! Сегодня

16 июня 2018 г.

Космический дом человечества

    Публ. в журнале "Техника - молодежи"  (9/1977) посвящена 20-летию космической эры.


КОСМИЧЕСКИЙ ДОМ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА


   Нынешнему поколению людей необычайно повезло: оно стало свидетелем и современником романтической эпохи космонавтики, венчающей ряд славных эпох в истории человечества, порожденных научно-техническим прогрессом.  Начавшись в XV-XVI веках Великими географическими открытиями, этот ряд в XIX веке был продлен эпохой всемирного железнодорожного строительства и стремительным развитием телеграфно-телефонной сети, в первой половине ХХ века - грандиозными успехами радиосвязи, знаменитыми автомобильными пробегами и героическими авиационными перелетами. Вторая половина ХХ века ознаменовалась открытием новой и величайшей эпохи, эпохи освоения космоса.




   С тех пор как 4 октября 1957 года на околоземную орбиту вышел первый в мире советский  искусственный спутник Земли, не проходило месяца, чтобы в космические просторы не устремлялись десятки аппаратов, способных за один полет добыть такую информацию, которую вообще невозможно получить, находясь на земной поверхности. Сегодня объем накопленных с помощью космических аппаратов сведений тысячекратно превысил все, что удалось собрать астрономам за предшествующие столетия. И мы со снисходительной улыбкой читаем теперь те горделивые заявления, которые не так давно делались учеными.

   "Разница  между нашими нынешними знаниями небесных тел и тем, какое мы имели пять-шесть десятков лет тому назад, громадна, и то же можно сказать про астрономию 1850-х годов по сравнению с древней". Эти слова были написаны в 1918 году. Их автор - знаменитый шведский физикохимик, создатель теории электролитической диссоциации, нобелевский лауреат С. Аррениус - хорошо знал, что говорит. Он тогда написал  несколько книг, в которых в сжатом виде суммировал те представления, которые сложились  к тому времени в астрономической науке. И пожалуй, самая интересная из этих книг - "Жизненный путь планет", ибо она посвящена как раз той области, в которой автоматические межпланетные станции позволили достичь наибольших успехов.

   Сопоставлять, сравнивать представления пятидесятилетней давности с тем, что стало известно теперь, не только интересно, но и поучительно. Многие тогдашние предсказания сегодня могут вызвать только улыбку, но немало было и таких, которые оказались на редкость точными.


СЕЛЕНА: ПРЕДСКАЗАНИЯ И ФАКТЫ

   Во всеоружии накопленных к 1918 году знаний  Аррениус так представлял себе загадочный мир Селены. Это небесное тело, на поверхности которого практически невозможно заметить каких-либо изменений, вызываемых потоками воды, песчаными ураганами и разрушительным действием попеременного нагревания и охлаждения. Поэтому, считал шведский ученый, горы на Луне возвышаются во всей своей первозданной высоте,  достигающей по некоторым измерениям 6 -7 км.

    Самой характерной особенностью лунного рельефа Аррениус считал многочисленные вулканы, многие из которых далеко превосходят земные. Некогда эти вулканы выбрасывали из лунной магмы огромные массы газов, состоявшие, по мнению знаменитого химика, в основном из водяного пара, который, однако, так быстро улетучивался, что никогда не мог образовать водной поверхности на Луне. Так называемые лунные моря, хотя и лежат ниже, чем их окрестности, в действительности никогда не были заполнены водой; их гладкая поверхность кажется с Земли более темной, ибо она состоит из темного вулканического стекловидного материала.

    Светлые лучи, распространяющиеся от некоторых кратеров, Аррениус считал застывшими струями лунной магмы, которая дала каменную породу, содержащую в себе множество газовых пузырей и потому приобретшую оттенок более светлый, чем ранние породы лунной коры. Эти последние должны были быть похожи на стекловидные вулканические породы вроде обсидиана или витрофира.

   Надо заметить, что очень большие трудности представляло всегда  объяснение окраски лунных ландшафтов. Одни говорили, что цвет лунной поверхности зеленый, другие считали его скорее серым или, на худой конец, темно-зеленым. Третьи настаивали на грязно-желто-зеленом Были и такие, которые склонялись в пользу буро-красного. Сам Аррениус считал, что затвердевшие моря лавы на Луне ярко-зеленые на фоне общей окраски цвета желтого песчаника.

   Заключая свое описание, знаменитый химик писал: "Вероятно, луна затвердела еще не до самого центра, а потому еще вероятно медленное дальнейшее утолшение ее коры. При этом еще будут освобождаться газы, но они не смогут прорвать заключающую их толстую броню и останутся в виде пузырей в каменеющей магме..."

   Надо отдать должное Аррениусу: многое из того, о чем он писал, оказалось пророчески верным, хотя и подверглось немаловажным уточнениям. Так, советские автоматические станции "Зонд-6" и "Зонд-8" обнаружили на обратной стороне Луны близ ее Южного полюса горы, вздымающиеся над ее поверхностью на 10 км! Это больше, чем земная Джомолунгма, хотя максимальный размах рельефа лунной поверхности меньше, чем на Земле, - 14 км по сравнению с 20 км.

   Говоря о вулканах как о характерной особенности лунного рельефа, Аррениус основывался на наблюдениях только видимой стороны Луны. Сведения, полученные с помощью станций, передавших изображение ее обратной стороны, дали еще более убедительное подтверждение этому мнению.

    Но особенно интересной, прямо-таки сенсационной, стала разгадка цвета лунных ландшафтов, ставшая возможной лишь после того, как образцы лунного грунта были доставлены в земные лаборатории. Реголит - такое название дали ученые рыхлому поверхностному материалу Луны - оказался разнозернистым, темно-серым,  черноватым порошком. Более половины всех его частиц - стекла темно-бурых и черных тонов, оплавленные или ошлакованные с одной или нескольких сторон, причем встречается как пузыристое оплавление, так и гладкое глазурное остекловывание. Кроме того, в реголите есть буроватые. насквозь проплавленные зерна вулканического стекла; встречаются стеклянные прозрачные и непрозрачные шарики и капли разного цвета - мутновато-белые, зеленоватые и желто-бурые. Многие из них пустотелые.

   Изучение оптических свойств реголита привело к разгадке разнобоя в оценке цвета лунной поверхности. Оказалось, что при углах зрения, близких к нормали, реголит имеет зеленоватый оттенок. При увеличении же угла зрения у него появляется желто-бурый и красно-бурый оттенки.

   Получила достоверное подтверждение и догадка Аррениуса о внутреннем строении Селены. "Просвеченная" сейсмическими волнами Луна раскрыла свое оболочечное строение. Мощность лунной коры - около 25 км, в то время как на Земле толщина коры колеблется от 40 км на континентах до 6 -8 км под океаническим дном. Что же касается литосферы, то здесь разница еще значительнее: 800 - 900 км на Луне и от 50 - 70 км до 100 - 200 км на Земле. Если учесть, что диаметр Луны в 3,7 раза меньше диаметра Земли, нетрудно убедиться:  литосфера нашего спутника - это гипертрофированная по мощности, жесткости и сейсмической добротности литосфера нашей собственной планеты. Вот только температуры и давления здесь гораздо меньше: 50 тыс. атм и 1500 - 1700 градусов по сравнению с 3500 тыс. атм и 5700 градусов С.

   Не случайно Луну, исследуемую с помощью космических кораблей и автоматических станций, иногда называют "испещренным кратерами, запыленным лунным окном", сквозь которое ученые  сумели яснее увидеть и глубже понять многие земные явления и процессы.


ИСТИННОЕ ЛИЦО ВЕНЕРЫ

   Пожалуй, ни об одной планете не существовало столько ошибочных мнений, как о Венере. Если соображения Аррениуса  в отношении Луны оказались во многом пророческими, то с Венерой ему не повезло...

    На этой привлекательной планете, считал он, господствует температура 47 град. по С. Влажность в 6 раз больше, чем на Земле, - на Венере всюду каплет от сырости, но ливни дают воды лишь немногим больше, чем на нашей планете. Густые дождевые тучи,  ходящие на высоте 10 км, задерживают солнечные лучи и, поглощая их, нагреваются, отчего вновь образовавшийся пар поднимается на большие высоты, где возникает новый слой туч. Из-за этого между поверхностью планеты и первым слоем туч царит почти полный штиль. Здесь преобладают вертикальные потоки - ливневые дожди, которые, размывая поверхность Венеры, уносят грунт в моря. Весьма возможно даже, что большая часть венерианской поверхности занята болотами. В этих болотах в условиях влажного и теплого климата должна произрастать могучая, но недолговечная растительность. Ил и погибшие части растений под действием высокой влажности и температуры быстро превращаются в угольные комки. На полюсах Венера, где, по мнению Аррениуса, температура должна быть градусов на десять ниже, чем в среднем на планете, условия наиболее благоприятны для развития высших организмов. По мере остывания Солнца будет приближаться время, когда Венера из всех планет солнечной системы будет становиться наиболее пригодной для жизни, и тогда от полюсов "прогресс и культура распространятся даже до экватора", и Венера станет "небесной царицей", как планета, "подаренная наивысшими живыми существами".

   Ох, как расстроился бы Аррениус, если бы узнал научные результаты, доставленные с поверхности Венеры советскими АМС!  Действительно, практически ни одно из его  пророчеств не оправдалось.

   Он считал, что на этой планете господствует температура 47 град. С, а в действительности она оказалась равной 490 град. С ! Он считал давление примерно равным атмосферному, а оно оказалось в 90 раз больше. Он считал, что венерианская атмосфера состоит из воздуха, а она оказалась  в основном состоящей изз углекислого газа. Он считал, что облака ходят на высоте 10 км, а они оказались расположенными на высоте 60 км. Он считал, что солнечный свет почти не достигает поверхности планеты,  а на Венере днем освещенность такая же, как на Земле в сильный облачный день. Наконец, он считал, что близ поверхности Венеры нет горизонтальных движений воздуха, а прямые измерения показали, что такие движения - ветер - есть, и скорость их составляет 0,8 - 1,3 м/с!

   После стольких ошибок в предсказаниях можно ли было надеяться на то, что реальные венерианские ландшафты совпадут с теми, которые нарисовал Аррениус?

   Конечно, никаких болот, никакой растительности, никаких высших организмов на Венере ожидать не приходится. Лишь с большим трудом удалось получить представление о характере твердой поверхности планеты. Она оказалась весьма гладкой - перепады высот не превышают 3 км. Но вот неожиданность: в одном из районов были обнаружены многочисленные кратеры вулканов, огромные - диаметром 33 - 160 км, но мелкие - не глубже 400 м. И это не все. Удалось обнаружить также огромную борозду длиной 1500 км и шириной 150 м, пересекающую поверхность планеты!

   Эти открытия разожгли любопытство ученых до предела, и оно было удовлетворено, когда советские станции "Венера-9" и "Венера-10" передали на Землю изображения венерианских ландшафтов непосредственно с поверхности планеты. Никакой экзотики на этих снимках не оказалось. Только остроугольные обломки камней, плиты да линия горизонта. Скучный пейзаж! Но не следует забывать: чтобы сделать эти "скучные" снимки, советским конструкторам пришлось создать аппараты, способные из глубокого вакуума с космической скоростью влететь в котел высокого давления и не только не разрушиться при этом, но и передать за миллионы километров телевизионные изображения внутренности этого котла!


СОЛНЦЕ ГЛАЗАМИ ЛЮДЕЙ И КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

   С древнейших времен мысль человеческая искала ответ на вопрос: что есть Солнйе?
   "Солнце есть огонь", - говорили пифагорейцы. "Это шар из чистого огня", - постулировал Аристотель. Почти 20 веков его мнение принималось  астрономами безоговорочно.  В начале XVII века Галилей направил свой телескоп на Солнце и увидал на нем темные пятна. Он же сделал и первую попытку объяснить физическую природу пятен: это облака, плавающие в огненной атмосфере Солнца.

   Знаменитый астроном XVIII века Вильям Гершель был убежден, что центральная часть солнца твердая, а на ней расположены два слоя облаков. Внешний - фотосфера - пылает с невообразимой силой, а внутренний служит экраном, защищающим  нижнюю область от теплоты фотосферы. Пятна же - временные отверстия в облаках, через которые видна поверхность.

   В середине XIX века Гельмгольц и Кельвин установили, что Солнце и звезды - это сгусток газа, который излучает тепло и свет.
   К середине нашего века структура Солнца или, по крайней мере, его внешние слои, казались изученными довольно хорошо.

   Вся энергия Солнца, поступающая к Земле, излучается из солнечной атмосферы, состоящей из фотосферы, которую мы видим невооруженным глазом; хромосферы и короны, которые видны как ореол вокруг солнечного диска только во время затмений.  Именно в фотосфере наблюдаются  таинственные солнечные пятна, которые, как теперь уже известно, не что иное, как относительно холодные области фотосферы с очень сильными магнитными полями. Известны также и сильные вспышки в хромосфере - взрывы на Солнце, опасные для биосферы Земли.

   Лик Солнца, увиденный глазами космических аппаратов, предстал перед астрономами в ином свете. Приборы, вынесенные за пределы земной атмосферы, получили возможность наблюдать идущие от Солнца рентгеновское, ультрафиолетовое и гамма-излучения, которые не доходят до поверхности Земли.

   Если диск Солнца при наблюдениях в белом свете кажется однородным и неизменным, то в рентгеновских лучах он представляется ареной гигантских взрывов раскаленной плазмы. Оказалось, что в хромосфере и в "тихой" короне происходят грандиозные взрывы, во время которых резко увеличивается коротковолновое и корпускулярное излучения. Установлено, что всплеск излучения во время вспышки сопровождается ударной волной, которая, дойдя до Земли, резко сжимает земную магнитосферу, а излучение, поглощаясь в верхних слоях атмосферы, влияет на ее состав и температуру. Установлено также, что воздействие вспышек на землю сказывается через день-два после взрыва на Солнце.

   Интереснейшее открытие, сделанное с помощью спутников, - обнаружение солнечного ветра, потока заряженных частиц - корпускул, непрерывно испускаемых солнечной короной. В сущности, это расширяющаяся солнечная корона, обтекающая нашу Землю со скоростью 300-400 км/с. Таким образом, считавшаяся спокойной солнечная корона оказалась очень активной. На рентгеновских фотографиях хорошо видны яркие источники коронального излучения, темные области, волокна...

   И еще один интересный факт: космическое излучение, источник которого ученые искали в глубинах космоса, оказался гораздо ближе - это все те же хромосферные вспышки на Солнце. Правда, солнечные космические лучи гораздо "мягче" тех, что идут от других объектов вселенной.

   Всего двадцать лет космические корабли патрулируют солнечную систему, а сколько удивительных открытий! И в основном это сделали сами космические аппараты, управляемые с Земли человеком. В планах астрономов и астрофизиков - изучение Солнца через телескопы, установленные прямо на пилотируемых кораблях, а в недалеком будущем - и научные экспедиции к нашему светилу.


СПУТНИКИ ОТКРЫВАЮТ ЗЕМЛЮ

   Если в изучении других планет космическая техника идет от внешних сфер к внутренним, то в отношении Земли история открытий развивалась в противоположном направлении: от поверхности в космос. Сначала была изучена земными средствами поверхность планеты, затем ее воздушная оболочка - атмосфера, и только 20 лет назад при помощи космической техники началось изучение ее магнитной оболочки - магнитосферы.

   О том, что Земля большой магнит, первым догадался  в 1600 году придворный врач английской королевы Елизаветы Вильям Гильберт. Созданная им маленькая земля "Террелла" - намагниченный железный шар - в общем точно воссоздавала в пространстве геомагнитное поле. Дальнейшее изучение свойств магнитного поля нашей планеты навело ученых на мысль, что многие непонятные явления на Земле связаны с возмущением ее магнитной оболочки. Еще в XVII веке Цельсий установил, что магнитные бури и северные сияния обычно возникают одновременно.

   Французский астроном Ж. Де Мейран объяснял полярные сияния воздействием потоков газа, выброшенных Солнцем. Галлей в 1716 году утверждал, что появление полярных сияний связано со "светящейся магнитной жидкостью", в сущности, он дал определение плазмы, о которой в то время еще ничего не знали. Об этих необычных свечениях неба и Ломоносов писал как о "явлениях воздушных, от электрической силы происходящих". Все эти идеи, высказанные на заре развития физики, 200 лет спустя подтвердили космические корабли, отправленные в околоземное плавание.

   В начале нашего века шведские ученые Штермер и Биркеланд  провели теоретические расчеты, доказывающие, что магнитное поле Земли может стать ловушкой для заряженных частиц, приходящих из космического пространства. И первым же научным открытием, сделанным с помощью спутников, было обнаружение радиационных поясов Земли. Оказалось, что нашу планету окружает  облако из электрически заряженных частиц необычайно плотной концентрации. Ближайшая граница этой электрической короны Земли расположена в экваториальных районах  на высоте от 600 до 1000 км от поверхности, а в приполярных широтах - до 100 км. Внутри ее находятся пояса повышенной концентрации энергичных заряженных частиц - электронов и протонов. Эти частицы пребывают  в постоянном движении и время от времени "высыпаются" на высоте около 100 км, чаще всего в зоне полярных сияний. Траектории движений этих частиц оказались близки к тем, что полвека назад вычислил Штермер.

   Вторым не менее важным открытием было установление аппаратурой спутников четкой границы магнитосферы, названной магнитопаузой.

   Магнитное поле Земли в общем похоже на поле намагниченного железного шара с силовыми линиями, выходящими из одного магнитного полюса и входящими в другой. Распространяясь на большие расстояния, оно образует огромную полость - магнитосферу. Как установили космические аппараты, размеры ее велики, форма необычна. Навстречу Солнцу она простирается на 10 земных радиусов (примерно 65 тыс. км), в перпендикулярном к Солнцу направлении - на 15 радиусов (около 100 тыс. км);  а в противоположную от Солнца сторону она вытянута на миллионы километров, образуя так называемый магнитный хвост Земли диаметром примерно в 30 земных радиусов.

   По данным  космических аппаратов, необычную форму магнитосфере придает давление солнечного ветра, постоянно обтекающего ее поверхность. При этом в лобовой части ее образуется ударная волна, проходя через которую солнечная плазма уплотняется, давит на геомагнитное поле, и оно начинает сжиматься до тех пор, пока давление солнечной плазмы не уравновесится собственным давлением геомагнитного поля. Между ударной волной и границей магнитосферы находится переходной слой - магнитопауза, заполненная солнечной плазмой.

   Мощные процессы изменения конфигурации магнитного поля и движения плазмы в магнитосфере являются причиной магнитных бурь, полярных сияний, нарушений радиосвязи, появления индукционных токов в линиях электропередачи, в телефонных и телеграфных сетях. Кроме того, изменения в магнитосфере влияют на состав верхней атмосферы и на ионосферу.

   За два десятилетия космической эры информация, полученная с искусственных спутников Земли и межпланетных автоматических станций, дала возможность нарисовать картину строения околоземного пространства, которая оказалась интереснее и сложнее самых смелых предположений.

"Техника - молодежи" 9/1977   


Комментариев нет:

Отправить комментарий

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...