Исследование космоса
К. Э. Циолковский был убежден, что человечество в недалеком будущем расселится по планетам Солнечной системы и начнет проникать все дальше — в глубины Вселенной.
Технические трудности на этом пути, по мнению Циолковского, будут преодолены. Люди смогут отправиться в путь даже без особых скафандров, которые необходимы сейчас космонавтам при выходе в открытый космос.
В своей книге «Грезы о земле и небе», опубликованной в Калуге в 1895 году, Циолковский объяснял, что живые существа и растения, которые отправляются на другие планеты, не иссохнут в космическом вакууме и не превратятся в мумии из-за мгновенного испарения воды благодаря тому, что их кожа «…покрыта стекловидным слоем, довольно мягким и тонким, но абсолютно непроницаемым для газов, жидкостей и других летучих тел… Поверхность тела с небольшими крылообразными придатками, освещенными солнцем, служит лабораторией для приготовления силы и жизни. Если в среде тяжести такие придатки могут быть обременительны, то в пространстве, свободном от нее, они незаметны и при поверхности в несколько тысяч квадратных метров…». Обмен идеями и мыслями между космическими путешественниками в безвоздушном пространстве К. Э. Циолковский (еще до изобретения радио и телевидения!) также считал вполне осуществимым и писал: «…Разве мы обмениваемся мыслями только при посредстве звука? А книги, письма? Нечто подобное, но гораздо более совершенное и натуральное служит им для их сообщения; на одной из видных частей тела, сквозь его прозрачную покрышку, как в камере-обскуре, играет ряд живых картин, следуя течению мыслей существа и точно их выражая; зависит это от прилива подкожных жидкостей разных цветов в чрезвычайно тонкие сосуды, которые и вырисовывают ряд быстро меняющихся и легко понятных картин».
Космонавт и художник А. Леонов красочно изобразивший совершенный им впервые в истории выход из корабля в открытый космос.
С момента написания этих строк прошло около 90 лет, а орбитальные станции с меняющимися экипажами осваивают околоземное космическое пространство, межпланетные автоматические станции (пока без космонавтов на борту) фотографируют и изучают с близкого расстояния планеты Солнечной системы и их спутники.
Советская станция «Венера» передала на Землю снимки поверхности горячей планеты, скрытой от взоров человека плотным слоем облаков. Исследования Венеры будут продолжены…
Зарубежные ученые разрабатывают автоматическую станцию «Галилей», которая должна, пролетев мимо открытых Галилео Галилеем четырех спутников Юпитера — Ио, Европы, Ганимеда, Каллисто, опуститься в атмосферу самого Юпитера — огромной планеты, объем которой в тысячу раз превышает земной, и произвести химический анализ ее облачного покрова.
Скафандры, без которых космонавты пока не могут обойтись, будут становиться все легче и удобнее.
Особый интерес ученых вызывает другой спутник Юпитера —Титан, слегка уступающий по размерам Ганимеду, но зато единственный из спутников планет Солнечной системы, имеющий атмосферу. Пролетевшая мимо Титана станция «Вояджер» (по дороге к Сатурну, Урану, Нептуну) установила, что атмосфера Титана в десять раз тяжелее земной, состоит в основном из азота и небольшого количества водорода, метана и аммиака, влажное, каменистое ядро самого спутника окружено, вероятно, смесью воды и льда. Вполне возможно, что на Титане могут существовать и простейшие формы жизни, ведь температурные и атмосферные условия на этом спутнике Юпитера похожи на те, которые были на Земле миллиарды лет тому назад.
«Грезы» Циолковского несомненно сбудутся, лишь их техническое воплощение будет несколько другим. Ученые считают, например, что установка радиотелескопов на обратной стороне Луны, защищенных нашим естественным спутником от различных помех, существующих на Земле, даст возможность принимать сигналы из космоса с необыкновенно высокой чувствительностью. Именно в этом наиболее спокойном месте космического околоземного пространства можно будет вести поиск сигналов внеземных цивилизаций и разгадывать причины невероятно мощного выделения энергии далекими звездами. Видимо, уже сейчас такие проекты оправданы, как с научной, так и с экономической точки зрения.
Советский межпланетный аппарат «Луноход» — первый передвижной автоматический исследователь лунной поверхности.
Лунные породы состоят на сорок процентов из кислорода, который из них легко выделить и, соединив с доставленным с Земли легким водородом, получить воду, столь необходимую для жизни человека. На Луне много кремния (около двадцати процентов от общего веса поверхностных пород). Полупроводниковые солнечные элементы, преобразующие солнечный свет сразу в электричество, будущие обитатели Луны смогут изготовить из кремния сами…
Современные ученые и инженеры вполне серьезно относятся к космосу как к месту предстоящей длительной и очень полезной работы астрономов, геологов, энергетиков.
Безвоздушное пространство продолжает волновать умы и физиков-теоретиков, но по другой причине: изучая грандиозные процессы, протекающие во Вселенной, они надеются выяснить, что же происходило на самых ранних этапах возникновения окружающего нас мира.
Экспериментаторы нашли для каждой элементарной частицы вещества свою античастицу, одинаковую по массе, но имеющую противоположный заряд: например, для протона — антипротон, для нейтрона — антинейтрон, для электрона — позитрон, для нейтрино — антинейтрино. Обнаружено и явление аннигиляции, взаимного уничтожения частиц и античастиц, происходящее с выделением огромного количества энергии: взаимодействие всего одного грамма вещества и антивещества равносильно взрыву атомной бомбы средних размеров!
Физики всегда исходят из вполне логичного представления о симметрии нашего мира. Число античастиц должно быть вследствие этого равно числу частиц, количество вещества — количеству антивещества. Но экспериментально наблюдаются в основном только частицы. Вокруг нас есть вещество и нет (вероятно, к счастью!) антивещества. Отдельные античастицы и антиэлементы, такие, как антигелий, получены лишь в опытах на ускорителях. Пока не удалось обнаружить антивещество и в обозримых для телескопов просторах Вселенной. Странное противоречие, долго смущавшее физиков…
Всем знакомы силуэты нефтяных вышек на суше и на море. В будущем с помощью подобных устройств полезные ископаемые возможно будут добываться из недр Луны, планет и их спутников, далеких астероидов.
Теоретические расчеты и наблюдения астрономов показали, что наша Вселенная в настоящее время расширяется: скопления галактик и даже отдельные галактики разлетаются, причем скорость их разлета тем больше, чем дальше они находятся друг от друга.
Галактики образовывались путем сгущения в отдельных частях пространства межзвездного газа, и естественно предположить, что когда-то давно, около 10 миллиардов лет назад, вся Вселенная состояла из очень плотного и необычайно горячего газа — плазмы. Плотность этой первичной плазмы частиц и античастиц (в то время их число было одинаково) была столь велика, что представление о таком состоянии вещества можно получить, если мысленно сжать, как пишут в одной из своих статей академик Я. Б. Зельдович и кандидат наук А. Д. Долгов, всю видимую часть Вселенной «до кубика со стороной около 10 см». «Современная теория,— продолжают они,— опираясь на астрономические наблюдения, с неизбежностью приводит к тому, что в отдаленном прошлом вся видимая Вселенная могла бы поместиться в литровой банке».
Эти выводы необыкновенно интересны и захватывают воображение. Но оставалось все же совершенно непонятным, как смогло образоваться вещество при взрыве сверхплотного и горячего первичного газа — плазмы частиц и античастиц, почему исчезло практически все антивещество?
Ответ был получен лишь несколько лет назад после опытов на ускорителях, показавших, что распад тяжелых элементарных частиц с превращением в более легкие частицы происходит с вероятностью на 0,3\% большей, чем при возникновении из них таких же античастиц. Это, казалось бы, совершенно ничтожное отличие двух равноценных на первый взгляд путей преобразования частиц, замеченное физиками, позволило сделать важный вывод: при взрыве и расширении плотного начального «кубика» Вселенной, происшедшем, по расчетам теоретиков, за доли секунды, частицы взаимно уничтожались, взаимодействуя с античастицами, рождалось излучение, разлетавшееся в виде фотонов, и все же некоторое число частиц при этих реакциях сохранилось.
Их ведь было чуть-чуть больше, чем античастиц! Например, на каждый миллиард антипротонов приходился миллиард и… еще один протон. Этих лишних протонов, уцелевших в реакции аннигиляции протонов с антипротонами, хватило, чтобы создать все вещество галактик, звезд, солнечных систем.
Бескрайние просторы Вселенной всегда волновали воображение людей, возбуждали мысль ученых.
Все только что рассказанное было подкреплено еще одним доказательством. Фотоны излучения, образованные при взрыве горячей и плотной плазмы частиц и античастиц, должны были, разбегаясь и постепенно охлаждаясь, равномерно заполнить всю Вселенную. Эти фотоны, получившие название реликтовых, сохранившихся с древних времен, удалось экспериментально обнаружить!
Как уже не раз происходило в науке XX века, астрофизика, физика элементарных частиц и теория электромагнитного излучения вновь оказались необходимыми друг другу. Теории, которые сначала производят впечатление весьма общих и совершенно отвлеченных, неожиданно становятся очень полезными при объяснении сложных явлений природы. Физики-экспериментаторы, исследователи космоса, инженеры могут, опираясь на теоретические расчеты, получить результаты, важные в научном и в практическом отношении.
В ноябре 1982 года группа советских ученых, в числе которых доктора наук В. К. Абалакин, В. А. Брумберг, М. Д. Кислик, кандидаты наук Ю. Ф. Колюка, В. Ф. Тихонов и другие, была награждена Государственной премией СССР за создание новой уточненной теории движения внутренних планет Солнечной системы. Полеты к планетам космических аппаратов и измерения, проводимые с Земли с помощью больших радиотелескопов, позволили ученым заметить: траектории движения планет, вычисленные на основе ньютоновского закона всемирного тяготения, оказываются уже недостаточно точными. В этих расчетах не учитывается искривление пространства и замедление времени при движении планет около тела с большой массой — Солнца, предсказываемые общей теорией относительности Эйнштейна.
Советские ученые показали, что современная теория движения внутренних, ближайших к Солнцу планет — Меркурия, Венеры, Земли и Марса — может быть создана при объединении законов ньютоновской механики и общей теории относительности. Проведенные в 1981 —1982 годах радиолокационные измерения расстояний до планет с помощью радиотелескопа советского Центра дальней космической связи в Крыму сравнивались с результатами теоретических вычислений. Использование в расчетах законов только ньютоновской механики привело к расхождению с экспериментом, составлявшему для Меркурия около 400 километров, в то время как новая обобщенная теория советских ученых позволила определить расстояние до ближайшей к Солнцу планеты, отличавшееся от данных измерений всего на 5 километров. Уточненные расчеты дают возможность выяснить местоположение Меркурия через 20 лет с точностью до 10 метров, а Венеры, Земли и Марса — с точностью до 1 метра!
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
