета и возвращения в атмосферу, не говоря уже о трудной посадке на Луну или о старте с ее поверхности.


Зато через несколько лет удастся отправить в небесный рейс ракету-автомат, и надо сказать, что удивительные по своему совершенству инструменты выполняют порученную работу гораздо лучше живых наблюдателей. При этом летающий телевизионный аппарат покажет миллионам людей нашу Землю издалека, и Луну с очень близкого расстояния.


Теперь каждый школьник знает, что искусственный спутник может обегать земной шар по круговой орбите и не падать на его поверхность, если вес спутника на избранной высоте в точности равен центробежной силе.


Правда, очень трудно в нужный момент сообщить ракете-носителю строго определенную скорость и совершенно точный угол выхода спутника на круговую орбиту. Ведь даже самая малая помеха в атмосфере (например, внезапно изменившаяся погода) может привести к тому, что конечная скорость при взлете будет чуть меньше 7,9 километров в секунду. А если не удастся достичь этой «первой космической скорости», то вместо разведчика космоса получится межконтинентальный баллистический снаряд, который, не пролетев и полмира, врежется где-нибудь в сушу или океанскую волну.


Вот почему ученые для страховки всегда предпочитают иметь ракету-носитель, обладающую дополнительным запасом энергии и, следовательно, развивающую скорость больше 7,9 километров в секунду. На практике орбиты спутников представляют собой не правильный круг, а несколько вытянутую петлю — эллиптическую орбиту. И чем выше начальная скорость спутника, тем больше вытягивается эта невидимая «петля». Первая советская искусственная луна вначале мчалась со скоростью 29 000 километров в час и уходила в апогей (самая дальняя точка орбиты) на расстояние девяти сотен километров от поверхности планеты.


Если же мы разгоним ракету до скорости 41 000 километров в час, как это уже произошло с первой космической ракетой, то наша «петля» окажется разорванной. Столь быстрый снаряд преодолеет земное тяготение и улетит в бесконечность,— он превратится в межпланетный корабль. Но на этот раз наша цель скромнее. Мы мечтаем послать автоматическую ракету вокруг Луны и затем направить ее обратно к Земле. Значит, ракета должна оставаться во власти земного притяжения. Что для этого надо сделать?


Понятно, что скорость такой ракеты должна быть несколько меньше, чем «вторая космическая скорость». Необходимо сохранить эллиптическую орбиту, но «петля» эта должна вытянуться так, чтобы Луна оказалась изнутри ее! Ракету придется забросить на расстояние около 400 000 километров, а для осуществления такого дальнего полета, скорость после краткого разгона должна быть 38 500 километров в час.



Если бы полем притяжения обладала только одна Земля, то эллиптическая орбита космической ракеты получилась бы совсем правильной и красивой. Она показана на рисунке пунктирной линией.


Но в том то и дело, что любое крупное небесное тело притягивает к себе всякое тело, и как только ракета уйдет от Земли на расстояние свыше шести тысяч километров, она попадает в объятия и Луны и Солнца! Для начала мы пренебрежем более слабым солнечным притяжением и сосредоточим наше внимание на «работе» Луны.


По мере приближения «разведчика» к Луне, влияние последней будет постепенно возрастать, а затем станет главным. Уже на расстоянии в 60 000 километров ракета, которая до того все больше замедлялась, вдруг получит дополнительную скорость, и ее путь основательно исказится. Если ракета пролетит не слишком близко от Луны, она сойдет со своего идеального эллиптического пути, но все же вернется к Земле. На рисунке видно, как она будет путешествовать — это сплошная линия.


Зато может быть и неприятный случай, когда ракета окажется на «роковом» расстоянии, скажем, в трех тысячах километров от лунной поверхности. Тогда могучее притяжение отбросит ракету в сторону, и она навсегда улетит в межпланетное пространство. Другими словами, к имеющейся скорости снаряда будет добавлено ускорение в лунном поле тяготения и получится «вторая космическая скорость», которая нам совсем не нужна. Астрономы давно знакомы с подобными «трюками» в космосе. Они наблюдали, например, как кометы, неосторожно приблизившиеся к гигантской планете Юпитер, подвергались столь большому ускорению своего движения, что даже выбивались из солнечной системы и отправлялись в межзвездный полет.


Но если ракету направить немного ближе к Луне, чем «роковые» 3 000 километров, то она, наоборот, обогнет Луну под действием ее же притяжения и вернется к Земле. Влияние Солнца на движение ракеты будет само по себе невелико, но и оно скажется во время длительного полета.


Итак, чтобы Луна и наш снаряд обязательно встретились в мировом пространстве и затем спокойно разошлись каждая в свою сторону, надо суметь решить сложнейшую задачу, в которой точность времени взлета, направления и скорости ракеты сочетались бы с «работой» близких и далеких небесных тел.


Ученые вычислили, что время кругового «рейса» ракеты в космосе составит 260 часов. При этом снаряд будет огибать Луну не торопясь. Ракета в дальней точке своей орбиты будет двигаться по ту сторону Луны со скоростью самого обыкновенного винтомоторного пассажирского самолета. Почти пятьдесят часов проведет ракета поблизости от Луны, и приборы смогут сделать телевизионную съемку ее поверхности.


Мы уже говорили, что для достижения Луны необходима скорость тела, которая чуть меньше скорости «освобождения» от пут земного притяжения.


Каковы же должны быть размеры такой трехступенчатой ракеты (это три самостоятельные ракеты, составляющие как бы один ракетный «поезд» на старте) и сколько она будет весить?


Если всячески экономить вес полезного груза, построив самые легкие приборы управления, измерительные инструменты, телевизионную камеру, радиостанции и аккумуляторную батарею, то все это снаряжение можно свести к тяжести в двести килограммов. А чтобы сама ракета оказалась возможно легче, важно воспользоваться особо мощным жидким топливом — таким, например, как смесь жидкого кислорода с гидразином. Тогда масса лунной ракеты на старте будет около полутораста тонн, а высота ее — 35 метров.


Что даст науке автоматическая ракета, совершившая первый круговой рейс к соседнему небесному телу?


Во-первых, осуществится заветная мечта ученых: взглянуть на Луну с «той стороны».


Ведь природный спутник Земли делает один оборот вокруг своей оси одновременно с одним оборотом вокруг нашей планеты, и поэтому люди никогда не видали почти половину лунной поверхности.


Правда, едва ли кто-нибудь может сомневаться, что скрытая от наших глаз сторона Луны должна мало отличаться от наблюдаемой с древних времен — там, вероятно, те же сухие «моря» из ровного слоя вековечной пыли, те же кольцевые горы — кратеры...


Но как чудесно все это увидеть, всему замеченному дать новые имена, названия! Удвоение изучаемой площади умножит и количество сведений о мертвой Луне!


А кто знает, вдруг на той стороне Луны будет обнаружено нечто особенное и это поможет приоткрыть завесу над тайной происхождения земного спутника?


Во-вторых, очень важно узнать, обладает ли Луна магнитным полем.


Это дало бы в руки ученых ключ для разгадки земного магнетизма.


Ведь существует же мнение, что магнитное поле Земли создается потоками расплавленного железа в центральной области планеты. Верно ли это?


Судя по всему, наш вечный спутник содержит очень мало железа, а сердцевина его совсем твердая.


Поэтому Луна может и не иметь магнитного поля.


Представьте себе радость астрофизиков, получивших подтверждение своей теории!


Ученые собираются также уточнить с помощью «снаряда вселенной» скорость распространения света в пустоте, разузнать об остатках лунной атмосферы (если она еще сохранилась), измерить силу радиоактивного излучения поверхности Луны, не видимой с Земли.


А ведь сигналы телевизионного аппарата на ракете, скрывшейся за Луной, наземными антеннами принять не удастся, и этот досадный перерыв продлится более полусуток.


Трансляция прекратится как раз в самое драгоценное время, когда надо смотреть на центр диска Луны с той стороны.


Однако ученые не унывают, они воспользуются новым изобретением: аппаратом, который записывает телевизионное изображение на ленту подобно тому, как обычный магнитофон запечатлевает на ленте звук. И, вынырнув из-за Луны, ракета, падая к Земле, конечно, успеет передать все ранее записанное до того печального момента, когда она врежется в атмосферу и сгорит, как любой небесный камень — болид.


Радиопанорама неба


Давно известно, какую львиную долю света поглощает наша — атмосфера.


Это своеобразный газовый панцирь, который защищает поверхность планеты от космического холода, губительных для всего живого лучей и от мириадов метеоритов. Но атмосфера наша — не только надежная броня, она, к сожалению, является еще и очень плотным занавесом, за которым скрываются многие тайны Вселенной.


Однако, если бы даже гигантский слой воздуха не мешал видеть далекие миры, астрономы все равно многого изучить глазами не могут.


Ведь есть совершенно темные звезды, туманности из пыли и газов, которые вообще никакого света не дают.


Другие звезды хоть и раскалены, но находятся так далеко от Земли, что их свет до нас не доходит.


И вот четверть века тому назад ученым удалось распахнуть в космическое пространство новое окно.


Оказалось, что множество небесных тел излучают невидимые радиоволны.



А так как эти радиоволны в миллион раз длиннее световых, они легко пронизывают космическую пыль и газовые туманности, совсем непрозрачные для видимого света.


Эти беспрерывные радиоизлучения ныне столь же важны для науки, как и видимый звездный свет.


Они приносят нам ценнейшие сведения о самых различных участках космоса и таинственных небесных телах, навсегда скрытых от взора людей.


Астрономический радиоприемник похож на радиолокатор. Это радиотелескоп, который не имеет ни трубы, ни стеклянного объектива или зеркала, обязательных для оптического телескопа. Огромная плоская решетчатая рама или же вогнутая параболическая чаша собирает очень слабые радиоволны. Эти ничтожной силы сигналы кабелями передаются очень чувствительному приемнику, который точно определяет длину принимаемых волн, отделяет их от окружающих радиопомех, измеряет интенсивность излучений и тут же сам все записывает на движущуюся бумажную ленту.


Радиотелескоп избавил астрономов от капризов погоды. Днем и ночью, в непогоду и при ясном небе можно вести наблюдения. Раньше очень трудно было изучать солнечную корону, и то это становилось возможным только в минуты полных солнечных затмений. А теперь это удается делать повседневно. Радиотелескоп донес, что солнечные пятна усиливают «работу» гигантской небесной «радиостанции» в сотни раз и что с этим тесно связаны магнитные бури на Земле, мешающие радиопередачам. Наконец, радиотелескоп позволил гораздо глубже «заглянуть» во Вселенную, чем с помощью оптического телескопа.


Широкой светлой полосой пересекает небо Млечный путь. Крупными алмазами сияют в нем мириады звезд. С древнейших времен люди пытливо изучали эту небесную «реку» и давным-давно заметили, что она как бы разливается на две. Что в черноте, которая раздваивает Млечный путь?


На этот вопрос долго не мог ответить ни один ученый. А ныне с помощью радиотелескопов обнаружилось, что за этой темнотой и горит главная небесная «люстра», в которой сосредоточено девять десятых всех звезд Млечного пути. Огненной жар-птицей казалась бы она жителям Земли, если бы они могли ее видеть. Эта «люстра» позволила бы читать книгу в безлунную ночь!



Но ни человеческий глаз, ни сверхзоркая фотографическая камера при телескопе не может видеть сквозь исполинскую тучу, которая на тысячелетия закрыла от нас самый центр Млечного пути.


Посмотрите на карту невидимого неба. Читатель заметит, конечно, сходство ее с картой земной поверхности. И на ней есть извилистые линии, только обозначают эти линии, названные изофотами, не одну и ту же высоту местности над уровнем моря, а одинаковую интенсивность радиосигналов, льющихся к нам из космического пространства. На карте вы не найдете привычных глазу созвездий. Рассыпанные всюду отдельные яркие пятнышки оказываются совсем не на том месте, что видимые звезды. Это так называемые «радиозвезды», или же туманности, целые звездные острова, далекие галактики. И внимание каждого, разглядывающего такую странную карту, прежде всего приковывает особо широкая, ослепительно сверкающая часть Млечного пути, которая в самую ясную ночь представляется глазу всего лишь темным островом.


Как же создали карту невидимого? Для этого при университете штата Огайо в Америке построен оригинальный панорамный телескоп, издали похожий на трибуну спортивного стадиона. «Зрителями» на «скамьи» тут усажены девяносто шесть спиральных антенн. Они как бы скользят по небу (на самом деле вращается земной шар), и принятые радиосигналы заставляют перья приборов-самописцев чертить зигзаги на движущейся бумаге. Сильней принятый сигнал — выше подпрыгивает перо, и наоборот.


Вот и получается профиль как у топографа. А пользуясь сотнями профилей и удается составить «рельефную» карту невидимого неба. Там, где больше интенсивность излучений радиоволн, астрономы условно сделали небо светлее — вот почему таким белым на карте изображен центр Млечного пути. Самые сильные радиосигналы астрономы поймали из тех точек небесной сферы, где когда-то произошли величественные события в жизни Вселенной: взрывы звезд и столкновения галактик.


Космический синхротрон


Четвертого июля 1054 года произошла космическая катастрофа, которую астрономы считают самой грандиозной из всех, когда-либо наблюдавшихся человеком. Звезда нашего Млечного пути, миллиарды лет совершенно незаметная для простого глаза с Земли, внезапно вспыхнула на небе — и так ярко, что ее можно было видеть среди бела дня. Стоит удивляться, что это необычайное происшествие не отмечено ни в одной дошедшей до нас европейской хронике того времени, хотя «сверхновая» звезда своим великолепием затмила собою даже Венеру!


Но древние китайские и японские ученые, внимательно следившие за всеми небесными светилами (это делалось главным образом ради всякого рода астрологических предсказаний), не упустили случая наблюдать за таким небывалым событием, и подробно записали виденное в императорских анналах. Китайцы назвали новоявленное светило «звездой-гостьей».


Ученые обнаружили старинную китайскую карту неба. Вправо от центра ее показано созвездие, в котором шесть звезд вытянулись прямой цепочкой.


Над ними, чуть слева, можно разобрать китайские слова «Тьень-Куань» и подметить над иероглифами точку, обозначающую звезду. Это нынешняя звезда Дзета из созвездия Тельца — ближайшая соседка Крабовидной туманности. Астрономы же седой старины как раз и указывали, что «звезда-гостья» («Тьень-Куань») 1054 года появилась именно рядом с Дзетой.


После необычайно ослепительной вспышки, которая продолжалась три недели, «звезда-гостья» постепенно стала меркнуть и спустя два года исчезла из поля зрения самых зорких человеческих глаз. Но в XVIII веке, когда стали пользоваться уже довольно сильными телескопами, астрономы обнаружили пятнышко света на месте пропавшей звезды. Сомнений не было — эта Крабовидная туманность и есть остатки звезды, взорвавшейся в 1054 году.


Изучая китайские записи, ученые убедились, что это была сверхновая звезда «первого класса». А такие в нашей галактике в настоящее время не наблюдаются. Сверхновые звезды подобного ранга можно отыскать лишь в других, далеких звездных мирах — слишком далеких, чтобы удалось хорошо изучить их. Вот почему внимание астрономов так привлекает Крабовидная туманность. Они хотят узнать, что сталось со звездой после чудовищной катастрофы. Больше того, хитроумные инструменты современных обсерваторий доложили, что в глубинах космоса разыгрывается странное физическое явление, разгадка которого может оказаться ключом для раскрытия новых тайн жизни и смерти звезд.


Что стряслось со «звездой-гостьей», толком никто не знает. Можно только сказать, что со звездами, как и с людьми, случаются расстройства в работе организма, как бы болезни, и всякие приключения со смертельным исходом. Ведь не все звезды доживают до зрелого возраста или до старости. Некоторые из них вдруг «закипают» до такой степени, что уже не возвращаются в прежнее свое состояние, и тогда происходит взрыв. Такую лопнувшую звезду астрономы и называют «новой» или «сверхновой».


Катастрофа может произойти от того, что топливо — водород (по признанной сейчас теории на небесных силовых «станциях» атомная энергия освобождается за счет превращения самых легких химических элементов в более тяжелые) в центральной области звезды «выгорает» почти целиком, и сердцевина звезды начинает остывать — там накапливается гелий. Ядро светила сжимается, но под действием сил тяготения, с уплотнением, температура недр может подниматься до сотен миллионов градусов.


Представьте теперь, что может случиться из-за внезапного сжатия вещества, последующего разогрева и прорыва триллионов тонн водорода из верхних слоев к пылающему центру звезды!


Мгновенное освобождение сказочного количества энергии привело к тому, что «звезда-гостья» 1054 года извергла в окружающее мировое пространство массу газов с такой невероятной скоростью, что они преодолели притяжение звезды и доныне продолжают рассеиваться в бесконечность.


Крабовидная туманность расширяется на наших глазах (вернее, это обнаруживается сличением фотографий) со скоростью около 1100 километров в секунду и светящаяся «туча» теперь занимает такой объем, что лучу света потребовалось бы не менее шести лет, чтобы пронизать всю ее насквозь! В центре туманности найдены две малых звезды — одна из них, вероятно, и есть ядро распавшегося гиганта.


В руках астронавтов есть теперь интересные фотографии, сделанные с помощью крупнейшего телескопа-рефлектора с зеркалом диаметром 508 сантиметров. На одной из них фильтр задержал большую часть света Крабовидной туманности и пропустил только свет, излучаемый водородом и гелием. Тело туманности — это светящиеся облака из водорода и гелия, окружающие центральную область небесного «краба».


Другая фотография имеет очень мало сходства с первой. Фильтр задержал здесь все наиболее сильные лучи света, испускаемые возбужденными атомами; зато фильтр разрешил пройти ровному свету с длиной волн самого широкого диапазона.


И это очень загадочное, «сплошное» видимое излучение.


Советский астроном Н. С. Шкловский первым высказал смелую мысль, что этот необычный свет туманности рождается не в атомах, но испускается свободными электронами, с огромной скоростью летящими в мощном магнитном поле. В доказательство своей правоты он приводит убедительный пример: сильное свечение электронов, разгоняемых в синхротроне почти до 300 000 километров в секунду. Этот «синхротронный» свет вспыхивает под действием ускорения в переменном электрическом поле с постоянной частотой и властного закручивания легких заряженных частиц в магнитном поле.


И в отличие от обычного света, который, возникая благодаря колебаниям электронов внутри атома, имеет строго определенный спектр, излучение электронов, подстегиваемых в ускорителе-синхротроне, напоминает именно странный свет Крабовой туманности.


Шкловский удачно разъясняет при этом и причину сильного излучения невидимых радиоволн небесными телами. По его мнению, сверхбыстрые электроны, закручиваемые в магнитном поле, дают видимый «синхротронный свет», а электроны, обладающие меньшей энергией, — невидимые электромагнитные волны, которые ныне с успехом ловятся с помощью великанских радиотелескопов.


Так были получены правдоподобные ответы на два вопроса, долгое время волновавшие научный мир: загадка свечения Крабовидной туманности и природа небесного «радиовещания».


Однако нашлись ученые, у которых возникли сомнения. Возможно ли, что в космосе действуют титанические «синхротроны», по сравнению с которыми самые мощные ускорители частиц на Земле должны выглядеть не более чем детскими игрушками?


К счастью, довольно скоро отыскался способ проверить, является ли свет Крабовидной туманности действительно «синхротронным». Свет, испускаемый разбежавшимися электронами в ускорителе, поляризован. Это значит, что световые колебания происходят лишь в направлении, перпендикулярном магнитному полю.


А поляризован ли свет далекой туманности?


Вот на такой вопрос попытался ответить советский астроном В. А. Домбровский. Позже подобными исследованиями занялись голландец Вальравен, американец Бааде и другие. Оказалось, что «сплошной» свет Крабовидной туманности не только поляризован, но что и поляризация эта в наиболее яркой области туманности распространяется в одном направлении. Следовательно, в строго определенном направлении действует и сказочной силы магнитное поле.


Так ученые окончательно поверили в то, что странный свет Крабовидной туманности является «синхротронным» светом. Иначе нельзя было бы объяснить и самой поляризации, при которой хорошо обнаруживается поперечность световых волн.


Вооружившись новым знанием, астрономы уверенно стали объяснять причину невидимого радиоизлучения туманности. Здесь, заявляют они, работает все тот же космический синхротрон. Эти радиоволны должны быть намного сильнее видимого света, поскольку генераторы их — электроны меньшей энергии — являются несравненно более многочисленными в туманности, нежели рекордсмены скорости — светящиеся электроны. Вскоре и это умное предположение было подтверждено наблюдениями.


Обладая сведениями о струящихся к Земле лучах и о силе небесного магнитного поля в туманности, ученые произвели свои кропотливые расчеты и... немало изумились. Энергия светящихся электронов «краба» оказалась неизмеримо большей, чем достигнутая физиками где-либо в крупнейшем ускорителе. Только таинственные космические частицы, вторгающиеся к нам невесть откуда, по своей мощи могли соревноваться с ними.


Вот и возник новый вопрос: а не являются ли эти самые космические лучи ничем иным, как пришельцами из недр сверхновых звезд или каких-нибудь неустойчивых других? Снова заработали автоматические быстродействующие счетные машины. Вот одно из решений: взрыв одной звезды класса «гостьи» 1054 года может дать до десятой доли всех космических лучей, бомбардирующих нашу планету!


Но если мы предположим, что космические частицы попали в земную атмосферу с места далекой катастрофы, то это не дает еще нам объяснения, откуда получили они свою чудовищную энергию. Ведь нельзя же поверить, что энергия ныне светящихся электронов Крабовидной туманности была получена ими при взрыве в 1054 году. Исторгнутые тогда частицы давно растеряли, конечно, свою силу и замедлились.


Остается поверить, что светящиеся электроны продолжают непрерывно получать все новые порции энергии от вечного «космического синхротрона».


А откуда идет пополнение разлетающихся электронов, ведь Крабовидная туманность светится по-прежнему сотни лет? Мы уже говорили, что в центральной области туманности замечены две светящиеся точки. Вероятно, это двойная звезда. Астрономы думают, что та звезда из двух, что больше к югу, и есть остатки погибшего гиганта. Но если эти остатки сохранились до сих пор еще как звезда, то такая звезда должна отличаться от всех других, видимых на небе.


И правда, вблизи этой звезды каждые три месяца появляются слабенькие полосы света, которые, распухая, устремляются к внешним областям туманности. Через сотню дней они пропадают здесь среди ярко сияющих облаков водорода и гелия.


Странные полосы движутся со скоростью до 30 000 километров в секунду. Свет их поляризован, и можно догадываться, что это летят неисчислимые полчища электронов, обладающих огромной энергией. А отсюда и вывод: удивительная звезда в центре туманности раза четыре в земной год претерпевает могучие извержения и из глубин ее выбрасываются всё новые потоки осколков атомов, а это и есть пополнение убыли светящихся электронов Крабовидной туманности.


Если мощные радиосигналы, излучаемые «крабом», обязаны своим происхождением ускорению электронов в магнитном поле, то естественно предположить, что и все другие «радиозвезды» на небе действуют как природные синхротроны. Иначе нам никак не удалось бы найти удовлетворительное объяснение рождению этих изумительных по своей силе радиоизлучений.


К сожалению, астрономы пока не могут еще подтвердить эту мысль многочисленными примерами, потому что за одним исключением все небесные «радиостанции» не дают поляризованного света, которым сияет Крабовидная туманность. Возможно, электроны на них не разгоняются до высших скоростей, необходимых для излучения этого странного света.


Единственное же исключение вот какое. В направлении созвездия Девы плавает в космосе, далеко от нашего Млечного пути, гигантская галактика. Она-то и испускает из своего центра «синхротронный» свет. Этот сияющий «фонарь» в сто раз больше, нежели вся Крабовидная туманность. И если это явление происходит от космической катастрофы, то когда-то должна была вспыхнуть сверхновая звезда, масса которой, по меньшей мере, в сто тысяч раз больше, чем масса нашего Солнца!



Материалы: http://epizodsspace.airbase.ru/

========


ГлавнаяКарта сайтаПочта
Яндекс.Метрика    Редактор сайта:  Комаров Виталий