Этюды о Вселенной: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Что касается состава остальных спутников Юпитера, то, по всей видимости, они содержат больше льда и меньше тяжелых каменистых материалов, причем это обогащение льдом и уменьшение доли тяжелых веществ тем заметнее, чем дальше от планеты находится спутник. Число достоверно известных спутников Юпитера превышает дюжину; в большинстве своем это ледяные шары около сотни километров в диаметре, едва видимые с Земли. Подсчет их числа, проведенный аккуратно, без спешки с помощью стационарного искусственного спутника Юпитера, наверняка выявил бы сотни более мелких спутников. Таким образом, система Юпитера напоминает Солнечную систему в миниатюре.

Столь же плодотворным оказался визит космического зонда к Сатурну. Как и ожидалось, поверхности Сатурна и Юпитера схожи по характеристикам; судя по всему, наличие желтоватых лент, расположенных вдоль экваторов, связано с присутствием метана.

В астрологических руководствах можно прочесть, что Сатурн приносит несчастье, его влияние всегда связано с большим горем. в книгах по астрономии написано в более прозаическом стиле, что среднее расстояние от Солнца до этой планеты составляет 1427 млн. км (почти в десять раз больше, чем расстояние до Земли) и что один оборот вокруг Солнца она совершает примерно за 30 лет.

Открытие колец Сатурна

В 1610 г. Галилей, разглядывая Сатурн с помощью телескопа, заметил, что планета выглядит довольно странно, и решил, что он видит два тела, сопровождающие основную планету и расположенные по обеим сторонам от нее. о своем открытии он сообщил анаграммой «Smaisnermiclmbpobtalevmibvneuvgttaviras», над которой долго ломал голову Кеплер, тщетно пытаясь найти для нее решение. Наконец, Галилей разъяснил смысл написанного: «Altissimum planetam tergeminum observavi» («Я обнаружил, что самая дальняя планета тройная»). Несколько лет спустя из-за относительного движения Сатурна и Земли кольца оказались повернутыми в профиль и поэтому стали практически невидимыми. Галилей решил, что он ошибся и прекратил заниматься Сатурном. Он умер, так и не узнав о существовании колец.

Кольца были открыты Гюйгенсом в 1659 г., о чем он объявил следующим образом: «aaaaaa, cccc, d, eeeee, g, h, iiiiiii, llll, mm, nnnnnnnnnn, oooo, pp, q, rr, s, ttttt, uuuu», что означало: «Anulo cingitur tenui, nusquam coherente, ad eclipticam inclinato» («Она окружена легким кольцом, нигде не касающимся светила и наклоненным относительно эклиптики»).

Мы избавим читателя от других анаграмм и подробного рассказа об истории этих исследований. Сатурн представляет собой громадную планету, имеющую в диаметре 119300 км, чуть меньше Юпитера. Система колец имеет внешний диаметр свыше 240000 км и с течением времени изменялась.

Состав и структура колец Сатурна

Шотландец Дж.К. Максвелл был первым, кто в 1850 г. в работе, ознаменовавшей собой начало его блестящей научной карьеры, серьезным образом поставил вопрос о природе колец Сатурна. с помощью неопровержимых доводов, основанных на законах небесной механики, он показал, что кольца не могут быть ни твердыми, ни жидкими. Оставалась гипотеза пыли, т.е. множества вращающихся по орбите вокруг планеты астероидов, столь мелких и многочисленных, что они воспринимаются как непрерывное кольцо. Спустя столетие модель пыли все еще считается справедливой, и оценки среднего диаметра «пылинок» дают значение порядка одного метра. Кроме того, похоже, что они состоят из льда. Из-за возмущений, вызываемых спутниками Мимасом и Энцеладом, некоторые орбиты нестабильны и остаются поэтому незаполненными. По этой причине пыль собирается в сложную систему концентрических колец, щели между которыми, вероятно, не превышают одного километра; для сравнения можно сказать, что толщина листа бумаги окажется равной 25 м, если пропорционально увеличить все размеры на Земле до размеров на Сатурне.

Теория Голдрайха и Тремайна, которая должна была объяснить детали структуры колец, оказалась (после получения данных от зонда) слишком упрощенной и должна быть теперь пересмотрена, хотя она в принципе остается справедливой, и на ее основе уже получены некоторые важные результаты. Недавние снимки, переданные зондом, свидетельствуют, что структура системы колец очень сложна; возможно, некоторые эффекты объяснимы только на основании предположения о существовании других спутников Сатурна, помимо дюжины уже обнаруженных.

Эта теория, как и всякая другая, основана на законе всемирного тяготения Ньютона и, по сути, представляет собой сложный пример приложения этого закона.

Существует ли жизнь на газовых гигантах Солнечной системы?

В интересной статье Солпитера и Сагана, опубликованной в серьезнейшем периодическом издании «The Astrophysical Journal», обсуждается одна такая возможность. Эти два автора считают, что Юпитер мог бы быть местом обитания гигантских упорядоченных организмов, вроде огромных шаров, наполненных водородом и плавающих в атмосфере планеты. Эти организмы могли бы питаться веществами, которые выносятся из недр планеты мощными восходящими потоками, упомянутыми нами выше. Не исключены случаи каннибализма. Красное Пятно могло бы оказаться идеальным местом для обитания этих организмов, что в свою очередь могло бы объяснить его окраску. Здесь мы имеем захватывающую рабочую гипотезу, для подтверждения или – будем реалистически смотреть на вещи – полного провала которой потребуются многие годы. Аналогичные соображения могут быть предложены и для Сатурна. Высказывалась мысль, что и в нагретой вулканами атмосфере Титана, самого большого спутника Сатурна, могла бы существовать жизнь, однако «Вояджер» обнаружил, что атмосфера Титана холодна и вряд ли может этому способствовать. Будущее, однако, всегда может приготовить нам какой-нибудь сюрприз.

Высадка первого человека на Луне 21 июля 1969 г. осуществила мечту нескольких поколений читателей Жюля Верна. Это памятное событие привлекло внимание всей мировой общественности и приковало к экранам телевизоров миллионы людей. Жюль Верн предугадал общий ход событий, но он не мог предвидеть ни грандиозный размах и огромную стоимость дела, предпринятого НАСА, ни фантастическую сложность всей аппаратуры, управляющей запуском и полетом. Если бы он поглубже изучил физику, то, возможно, избежал бы некоторых занимательных ошибок, из-за которых ряд его идей следует, скорее, отнести к археологии научной фантастики.

Итак, что же обнаружили астронавты на Луне и каков итог всего предприятия? Многие вещи уже заранее были известны специалистам; но, поскольку спектакль был хорошо разыгран, широкую публику они смогли удивить. Было известно, что Луна почти лишена атмосферы; количество газа, оставленного на Луне двигателями спускаемого модуля, сравнимо с тем его количеством, которое там уже было.

Отсутствие атмосферы на Луне объясняется слабостью ее гравитационного поля, которое в шесть раз меньше земного; вторая космическая скорость на Луне равна примерно 1 км/с – пуля, пущенная из ружья, наверняка сумела бы преодолеть лунное притяжение. Молекулы любого газа находятся в непрерывном тепловом движении; скорость лунной молекулы неизбежно, а вовсе не случайно оказалась бы больше космической, так что молекула исчезла бы в пространстве. Возможно, Луна все же имела атмосферу в эпоху зарождения Солнечной системы, но к настоящему времени на ней остались лишь ничтожные следы тяжелых газов.

На Земле любой камень содержит какие-то следы воды; эту воду всегда можно извлечь, нагревая камень. Огромные лунные просторы, покрытые пылью с редкими вкраплениями камней, лишились всяких следов воды за миллиарды лет пребывания в пустом пространстве. Эта пыль выглядит очень темной; будучи исследована уже на Земле, она оказалась совершенно бесплодной, похожей по составу на земные базальты. Лунная поверхность примечательна разве что присутствием некоторого количества титана – металла будущего. Имеющиеся данные, таким образом, не могут вызвать энтузиазма у людей, мечтавших об использовании богатых залежей лунных минералов.

Будем все же осторожны. на Земле полезные ископаемые сконцентрированы в зонах с ограниченной площадью, и, чтобы их извлечь, необходима большая исследовательская работа на местности. Если бы мы вдруг спустились на Землю и стали изучать минералы, подобранные в дюжине разных мест, то перспектива их использования тоже не показалась бы нам заманчивой.

Разглядываемая с Луны Земля кажется неподвижно подвешенной в небе и имеет фазу, дополнительную по отношению к фазе Луны, разглядываемой в то же время с Земли. Солнце освещает Луну непрерывно две недели подряд, затем следуют две недели темноты; сложенные вместе, они как раз и составляют лунный месячный цикл. Лунная почва, исключительно горячая днем, становится ледяной ночью. Так что Луна представляет собой чрезвычайно неприветливое место, и только ценой огромных и непрерывных материальных затрат можно было бы создать на ней базу, где астронавты имели бы минимум комфорта. Картины, предложенные зрителям авторами фильма «Космическая Одиссея», очень далеки от реальности, и, возможно, мы никогда и не увидим такого, если не сможем найти выхода из наступившего энергетического кризиса.

Какую пользу принесли человечеству экспедиции на Луну? Всего несколько лет прошло после их осуществления, но чувство разочарования и потеря интереса у большинства людей очевидны. Наверно, все ожидали чего-то похожего на открытие Америки: исследована новая территория, и, однажды преодоленные, ее границы должны стать открытыми для всех желающих. Но Луна, увы, не Клондайк, и массовая доставка людей на нее еще весьма далека от реализации, даже несмотря на то, что введение в строй космического корабля многократного использования должно значительно снизить стоимость таких полетов.

Научных данных о нашем спутнике накоплено огромное количество, и только часть их обработана. Можно надеяться, что на основе этих данных будет получен более точный ответ на вопрос о происхождении Солнечной системы. Действительно, на Луне, поверхности которой не коснулись ни разрушительное действие атмосферы, ни катаклизмы, как, например, те, которые происходят в земной коре, сохранились древнейшие камни (их возраст 4 млрд. лет), своим происхождением восходящие ко времени рождения самой Солнечной системы.

По-видимому, еще десяток лет потребуется, чтобы на основе данных о Луне и непрерывно поступающих данных о других планетах сделать какие-то определенные заключения о происхождении Солнечной системы. Тогда мы сможем точнее узнать, было ли образование нашей системы событием из ряда вон выходящим или, как мы предполагаем, речь идет об образовании рядовой планетной системы, каких много во Вселенной.

В последнем случае увеличилась бы вероятность найти где-то во Вселенной жизнь, возможно, и разумную. Ответы на фундаментальные вопросы о нашем далеком прошлом не имеют денежного эквивалента, их нельзя оценивать только с точки зрения экономической.

Лунные приключения нельзя считать растратой общественных средств (хотя бы и «дяди Сэма»). Они способствовали развитию космической технологии, а множество совершенных ошибок позволило осознать опасности, поджидающие нас в космосе; наступило время, когда спутник, метеорологический или связи, щедро вознаграждает нас за средства, затраченные на его создание.

Заглядывая в ближайшее будущее, нужно иметь в виду, что запасы полезных ископаемых на Земле подходят к концу; если бы весь мир потреблял свинец с такой же интенсивностью, как Соединенные Штаты, его хватило бы всего на три года; такие же цифры характерны для положения почти со всеми минералами, а о нефти лучше и не вспоминать.

Увеличение численности населения земного шара так же, как и развитие мировой экономики современными темпами в течение ближайших нескольких десятков лет, просто немыслимо; более того, кризис природных ресурсов уже стучится в нашу дверь, хотя – вот парадокс! – в Солнечной системе почти наверняка полным-полно полезных ископаемых, пусть и не на Луне. Маленькие внешние спутники Юпитера представляют собой не что иное, как большие шары, состоящие из смерзшихся камней, льда и углеводородов. Кроме того, возможно, что многие из астероидов, расположенных между Юпитером и Марсом, состоят из сплава железа и никеля, подобного центральному ядру Земли. Одного такого осколка диаметром в километр хватило бы для удовлетворения наших нужд на столетия вперед. По этой причине исследование остальных небесных тел Солнечной системы и изучение механизма ее образования приобретает не только академический интерес, но может дать вполне определенную практическую выгоду в будущем.

Подобные рассуждения справедливы и для Солнца, по разным причинам еще недостаточно изученного. Например, минимальное изменение его светимости может привести к различным изменениям земного климата и к потрясениям, катастрофические последствия которых можно было бы ограничить, зная о них заранее. и в этой области ожидаются в высшей степени интересные результаты, связанные с использованием космического «челнока» для вывода телескопа на орбиту.

Итак, наши приключения только начинаются, и, даже если мы еще далеки от создания космических колоний типа описанных американским драматургом О'Нилом, виды Юпитера, посланные на Землю космическими зондами и поразившие наше воображение, заставляют задуматься над исключительностью нашего времени и над значением всех уже имеющихся данных для будущего человечества.

Глава 3. О современной физике

Предмет физики