Хочу всё знать (1970 г.)
Редакционная коллегия: К. Ф. Огородников, А. И. Шалимов, Г. С. Гор, М. Е. Ивин, Л. В. Успенский, Ю. А. Эшман.
Составитель Л. А. Джалалбекова.
Альманах «Хочу всё знать!» знакомит юных читателей с достижениями в различных областях науки, техники, искусства. Наряду с наиболее интересными проблемами и открытиями современности, альманах содержит много любопытных сведений из истории науки.
Небольшие заметки для альманаха подготовили: Г. Черненко, Б. Розен, А. Шмульян, Б. Пустынцев.
На вклейках опубликованы рисунки художников
Е. Войшвилло: «Лунный пейзаж будущего», «Орбитальная станция», «Крейсер „Аврора“».
Н. Претро: «Флаг и герб СССР», «Гримасы моды».
Оформление Б. Крейцера.
ВНЕ ЗЕМЛИ
А. Томилин ЗАЧЕМ МЫ ЛЕТИМ В КОСМОС?
Странный вопрос, а попробуй на него ответить. Только ответить без фантазий о марсианах и жителях венерианских болот, без рассуждений о том времени, когда на Земле станет тесно… Фантазировать можно и нужно, но сейчас у нас другая задача.
По последним данным науки в пределах Солнечной системы мы не отыщем ни братьев по разуму, ни второй родины, приспособленной для существования человека. Остаются, правда, другие звёзды и звёздные системы. Но полёт к ним, если и осуществится, то очень нескоро. Зачем же почти каждый день с различных земных континентов взлетают в космос ракеты со спутниками?
Сколько лет живёт на Земле человек? Более миллиона. И большую часть этого времени люди были твёрдо уверены: «Земля — это весь мир!» Солнце, звёзды, Луна созданы для того, чтобы на Земле было лучше. Лучше кому? Конечно, человеку. Потому что, пока мало знал человек, всё ему казалось, что он самый главный в природе. Так, впрочем, и теперь иногда бывает, только не со всем человечеством, а с его отдельными представителями.
Однако постепенно люди поняли, что Солнце и звёзды — это огромные газовые раскалённые шары. А Луна и планеты — такие же небесные тела, как и Земля, только расположенные на огромных расстояниях друг от друга. От нас до Солнца — сто сорок девять с половиной миллионов километров… Далеко! И всё-таки Солнце дотягивается до Земли — зиму и лето меняет. О большем влиянии люди не задумывались. До тех пор, пока не накопились странные факты.
Сначала о них заговорила техника. Почему в периоды высокой солнечной активности на высоких широтах пропадает радиосвязь? Стрелка компаса мечется как угорелая из стороны в сторону, почему? Эстафету вопросов подхватили врачи. Немецкие психоневрологи заявили, что они давно обратили внимание: во времена высокой солнечной активности число нервно-психических заболеваний резко увеличивается. Возрастает в такие дни и количество автомобильных катастроф, добавили американские статистики. И вообще люди со слабым типом нервной системы чувствуют себя в такие периоды подавленно, подтвердили французские врачи.
Солнце, радиосвязь, человек и магнитная стрелка. Есть над чем подумать. Какая между ними связь?
Возьмём сначала земные факторы. Почему магнитная стрелка показывает всегда одним своим концом на север, а другим на юг? Потому что Земля наша — огромный, хотя и не особенно сильный магнит. От полюса к полюсу протянулись в околоземном пространстве невидимые магнитные силовые линии — магнитное поле планеты. В этом магнитном поле, как волны в океане, летят в разные стороны радиосигналы. По направлению силовых линий выстраиваются магнитные стрелки тысяч и тысяч компасов. Но если волны в океане бросаются из стороны в сторону, значит, в океане буря. А если радиоволны не доходят от передатчика к приёмнику и магнитная стрелка вертится, вместо того чтобы спокойно указывать северное направление, — значит, буря разыгрывается в магнитном поле… Интересно, что же собой представляет магнитное поле Земли. Давайте-ка познакомимся с ним поближе. Оказывается, что создаётся оно скорее всего мощными электрическими токами, протекающими внутри земной коры, а так как токи эти не постоянны и пульсируют с частотой восемь — шестнадцать колебаний в секунду, то пульсирует и поле.
«Стойте! Стойте!» — это кричат биологи, — в мозгу человека тоже протекают электрические токи. Они создают электрическое напряжение, которое меняется с частотой восемь — шестнадцать колебаний в секунду. Это колебание самое главное. Оно называется альфа-ритмом и характеризует нормальную работу центральной нервной системы. Если альфа-ритм нарушился, как правило, это значит, что функции головного мозга вышли из нормального состояния. В просторечье говорится: «Человек сошёл с ума».
А теперь попробуем порассуждать: там восемь — шестнадцать колебаний и здесь восемь — шестнадцать. Там магнитное поле планеты и здесь магнитное поле головного мозга. Трудно удержаться от соблазна увязать одно с другим. Может быть, магнит действительно играет в жизни человека гораздо большую роль, чем мы думаем? Прежде всего надо посмотреть в старых книгах. Не было ли каких-нибудь указаний на этот счёт у предков. Тогда не придётся открывать Америк. И вот — пожалуйста.
Ещё в древние времена индусские брамины, когда у них начинала болеть голова, надевали на руку магнитный браслет. И уверяли, что помогает. Египетские жрецы и маги использовали магнит в качестве амулета для сохранения молодости. А древнееврейские каббалисты твёрдо гарантировали успокоение нервов при помощи всё того же магнита… Самое замечательное заключается в том, что проверка этих древнейших утверждений, проведённая самыми современными способами, подтвердила их. Подтвердила всё, включая и сохранение молодости.
Американский биолог Джино Бариотти, продержав шесть престарелых мышеи в сильном магнитном поле, заметил, что шерсть на них после этой процедуры заблестела, складки и морщины на коже разгладились, шкурка стала мягче, эластичней — и мыши заметно повеселели. Зверюшки опредёленно помолодели…
Пока механизм взаимодействия магнитных полей с живым организмом не выяснен. Нет теории. Нет даже абсолютной уверенности в правильности гипотез… Долгое время вообще люди весьма туманно представляли себе причины возникновения магнитного поля нашей планеты. И только исследования с помощью космических летательных аппаратов позволили сказать с уверенностью, что существуют три источника земного магнетизма. Они сосредоточены в трёх сферах планеты: в ядре — поля мощных электрических токов, циркулирующих в недрах Земли, в коре — поля магнитных аномалий в местах их скоплений — в месторождениях железа, и третий источник — это токи заряженных частиц верхней атмосферы и околоземного космического пространства — радиационные зоны. Они были открыты спутниками совсем недавно. Случилось это так.
3 ноября 1957 года в Советском Союзе был успешно осуществлён запуск второго искусственного спутника; 508,3 килограмма оборудования: радиоизмерительных приборов, счётчиков, источников питания и даже первое живое существо — собака по кличке «Лайка» — понеслись по орбите. Электронные машины начали приём и обработку информации. Но машины — только переводчики, они преобразуют сигналы от приборов, летающих в космосе, в длинные таблицы цифр и предоставляют людям самим разбираться «что, как и почему». А в информации, поступавшей с нашего спутника, многое было неясным. Возьмём, например, показания счётчиков. Эти упрямые приборы виток за витком твердили, что за пределами атмосферы они регистрируют сильное рентгеновское излучение. Но откуда оно может там взяться? По физическим законам рентгеновское излучение возникает тогда, когда космические частицы сталкиваются с атомами и молекулами земной атмосферы. А на высотах, где пролегают орбиты спутников, воздуха-то нет! Пришлось физикам поломать головы.
Между тем на Северо-Американском континенте тоже запустили ракету со спутником. Американцы здорово торопились, чтобы ликвидировать разрыв в исследованиях космоса между СССР и США. Может быть, по этой причине их и преследовали неудачи. В марте 1958 года ракета «Юпитер-С» с третьим спутником «Эксплорер-II» потеряла управление и свалилась в океан. Пришлось её взорвать. Через несколько дней взлетел «Эксплорер-III»… Взлетел благополучно. Он был, правда, очень невелик: 14,2 килограмма научного оборудования. Однако профессору Ван-Аллену удалось пристроить пару своих счётчиков. На орбите приборы исправно принялись считать заряженные частицы, а профессор решил отдохнуть. И вдруг на высоте примерно одной тысячи километров (орбита «Эксплорера-III» была очень вытянутой) счётчики замолчали… Скандал! Что произошло? Отказ аппаратуры?.. Может быть, авария?.. Но вот спутник описал дугу и стал снова приближаться к Земле. И только успел пересечь тысячекилометровый рубеж, как счётчики заработали, будто ни в чём не бывало… Ещё один облёт — и та же картина. Ещё — опять то же! Не могло же быть, чтобы космическое излучение существовало, существовало и вдруг на высоте тысячи километров над Землёй пропадало?.. А может быть, дело здесь в обратном явлении?
Осенённый неожиданной идеей, американский физик спешно создаёт в лаборатории поток излучения, в тысячу раз сильнее того, какой показывали приборы до высоты тысячи километров, и ставит на пути потока счётчик. И что же — счётчик замолкает! Он точно захлёбывается ливнем космических частиц и перестаёт их регистрировать… Великолепная догадка! Значит, вокруг нашей планеты должен быть пояс радиации высокой интенсивности. Такое предположение высказал Ван-Аллен в своём докладе правительственной комиссии.
Хорошо бы проверить это предположение… И вот 15 мая, уже с советского космодрома, устремилась в чёрное небо новая ракета. «…Русские отправили на орбиту 1327 килограммов оборудования — целую лабораторию! — писали зарубежные газеты. — В следующий раз они запустят в ракете слона!..»
Уже через несколько витков советская космическая лаборатория подтвердила правильность ван-алленовских предположений. А ещё через несколько витков открыла новый — внешний — радиационный пояс Земли. Картина радиационной обстановки в околопланетном пространстве прояснилась. Обе зоны — вы их легко увидите на нашем рисунке — представляли серьёзную опасность для будущих космонавтов. Ракетчики должны рассчитывать траектории взлёта и посадки так, чтобы они проходили через околополярные области, где пространство чисто.
Но почему околоземное пространство представляет собой ловушку для космических частиц?.. Причина этого — магнитное поле. Оно ловит заряженные частицы, тормозит их, заставляет огибать Землю. Не будь магнитного поля, поверхность нашей планеты давно превратилась бы в угрюмую коричнево-серую безжизненную пустыню. Космические лучи, частицы высоких энергий, выжгли бы всё живое.
Одним из мощных источников космического излучения является наше Солнце. Из его недр, особенно в областях, занятых так называемыми тёмными пятнами, бьют исполинские фонтаны космических частиц. Вот почему, когда пятен особенно много, астрономы называют такой период годом активного Солнца. Всё пространство буквально пронизано космическими ливнями. Немало приходится их и на нашу долю. Врываясь в околоземное пространство, массы электрически заряженных частиц резко меняют картину магнитного поля планеты. На полюсах вспыхивают разноцветные полярные сияния. Нарушается радиосвязь. Растёт на Земле число аварий.
Научиться предсказывать космические бури, а в дальнейшем и предупреждать их — вот задача, в решении которой помогают нам спутники и космические корабли.
Выходит, что самая главная цель, цель номер один, при исследовании космоса та же, что и для всей нашей науки — служение человеку! На одной из пресс-конференций президент Академии наук СССР сказал, что исследования при помощи спутников очень много дали учёным для лучшего понимания «положения Земли в космическом пространстве». А это, как мы видели, жизненно важно, потому что «солнечные и космические факторы определяют условия жизни на нашей планете».
Что же нового узнали мы о Земле при помощи спутников?
Материал здесь очень обширный. Большая его часть ещё обрабатывается, ещё не сделаны окончательные выводы. Но даже то немногое, о чём можно сейчас говорить уверенно, представляет исключительный интерес.
ЗЕМЛЯ ИМЕЕТ ФОРМУ… ЗЕМЛИ
Мы с детских лет привыкли к тому, что наша планета — шар! Заметьте, именно привыкли, потому что убедиться в этом собственными глазами вовсе не так просто. Представьте себе крошечного жука, который ползёт по поверхности большого шара. Представили? А теперь спросите его по-жучиному: «Что за местность, по которой ты бредёшь?» Бедное запыхавшееся насекомое наверняка ответит: «Какая-то плоская бесконечная равнина, чёрт бы её побрал!» И он прав. Где ему, жуку, додуматься, что ползает он по шару?.. Для этого нужно взлететь! Правда, древнегреческий философ Аристотель никогда не поднимался ни в космос, ни даже просто в воздух на обыкновенном самолёте. Но у него была крылатая мысль! Наблюдая за круглой тенью, наползающей на лунный диск во время затмений, Аристотель пришёл к выводу, что Земля — шар. И всё-таки понадобилось ещё почти полтора тысячелетия, чтобы люди согласились с этим. Лишь после кругосветных путешествий Колумба и Магеллана деваться стало некуда. И люди принялись определять размеры своего «шарика». Сначала измерили по экватору. У шара, как известно, как ни крути, экватор в любом направлении один и тот же. Так нет, догадался же кто-то померить Землю через полюса. Измерили, посчитали — и получился скандал! От полюса до полюса расстояние оказалось меньше, чем от Африки до Нового Света по экватору. Выходило, что шарик-то сплюснут с полюсов… Так и считали до 1958 года, что Земля наша — сплюснутый шар, или, точнее, эллипсоид. Однако пришлось вносить коррективы и в это представление.
17 марта 1958 года с американского космодрома, расположенного на мысе Канаверал (ныне — мыс Кеннеди), стартовала ракета «Атлас» с крошечным искусственным спутником «Авангард-1» на борту. В нашей стране к этому времени уже готовился к запуску третий спутник весом в 1327 килограммов. Мировая печать назвала «Авангард» теннисным мячом, такой он был маленький. Американский «мячик» полетел вокруг планеты. За ним внимательно наблюдали. Сначала всё шло благополучно. Спутник двигался по рассчитанной заранее орбите. Но скоро стали обнаруживаться странности. Высота в перигее над Северным полушарием уменьшилась, тогда как над Южным осталась прежней. Это противоречило законам небесной механики.
Орбитальное движение спутника могло зависеть только от действия сил притяжения Земли. И если орбита оказывалась неправильной, это означало, что гравитационное поле нашей планеты неравномерно. А это могло случиться только по причине несимметричности фигуры Земли… Так на повестку дня снова стал вопрос о форме.
Виток за витком изменения орбиты «Авангарда» тщательно фиксировались и передавались на обработку электронным машинам. И вот к 1961 году выводы были готовы и опубликованы: на противоположных сторонах земного шара оказались две огромные гравитационные ямы. Одна — рядом с Индией, другая — неподалёку от западного побережья Северной Америки. Кроме того, орбиты спутника настойчиво утверждали, что земной шар снабжён ещё и нашлёпкой сверху — со стороны Северного полюса… После долгих вычислений фигура нашей многострадальной планеты стала напоминать грушу… Но назвать планету, да ещё собственную Землю грушей… Неудобно. И придумали специальное название — ГЕОИД. То есть — ЗЕМЛЕПОДОБНЫЙ. Земля стала походить на… Землю. На слух это, пожалуй, звучит странновато. Зато какие бы уточнения в будущем ни возникали, менять название для земной фигуры больше не придётся. Спасибо спутнику!..
Но не только эту вековую загадку и вековой спор помог разрешить космический летательный аппарат. Немало сделал он и для того, чтобы все убедились в вечном и бесконечном движении нашей планеты, как по орбите, так и вокруг собственной оси.
Астрономы рассчитали и скорость полёта Земли по орбите (примерно тридцать километров в секунду) и скорость вращения[1]. Но это всё были тоже, так сказать, теоретические расчёты. А вот как найти неопровержимые доказательства того, что Земля находится в движении? А доказать это было чрезвычайно важно. Во-первых, тогда можно было бы уточнить астрономические таблицы и снабдить штурманов надёжными справочниками. Корабли могли бы смелее пускаться в дальний путь, не опасаясь заблудиться. А во-вторых, доказательство движения Земли явилось бы прямым подкопом под гипотезу о господе боге. Я не стану рассказывать вам о первых сомнениях, которые заронил Коперник в головы своих современников. Перейдём сразу к практическим методам доказательств. Первое из них целиком обязано воинственному характеру человечества. Люди задумались: почему артиллерийский снаряд в северном полушарии испытывает в полёте одно отклонение, а в южном другое?
Решением этой проблемы занялся французский физик Жан Бернар Леон Фуко. В 1850 году он подвесил к потолку в своей лаборатории, находившейся в подвале, маятник. Прибор — проще не придумаешь: латунный шар на двухметровой проволоке — и всё. Толкнув маятник в направлении меридиана, Фуко уже через полчаса обнаружил отклонение. Маятник не желал всё время колебаться в одной плоскости. Ему нравилось смещаться. «Может быть, причиной отклонения является трение в подвеске? — думает осторожный француз. — А может быть…» Впрочем, что может быть ещё, он предпочитает не договаривать. А то спугнёшь результат… Но влияние трения можно свести на нет, если увеличить вес шара и длину подвеса… Фуко добивается разрешения провести опыт в меридианном зале Парижской обсерватории.