Сегодня большинство исследователей считает, что Солнце, подобно другим звездам, возникло в результате конденсации материи в центральной части огромного роя холодной пыли и газа. Под действием сил тяготения Солнца первоначально бесформенный рой межзвездного вещества должен был мало-помалу сгущаться и приобретать определенную форму. Солнце оказалось окруженным вращающимся облаком мелких твердых частиц и газа. От греческого слова «прото» – первый – окружавшее Солнце облако твердых частиц и газа получило название протопланетного. Из этого холодного первичного облака образовались в дальнейшем планеты Солнечной системы.

Форма протопланетного облака отдаленно напоминала бублик, если только его положить на стол и сильно сплющить. В близкой от Солнца внутренней части облака плотность его была низка и преобладали тугоплавкие нелетучие частицы. Солнечное тепло приводило к испарению летучих веществ, а давление солнечных лучей «выметало» газы в среднюю, самую плотную и толстую, часть облака. С приближением к далекой внешней границе толщина облака снова уменьшалась.

Частицы вещества, обращаясь вокруг Солнца, непрерывно сталкивались и сцеплялись воедино, подобно тому как липкие снежинки во время сильного снегопада соединяются в большие снежные хлопья. «Хлопья» частиц росли, продолжая слипаться друг с другом и постепенно вычерпывая окружающее их рассеянное вещество. Так возникали «зародыши» планет.

 

Страницы биографии

Вблизи от Солнца формировались планеты небольшие и плотные. А в средней части протопланетного диска росли планеты-гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун с огромным содержанием летучих веществ, воды, углекислого газа, метана и аммиака. Все это происходило около 5 млрд лет назад.

В развитие такого взгляда на происхождение Солнечной системы внес вклад выдающийся советский ученый и государственный деятель, математик и географ, неутомимый путешественник, отважный исследователь Арктики, Герой Советского Союза академик Отто Юльевич Шмидт.

В самые трудные для молодой Советской республики годы начинающий приват-доцент кафедры математики Киевского университета Отто Шмидт стал одним из организаторов продовольственного снабжения страны. В начале 1920 г. Совет Народных Комиссаров переводит его на работу по организации рабфаков, чуть позже О. Ю. Шмидт работает в качестве члена коллегии Народного Комиссариата финансов. Имея богатый опыт организаторской деятельности в общегосударственном масштабе, с 1921 г. тридцатилетний О. Ю. Шмидт возглавляет Государственное издательство – орган, который ведал делами всех издательств РСФСР; он становится одним из основателей и главным редактором Большой Советской Энциклопедии.

Ранние этапы формирования планет из газопылевого протопланетного облака. Эта иллюстрация заимствована из старой книги и в деталях может быть уточнена. Однако общий характер представлений о процессе формирования планет коренных изменений не претерпел

В тридцатые годы О. Ю. Шмидт является начальником Главного управления Северного морского пути и руководит арктическими экспедициями на ледоколах «Георгий Седов», «Сибиряков» и на пароходе «Челюскин». Геофизические работы Шмидта в Арктике привели его в дальнейшем к астрономическим проблемам происхождения и ранних стадий эволюции Земли.

Попытки объяснить происхождение Солнечной системы имеют длинную историю.

В середине XVIII в. французский натуралист Жорж Бюффон высказал мысль, по которой рождению планет предшествовала гигантская космическая катастрофа: по его мнению, в жидкое Солнце, словно пушечное ядро, врезалась комета. Солнечное вещество «брызнуло» в сторону, и огненно-жидкие капли его, остывая, превратились в планеты.

На уровне современных знаний гипотеза Бюффона – попросту заблуждение и не выдерживает никакой критики. Солнце вообще не жидкое, а кометы не имеют ничего общего с пушечными ядрами. Удара при сближении кометы с Солнцем произойти не может.

Теперь на основе физических свойств веществ математически доказано, что планеты могли возникнуть только при длительном слипании холодных твердых частиц, а вулканическая активность на планетах связана отнюдь не с их первоначально жидким состоянием, а с последующим разогревом верхних слоев за счет распада радиоактивных элементов.

Но в свое время гипотеза Бюффона была прогрессивной, поскольку она объясняла происхождение планет не как результат божественного творения, а как результат действия сил природы. В монархической Франции участь Бюффона отчасти напоминала участь Галилея. Через два года его принудили отречься от крамольных идей и признать божественное происхождение Солнца, Земли и планет.

Спустя полвека, уже в годы Великой революции, другой французский ученый – астроном, физик и математик Пьер Симон Лаплас, опираясь на предшествующие работы Д. Бернулли, выдвинул гипотезу о совместном возникновении планет и Солнца из медленно вращающейся туманности, состоящей из раскаленных паров и газов. Туманность понемногу охлаждалась, уплотнялась и сжималась.

Помните, как фигуристы на льду вдруг резко увеличивают скорость вращения вокруг оси? Для этого они сильно прижимают руки к груди. По тому же закону должна увеличивать скорость своего вращения и сжимающаяся туманность. По мере нарастания скорости вращения туманность сплющивается у полюсов, принимая форму диска. В конце концов постоянно увеличивающаяся скорость вращения приводит к неустойчивости диска. При громадной скорости в далеком экваториальном поясе от вращающейся туманности отслаивается «обруч». Вещество «обруча» охлаждается гораздо быстрей всей массы туманности, и ему предстоит сгуститься в планету.

Процесс, тем временем, идет своим чередом. Туманность продолжает охлаждаться, уменьшается в размерах, раскручивается, сплющивается, и от нее отслаивается второе кольцо, второй «обруч». Так туманность расслаивается на несколько колец, а в центре ее остается горячая звезда.

В своей гипотезе Лаплас повторил и развил, помимо Д. Бернулли, некоторые идеи известного немецкого философа Иммануила Канта. По Канту, пространство первоначально было заполнено хаотически движущимися твердыми частицами. Вследствие непрерывных столкновений происходило упорядочение движения частиц. Первичная туманность начинала вращаться, и из вращающейся туманности возникали планеты. Лаплас придал идеям Канта стройную, законченную форму, подкрепил их физическими экспериментами.

Может быть, не совсем справедливо за изложенной гипотезой укрепилось название гипотезы Канта – Лапласа. Она имела огромное значение, для развития науки XIX в., однако вскоре выяснилось, что и такое объяснение происхождения Солнечной системы сталкивается с непреодолимыми трудностями.

В начале XX в. англичанин Джеймс Джинс подробно развил высказанные ранее другими учеными идеи о возникновении планет в результате «встречи двух солнц», т. е. в результате прохождения близ Солнца другой звезды. Это была новая «катастрофическая» гипотеза в духе гипотезы Бюффона.

Проходящая звезда, по мысли Джинса, исторгла из недр Солнца струю вещества, которая затем распалась на сгустки, давшие начало планетам. Вырванная струя должна была иметь форму сигары, и Джинс видел важные доказательства своей гипотезы в том, что самые близкие и самые далекие от Солнца планеты действительно малы по размерам, а в толстой части «сигары» действительно находятся планеты-гиганты.

Из гипотезы Джинса следовало, что планетные системы возникают совершенно случайно и крайне редко, поскольку тесные прохождения двух звезд во Вселенной чудовищно редки.

Последующие расчеты доказали полную несостоятельность такой гипотезы. Даже в идеальном случае, если бы массивная звезда и проходила сколь угодно близко от Солнца, вырванной струи вещества никоим образом не хватило бы на образование планет. Это была бы не мощная струя газа в 6 млрд км, которая требовалась Джинсу, а крохотный выброс – «поросячий хвостик», как едко окрестил его один из критиков.

В 1983 г. искусственный спутник «ИРАC», предназначенный для недоступных с Земли наблюдений в инфракрасной области спектра, обнаружил протяженный источник инфракрасного излучения около одной из близких к нам звезд северного неба – Веги. Размеры источника достигают 80 астрономических единиц, а температура его невелика и составляет 90 К. Возникло предположение, что Вега окружена широким диском твердых частиц размерами порядка 1 мм, который представляет собой не что иное, как протопланетное облако. Аналогичное образование с избыточным инфракрасным излучением наблюдалось близ альфы Южной Рыбы – звезды Фомальгаут.

Сравнительные размеры планет в зависимости от их расположения в протопланетном облаке

И Вега, и Фомальгаут принадлежат к числу молодых горячих звезд, возраст которых в несколько десятков раз меньше возраста Солнца. Почему бы им и впрямь не быть окруженными формирующимися планетными системами? Эти непредвиденные результаты инфракрасных наблюдений могут дать новый и неожиданный толчок в решении проблемы происхождения Солнечной системы.

Изучением происхождения Солнечной системы занимается раздел астрономии, носящий название планетной космогонии. В существующих космогонических представлениях остается еще достаточно нерешенных проблем, и ученые разных стран продолжают ломать копья, работая над созданием единой, приемлемой с точки зрения современной физики и современной математики космогонической теории. Но какова бы ни была эта теория, самая существенная, принципиально важная черта ее вполне определилась: возникновение и развитие всей планетной системы есть закономерный процесс, неразрывно связанный с историей нашего центрального светила – Солнца. По-видимому, планетные системы с неизбежностью возникают около многих одиночных протозвезд.

 

И на Солнце есть пятна!

Солнце – центральное светило нашей планетной системы – служит для Земли неиссякаемым источником света и тепла. Под его влиянием из года в год происходят медленные геологические изменения поверхности, формируется климат, рождаются штормы в океане и смерчи в атмосфере. В результате переработки солнечной энергии на нашей планете развивается растительная жизнь. Пища, которую мы едим, – это «консервированные» солнечные лучи. Да не только пища, но и уголь, нефть, торф, горючие газы – все это «консервы» из солнечной энергии.

Солнце излучает световую энергию во все стороны. До Земли доходит ничтожно малая часть ее. Но и эта ничтожно малая часть представляет собой огромную величину. Солнечная энергия, поступающая к Земле всего за несколько суток, равна энергии всех разведанных на нашей планете месторождений угля.

Группа сотрудников Крымской астрофизической обсерватории АН СССР под руководством академика А. Б. Северного недавно сообщила об обнаружении едва уловимых пульсаций Солнца с периодом в 160 минут и амплитудой изменения радиуса всего в несколько км. Эти наблюдения нуждаются в дальнейшем уточнении. Общепризнанного объяснения таких пульсаций не появилось; но среди высказывавшихся по этому поводу догадок встречаются весьма экзотические. Так, некоторые авторы усматривают причину солнечных пульсаций во влиянии далекой голубой звездочки под названием Геминга. Она находится в созвездии Близнецов (Gemini) и является одним из самых приметных на небе источников переменного гамма-излучения. От слов gemini и gamma пошло название этой слабенькой звездочки Geminga. Высказывалось предположение, что гравитационные волны, приходящие от Геминги, попадают в резонанс с частотой собственных колебаний Солнца, и наше Солнце, тем самым, играет роль природного детектора гравитационного излучения далекой Геминги. Солнце «дрожит» словно цветок в поле под напором сильного ветра.

Астрономы занимаются пристальным изучением Солнца, поскольку для нас, жителей Земли, находящихся под боком этого природного «термоядерного котла», особенности ежедневной и ежегодной деятельности Солнца имеют исключительно важное значение.

Влияние Солнца на окружающее его межпланетное пространство и на всю планетную систему, по-видимому, различно в зависимости от степени его активности. Показателем же активности Солнца, как выяснилось, могут служить солнечные пятна.

«… Взирая на солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь в нем пятна», – так учил бессмертный Козьма Прутков.

Щурься или не щурься, но смотреть на Солнце, не защитив глаза, крайне вредно. На яркий солнечный диск позволительно смотреть только через черные очки, очень темное стекло или засвеченную фотопленку. Тогда при благоприятном стечении обстоятельств действительно удается порой заметить простым глазом наиболее крупные солнечные пятна.

О существовании пятен на солнечном диске еще 23 столетия назад сообщал Теофраст из Афин. В русской летописи за 1371 г. читаем: «…того же лета бысть знамение в солнце, места черны по солнцу аки гвозди…». Такие «знамения на небеси» внушали суеверным людям страх, предвещая будто бы всяческие несчастья. Уже первые наблюдатели, вооруженные телескопом, обнаружили, что солнечные пятна – явление самое обычное. Они систематически появляются и исчезают.

В ходе полного солнечного затмения астрономы имеют возможность наблюдать структуру солнечной короны

Недолгое время пытались объяснить появление пятен прохождением перед диском Солнца каких-то неизведанных небесных тел, расположенных между Солнцем и наблюдателем. Позже было доказано, что пятна – более холодные участки солнечной поверхности.

Вообразите себе накаленный добела кусок железа. Если на него каким-либо образом попадет крупинка холодного железа, то она будет казаться темным пятном. Хотя внутри Солнца температура чрезвычайно велика, на поверхности она «всего» 6000 К. А температура солнечных пятен на 2000 К ниже окружающих их областей. И поэтому они так выделяются.

Среднее солнечное пятно по диаметру значительно превосходит размеры земного шара.

Пятна появляются только в сравнительно узкой зоне, вблизи солнечного экватора. Но они никогда не находятся на самом экваторе. В большинстве случаев пятна образуют группы, причем в пределах одной группы они могут слегка перемещаться. Пятно может существовать от одного дня до нескольких месяцев. В течение этого времени изменяются его размеры и форма.

По движению пятен были установлены особенности вращения Солнца. Оно вращается вокруг своей оси не как твердое тело. Быстрее всего вращается экваториальная зона. Точка на экваторе по отношению к звездам совершает один оборот за 25 суток. А точкам вблизи полюсов для одного оборота требуется до 35 суток.

В наши дни установлено, что солнечные пятна, подобно электрической катушке с током, связаны с магнитными полями. Расположение северного и южного магнитных полюсов у пятен подчиняется строгим закономерностям.

Пятна – наиболее характерное проявление солнечной активности. Их возникновение сопровождается целым рядом других явлений. Иногда с поверхности Солнца вырываются гигантские водородные фонтаны – протуберанцы. Иногда происходит кратковременное резкое повышение яркости над пятнами. Это так называемые солнечные вспышки, при которых дополнительно выделяется огромное количество энергии.

Солнечная активность периодически нарастает и спадает. Одним из первых заподозрил периодичность солнечной активности Вильям Гершель. Однако, разумеется, никаких данных о систематических наблюдениях за поверхностью Солнца в его распоряжении не было. На помощь Гершелю пришла его неисчерпаемая научная выдумка. Он решил, что солнечная активность должна влиять на урожайность зерновых культур, а тем самым проявляться и в ценах на хлеб. В итоге для анализа солнечной активности он воспользовался данными о ценах на хлеб, которые имелись за многие десятилетия. Но его работа не привела к желаемой цели.

Впервые цикличность солнечной активности была случайно обнаружена в середине XIX в. любителем астрономии из Германии аптекарем Швабе. Швабе мечтал найти близкую к Солнцу планету, и с этой целью, чтобы не пропустить прохождения черного кружка планеты перед диском Солнца, стал регистрировать появление всех солнечных: пятен.

«Бриллиантовое кольцо». Полное солнечное затмение еще продолжается, но из-за неровности края Луны уже появился ослепительный свет от крохотной точки солнечного диска

За 20 лёт наблюдений Швабе так и не открыл, планету, но, к своему удивлению, подметил, что число пятен на Солнце регулярно меняется. Бывали годы, когда солнечный диск ни на один день не оставался без пятна. Лет через 5-6 число пятен сокращалось до минимума. Если в 1828 г. Швабе насчитал 225 пятен, то за весь 1833 г. их было всего 33. В последующие за минимумом годы число пятен вновь возрастало. Так был открыт 11-летний цикл изменений количества солнечных пятен.

Теперь установлено, что при повторном цикле северные и южные полюса магнитных полей в пятнах меняются местами. Поэтому можно говорить и о 22-летнем цикле солнечной активности. Кроме этого, в солнечной активности существуют еще и другие периодичности. Так, от одного 11-летнего цикла к другому максимумы числа солнечных пятен бывают по величине различными. Астрономы высказывают обоснованные предположения о существовании циклов в 80-90 лет, в 400, в 600, а возможно даже и в 900 лет.

Солнечная активность, как правильно догадывался Гершель, действительно сопряжена с некоторыми явлениями на поверхности и в атмосфере Земли. Увеличение солнечной активности, например, влияет на количество и яркость полярных сияний, – они при этом наблюдаются в гораздо более низких широтах, чем обычно. От активности Солнца зависят иловые отложения озер и ряд других феноменов в биосфере Земли.

Естественно, вновь возникает поставленный Гершелем вопрос: нельзя ли по совокупности косвенных признаков-следствий выяснить уровень солнечной активности не только за столетия прямых наблюдений, но в масштабе одного-двух тысячелетий? Ведь письменные свидетельства очевидцев о полярных сияниях относятся не только к двум-трем последним столетиям, но уходят в глубь веков. Уровень иловых отложений озер, содержание 14С в годичных кольцах деревьев и другие подобные следствия изменчивости солнечной активности поддаются анализу за длительные промежутки времени.

Ответ на поставленный вопрос оказался сенсацией. Во второй половине XVII в., примерно с 1645 по 1715 гг., отмечен «провал», глубочайший минимум, почти полное отсутствие признаков солнечной активности. Некоторые авторы усомнились на этом основании даже в устойчивости 11-летнего цикла, полагая, что он возник и сформировался совсем недавно, всего двести с лишним лет назад.

Заходить так далеко в область неясных догадок вряд ли оправдано, поскольку причины, как его называют, «маундеровского минимума» солнечной активности (одним из первых на него указал англичанин Е. Маундер) могут быть простыми и естественными: к примеру, этот период мог являться периодом глубокого минимума долгопериодического (400- или 600-летнего) цикла. Да и оценки уровня солнечной активности по косвенным «уликам» могли оказаться значительно ниже, чем обстояло в действительности. Остается, однако, фактом, что во второй половине XX в. уровень солнечной активности испытывает тенденцию к возрастанию. Максимум, пришедшийся на конец 1957 г., был крупнейшим за все время телескопических наблюдений. Он был девятнадцатым по счету из непосредственно наблюдавшихся циклов солнечной активности. Двадцатый оказался меньше, зато двадцать первый цикл, который начался в 1976 г., превзошел все остальные.

 

Солнечно-земные связи

Уже первые автоматические космические аппараты, вышедшие за пределы атмосферы Земли, обнаружили в межпланетном пространстве поток исходящих от Солнца заряженных частиц – протонов, электронов, альфа-частиц. Этот поток, обтекающий Землю со сверхзвуковыми скоростями 400-800 км/с, получил название «солнечного ветра». Частицы солнечного ветра, вытекающие из одного и того же места Солнца, связаны друг с другом. Из-за вращения Солнца магнитные силовые линии межпланетного поля, вдоль которых распространяется солнечный ветер, словно упругие нити, закручиваются в кривую, известную под названием спирали Архимеда.

Солнечный ветер, зависящий от уровня солнечной активности, позволил объяснить детали некоторых известных процессов. Стало гораздо яснее, например, почему солнечные вспышки сопровождаются увеличением числа полярных сияний, магнитными бурями, нарушением радиосвязи. Появился ключ к пониманию того, каким образом солнечная деятельность может влиять на погоду, а вместе с тем на растительность и жизнедеятельность человеческого организма.

Само собой разумеется, что за длительный срок своего развития человеческий организм приспособился к изменениям солнечной активности. Мы недаром называем Солнце источником жизни. Неверно думать, что солнечная активность представляет для человечества угрозу. Однако вполне резонно, что изменение солнечной активности способствует активизации естественных процессов, с точки зрения людей как полезных, так и вредных.

Например, замечена связь роста солнечной активности с вспышками эпидемий некоторых болезней. Одно из наиболее впечатляющих исследований в этой области принадлежит советскому ученому А. Л. Чижевскому. Он собрал подробные сведения о периодичности эпидемических заболеваний и сопоставил их с данными о солнечной активности. На основании выведенной связи А. Л. Чижевский в 1929 г. предпринял попытку предсказать некоторые эпидемии на несколько десятилетий вперед. Результаты его прогноза поразительны. Семь из восьми предсказанных Чижевским эпидемий гриппа действительно происходили.

Изучение воздействия солнечной активности на атмосферу Земли поможет уяснить, каким путем воздействует Солнце на человеческий организм. Эти знания в свою очередь помогут улучшить условия жизни человека, помогут профилактике заболеваний, правильной постановке медицинских исследований.

Схематическое строение радиационного пояса Земли

Вот почему, в частности, ученые разных стран уделяют столь пристальное внимание проблеме так называемых солнечно-земных связей.

Нет ничего нелепого и в предположении, что солнечно-земные связи способны проявляться в диковинных, еще никак не изученных явлениях. В начале 80-х годов, например, в научной литературе вновь встал вопрос о знаменитом так называемом Тунгусском падении – проблеме, которая обсуждается с 1908 г.

В 1908 г. в районе реки Подкаменной Тунгуски упало небесное тело, взрывная волна от которого была отмечена многими сейсмическими станциями мира. На месте происшествия на десятки км в округе лес оказался поваленным и обожженным. Но никаких следов Тунгусского метеорита найдено не было.

В результате работ многочисленных экспедиций возобладало представление, что «тунгусский метеорит» – вовсе не метеорит, а врезавшееся в Землю ядро кометы. Однако и в этой гипотезе исследователям так и не удалось свести концы с концами. И тогда возникло соображение, что на реке Подкаменной Тунгуске в Землю мог врезаться и не метеорит, и не ядро кометы, а крупный межпланетный сгусток плазмы или, говоря образно, нечто вроде блуждающей межпланетной шаровой молнии. Конечно, эта гипотеза нуждается в дальнейшем обсуждении и проверках, однако сам факт появления такой гипотезы – а она изложена подробно в книге «Тунгусский феномен 1908 года – вид солнечно-земных взаимосвязей» – говорит о той важной роли, которую отводят солнечно-земным связям в современной геофизике.

Для астрономов и геофизиков в наши дни нет сомнений, что важные солнечно-земные связи существуют. Их влияние может быть различно в зависимости от состояния солнечной активности и от положения Земли относительно Солнца.

Смерчи и ураганы рождаются в атмосфере из-за неодинакового разогрева отдельных ее участков. Они чаще всего появляются в определенные сезоны. Такого рода явления прямо – самым непосредственным образом – связаны с Солнцем. Но ведь связь может быть и косвенной.

Вы, конечно, слышали о лавинах в горах. Как будто бы ничто не предвещает несчастья, все спокойно. Но вот покатился по склону маленький камешек, увлек за собой несколько других – еще мгновение, и вниз по склону, ломая вековые деревья, сметая все на своем пути, устремляется лавина. Причина в первом камешке? Нет. Коварные горы исподволь «подготовили» эту лавину. Падение камешка послужило только сигналом.

Цепь событий в этом случае напоминает ту, которая бывает при ружейном выстреле. Ружье заряжено, все готово к выстрелу, но само по себе ружье стрелять не станет. Охотник спускает предохранитель, нажимает спусковой крючок – все это события незначительные, человек не прикладывает больших физических усилий. Щелчок – и из дула со скоростью нескольких сотен метров в секунду вырывается смертоносная пуля.

Может быть, нечто аналогичное происходит и при разрушительных землетрясениях, и при извержениях вулканов. Исподволь идет «подготовка» в недрах Земли к этим страшным событиям. И вдруг небольшое изменение солнечной активности – как будто Солнце «нажало» на невидимый спусковой крючок – влечет за собой излияния расплавленной лавы, сотрясение почвы, появление чудовищных океанских волн цунами.

Так ли все это – ответить пока невозможно. Но, повторяем, ученые в принципе не сомневаются в существовании солнечно-земных связей. Им предстоит установить характер этих связей, научиться на этом основании предвидеть будущее.

Предвидеть будущее – скажете вы – но ведь эту же задачу ставила себе средневековая астрология! Астрологи «гадали по звездам» и по расположению небесных светил брались судить о судьбах отдельных людей и целых народов. И это не имело под собой оснований? Да, не имело. А теперь имеет. И вот в чем дело. Давайте забудем на минуту об астрологии и поговорим совсем на другую тему – о философии.

Ваш сынишка ходит в ясли. Он еще совсем несмышленыш. Кажется, уму непостижимо, как трудно будет одолеть ему все накопленные человечеством знания. Однако по опыту известно, что малыш будет расти и развиваться, развиваться физически, духовно и умственно.

Весь мир, вся живая и неживая природа находятся в развитии. Даже деревянный стул «рождается», переживает «пору расцвета», дряхлеет и отправляется на свалку. Мы должны всегда изучать процессы, должны следить за событиями в их развитии. Признание постоянного движения материи, признание развития как всеобщей наиболее характерной черты всех явлений материального мира составляет основу марксистско-ленинской философии.

Никакое развитие не может происходить гладко. Его никак нельзя уподобить поезду, безостановочно мчащемуся по накатанной дороге. Совсем наоборот. Всякое развитие происходит в борьбе, скачками, оно неизбежно сопряжено с многочисленными трудностями.

Учение об общих законах развития природы, человеческого общества и мышления носит название диалектики. Материалистическая диалектика рассматривает три основных закона развития.

Вы учились в школе. Обучение – это процесс. Диалектика подчеркивает, что всем процессам и явлениям свойственна внутренняя противоречивость, они объединяют в себе противоборствующие тенденции, философские противоположности. В процессе обучения в школе такими философскими противоположностями выступают учителя и ученики. Конечно же, и те и другие преследуют общие цели. Но в то время как учителя должны уметь отдавать знания, ученики должны уметь их приобретать. Учителя и ученики смотрят на мир разными глазами, тенденции в их поведений различны. Учителя стремятся лучше выявить достигнутый уровень знаний и предпочитают трудные контрольные работы. Ученики же их в большинстве случаев недолюбливают. Не секрет, что ученики часто мечтают, чтобы уроков задали поменьше, а учителя по своим соображениям иногда рады были бы задать побольше. Но при всем этом, будучи философскими противоположностями, учителя и ученики находятся в неразрывном единстве. Из школы не могут исчезнуть ни ученики, ни учителя; ведь тогда не будет ни школы, ни процесса обучения.

Наш пример иллюстрирует закон диалектики, в силу которого всем явлениям и процессам присущи внутренние противоречия, находящиеся в тесной взаимосвязи. Этот закон носит название закона единства и борьбы противоположностей.

Диалектика учит, что причины безостановочного развития всегда заключены в самих процессах: это столкновения между противоположностями, их неустанное действие и противодействие, наиболее точно выражаемое термином «борьба». Борьба противоположностей друг с другом и является главной движущей силой, пружиной любого развития, источником постоянного движения вперед.

Движение вперед подчиняется второму закону диалектики – закону перехода количества в качество. Студент окончил первый курс института, второй, третий. Он сдает экзамены, набирается знаний. И вот наконец, он оканчивает институт. И тут выясняется, что общее количество приобретенных им знаний перешло в совершенно новое качество. Молодой человек перестает быть студентом, учащимся. Перед вами специалист, инженер, педагог, который сам уже способен учить других людей. Между старым и новым проведена резкая грань. Произошел скачок: постепенно накапливающееся количество перешло в новое качество.

Закон перехода количества в качество утверждает, что рано или поздно мелкие, вначале незаметные количественные изменения приводят к нарушению непрерывности процесса и вызывают в нем коренные качественные сдвиги. Согласно этому закону, сущность развития состоит не в простом количественном росте старого, а в исчезновении старых свойств и возникновении новых.

Третий закон диалектики – закон отрицания отрицания – наиболее труден. Он говорит о преемственности между разными фазами развития, о том, что при поступательном, восходящем характере развития на новых ступенях на высшей основе удерживаются и сохраняются некоторые черты исходных ступеней.

Продолжим наш пример. Школьник и студент относятся к процессу обучения как учащиеся. Но вот студент окончил педагогический институт. И он сам превратился в учителя, пошел преподавать в школу. Теперь тот же человек смотрит на процесс обучения совсем по-иному. Он борется с недисциплинированными учениками, хотя, может быть, и сам раньше не прочь был позволить себе шалости.

Проходят годы. Молодой учитель осваивается, приобретает опыт, и директор посылает его на курсы повышения квалификации. Тут и происходит философское «отрицание отрицания». Учитель снова становится учеником, на первый взгляд он приходит к тому же, с чего начал. Но как разительно не похож он на самого себя в школьные годы! Как боится он пропустить каждое слово своих наставников! Он радуется трудным заданиям, он тратит на самостоятельные занятия все свободное время.

Учитель стал учеником, но учеником на гораздо более высоком уровне. Он сделал круг в своем развитии, но это не просто круг, он поднялся на целый «этаж» по «винтовой лестнице» развития.

Закон отрицания отрицания справедлив применительно к любому процессу, в том числе к процессу развития науки.

Проследим за химией. В эпоху позднего Средневековья подлинная наука боролась с алхимией. Алхимики стремились получить «философский камень» для магического превращения одних элементов в другие – простых металлов в золото. Их деятельность не была совершенно бесплодной. Они выяснили химические свойства различных веществ, изобретали средства для выполнения экспериментов – тигли, колбы, печи. Но золото получить они не могли.

Теории алхимиков были ошибочны и тормозили дальнейший прогресс. Главное заключалось в ту эпоху в накоплении фактического материала. Не надо было выдумывать теории умозрительно, их надо было выводить из результатов опытов, – вот этим и занималась подлинная наука.

Алхимия погибла. Но прошли сотни лет. В результате развития науки человек понял строение атома. И путем бомбардировки атомов в ускорителях элементарных частиц химики могут теперь превращать одни элементы в другие, простые металлы в золото. Химики сегодня осуществили мечту алхимиков. Но это вовсе не означает возрождения алхимии. Просто-напросто наука химия сделала круг и поднялась на следующий «этаж» по «винтовой лестнице» развития.

Точно так же обстоит дело и с астрологией. Предсказание будущего – это основная задача любой науки. Математик предсказывает траекторию предстоящего полета ракеты, инженер предсказывает поведение в будущем построенного им железнодорожного моста. Ошибка астрологов Средневековья состояла в том, что они пытались предсказывать будущее, не имея на то достаточных оснований.

Потребовались сотни лет, чтобы открыть многие законы астрономии. И, как мы говорили, теперь наука вплотную подошла к вопросу о влиянии Солнца на Землю.

Земля совершает оборот вокруг Солнца за год. В течение этого срока Солнце для земного наблюдателя обходит круг по небосводу. Как говорили астрологи, Солнце проходит знаки Рыб, Овна, Тельца и т. д. – все знаки зодиака. Не исключено, что с прохождением Солнцем тех или иных знаков зодиака, а лучше сказать – с положением Земли относительно Солнца, действительно каким-то образом связаны те или иные проявления особенностей солнечного воздействия. Так, в результате развития науки, астрономы могут в ближайшем будущем отчасти уподобиться своим предшественникам астрологам. Но сходство с астрологией окажется чисто внешним. Это будет одним из многочисленных проявлений философского закона отрицания отрицания.

В 1957-1958 гг. наблюдался очередной максимум солнечной активности. Он оказался наибольшим за истекшие 200 лет. Именно в этот период для лучшего изучения солнечно-земных связей и выявления процессов, вызываемых на Земле повышением солнечной активности, по призыву Международного совета научных союзов при ЮНЕСКО ученые разных стран объединили свои усилия в проведении Международного геофизического года. На протяжении 20 месяцев лучшие научные кадры во всем мире были сосредоточены на одновременном совместном изучении разнообразных процессов на суше и в атмосфере, в Арктике и в Антарктике, на Солнце и в недрах Земли – тех процессов, которые расширяют наши представления об общих закономерностях «жизни» Солнечной системы.

 

Родная планета

Объектом детального изучения методами многих научных дисциплин, в названиях которых столь часто повторяется греческий корень гео – геологии, геофизики, геохимии, геодезии и других – служит то единственное, уникальное для человечества небесное тело, от судьбы которого неотделимо ни его прошлое, ни его настоящее, ни его будущее. «Земля только одна!» – этот лозунг, повторенный на всех языках мира, напоминает о необходимости беречь Землю, рационально использовать ее природные богатства.

Чтобы рассказать о научных результатах, которых добились ученые в изучении Земли, потребовалось бы написать отдельную толстую книгу. Но в нашей книге об астрономии мы коснемся только немногих особенностей самой близкой к, естественно, самой важной для нас планеты.

После кропотливой и упорной работы десятков поколений ученых было неопровержимо доказано, что Земля вовсе не «центр мироздания», а самая обыкновенная планета, т. е. холодный шар, движущийся вокруг Солнца.

Выступая за справедливость коперниковой системы мира, М. В. Ломоносов посвятил этому вопросу несколько остроумных стихотворных строк:

Научный спор разрешил повар, заметивший:

Подобно тому как для измерения межзвездных расстояний астрономам пришлось выбрать особую единицу длины – световой год, понадобилась своя единица и для измерения расстояний в пределах Солнечной системы. В качестве такой астрономической единицы удобно было выбрать среднее расстояние от Земли до Солнца. Оно составляет округленно 150 млн км.

В соответствии с законами Кеплера Земля обращается вокруг Солнца с переменной скоростью по слегка вытянутому эллипсу. Ближе всего к Солнцу она подходит в начале января, когда в северном полушарии царит зима, дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении Земли от Солнца между январем и июлем составляет около 5 млн км. Поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее; это явственнее всего дает себя знать в Арктике и в Антарктиде.

Эллиптичность орбиты Земли и, тем самым, неравномерность ее обращения вокруг Солнца оказывают также некоторое влияние и на продолжительность времен года. Чем ближе Земля к Солнцу, тем быстрее она движется по орбите. По этой причине астрономическая зима длится в северном полушарии примерно 89 суток, а лето – почти 94. В южном полушарии соответственно зима оказывается несколько длиннее лета.

Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времен года лишь косвенное и очень незначительное влияние. Причина смены времен года, как вам должно быть уже известно, кроется в наклоне земной оси.

Ось вращения Земли расположена под углом в 66,5° к плоскости ее движения вокруг Солнца. Для большинства практических задач можно принимать, что ось вращения Земли перемещается в пространстве всегда параллельно самой себе, т. е. как бы всегда смотрит в одну бесконечно удаленную точку. На самом же деле, ось вращения Земли – или, что то же, ось мира, поскольку они параллельны, – описывает на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 26 тыс. лет.

В ближайшие сотни лет северный полюс мира будет находиться недалеко от Полярной звезды, затем мало-помалу удалится от нее, и название последней звезды в ручке ковша Малой Медведицы – Полярная – утратит свой смысл. Через 12 тыс. лет полюс мира приблизится к самой яркой звезде северного неба – Веге из созвездия Лиры.

Описанное явление носит название прецессии оси вращения Земли. Обнаружил явление прецессии уже Гиппарх, который сравнил определенные им положения звезд с измеренными задолго до него координатами звезд Аристиллом и Тимохарисом. Сравнение координат и указало Гиппарху на медленное перемещение оси мира.

Кроме прецессии, существуют еще малые колебания оси вращения Земли в пространстве относительно ее среднего положения. Они носят название нутации. Наблюдаемые астрономами малые нутационные колебания позволяют геофизикам судить о внутреннем строении Земли. Той же цели служат и астрономические наблюдения движения полюсов Земли, изучению которых уделял так много внимания П. К. Штернберг.

Различают три наружных оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Под литосферой понимают верхний твердый покров планеты, который служит ложем океана, а на материках совпадает с сушей. Гидросфера – это подземные воды, воды рек, озер, морей и, наконец, Мирового океана. Вода покрывает 71 % всей поверхности нашей планеты. Средняя глубина Мирового океана – 3800 м.

Геометрическая фигура, которая совпадает со средней поверхностью вод Мирового океана и сообщающихся с ним морей, свободной от приливов, течений и прочих возмущений, носит название геоид (в переводе «похожий на Землю»), Геоид служит для описания общей фигуры Земли с неправильностями из-за неравномерного распределения масс в ее теле. Геоид – сложная фигура и неудобен для решения математических задач геодезии и картографии. На практике чаще используют более простую фигуру – земной эллипсоид, который представляет собой двухосный эллипсоид вращения. Принимают, что радиус экватора земного эллипсоида равен 6378,14 км, а полярная полуось короче радиуса экватора на 21,38 км.

Как и большинство планет, Земля окутана толстым слоем различных газов – атмосферой. Атмосфера образует над поверхностью Земли как бы огромный «воздушный океан». А мы, люди, живем на дне этого океана, и то, как воспринимаются нами различные явления, во многом зависит от его свойств.

Небо в космосе, видно на нем Солнце или нет, всегда бархатно-черное с яркими, немерцающими звездами. А атмосфера рассеивает солнечные лучи и утром с появлением Солнца небо на Земле становится голубым. Ночью же из-за воздушных течений кажется, что звезды, особенно близкие к горизонту, переливаются всеми цветами радуги и мерцают.

Толща атмосферы Земли, которая поглощает львиную долю идущих из мирового пространства электромагнитных излучений, смещает наблюдаемые на небе объекты, заставляет их дрожать и мерцать – это главный враг всех астрономов. Но, с другой стороны, атмосфера – лучший друг всего человечества. Атмосфера защищает все живое от губительного коротковолнового излучения. Без атмосферы разумная жизнь на Земле вообще вряд ли смогла бы развиться до ее нынешнего уровня.

Толща атмосферы защищает нас от кружащихся вокруг Солнца облаков пылинок, небольших камней и даже значительных по размерам глыб. Всевозможных частиц межпланетного вещества настолько много, что Земля на своем пути непрерывно сталкивается с ними. Здесь-то и приходит людям на выручку надежная воздушная броня.

Потрите ладони одна о другую, и вы почувствуете, как от трения они нагреваются. Сталкивающиеся с Землей частицы с огромной скоростью врываются в атмосферу, от трения молниеносно накаляются, вспыхивают и сгорают. А людям кажется, что с неба в эту минуту падает не удержавшаяся звезда.

«Падающая звезда» – след от сгоревших в атмосфере камешка или крохотной пылинки – называется в астрономии метеором.

Один человек в силах следить только за небольшим участком неба над головой. Астрономы же подсчитали, что во всей атмосфере за сутки сгорает в среднем около 75 млн частиц. Сверкни они разом перед нашими глазами – их свет оказался бы в 250 раз ярче света полной Луны.

Бывают случаи, когда Земля сталкивается не с разрозненными частичками, а с целым потоком, роем. И тогда тысячи «падающих звезд» представляют собой одно из красивейших в природе зрелищ – «звездный дождь». «Звездные дожди» случаются тогда, когда Земля проходит через пояс рассеявшегося вещества комет.

Время от времени какому-нибудь сильно оплавленному камню удается все-таки пробить воздушную броню и достичь поверхности Земли. Такого внеземного «гостя» называют метеоритом.

Масса метеоритов колеблется от нескольких граммов до десятков тысяч килограммов. Отыскивая на Земле эти «небесные камни», мы получаем редчайшую возможность изучить в лаборатории состав и свойства межпланетного вещества. Поэтому они являются величайшей ценностью и имеют очень большое значение для науки.

На старой гравюре показан метеорной дождь Леонид, который наблюдался 12 ноября 1833 г. Он повторяется с периодом примерно в 33 года. 17 ноября 1966 г. метеорным дождем Леонид восхищались астрономы США и зимовщики 14 советских полярных станций, где стояла в это время полярная ночь. На основной территории СССР этот метеорный дождь пришелся на светлое время суток

Хотя в народной памяти случаи падения на Землю «небесных камней» запечатлелись в глубочайшей древности, наука долго относилась ко всем такого рода сообщениям с великим недоверием. Парижская академия наук принимала даже специальное решение не рассматривать впредь никаких сообщений о находках якобы камней с неба. Строго доказать космическое происхождение метеоритов удалось лишь в 1794 г. немецкому естествоиспытателю Хладни, – кстати, в том же самом году он был избран членом-корреспондентом Петербургской Академии наук.

Исследования ледников на антарктическом континенте уже в наши дни дали ученым возможность познакомиться со многими древними метеоритами. Попадая на ледовую шапку планеты, метеориты остаются вмороженными во льды на многие миллионы лет. Поисками метеоритов в Антарктиде занимались специалисты разных стран, в том числе участники советских антарктических экспедиций. Порою находки в этом метеоритном «заповеднике» приводили к неожиданным результатам. Так, скрупулезный химический анализ одного из найденных в 1979 г. образцов позволил прийти к заключению, что он скорее всего был выброшен при вулканическом извержении с поверхности Марса или выбит с его поверхности при ударе крупного метеорита. Он попал в земную Антарктику после миллионов лет блужданий в межпланетном пространстве.

Массы крупнейших из найденных на поверхности Земли метеоритов составляют по нескольку десятков тонн. Первые три места в списке великанских метеоритных глыб занимают метеориты Гоба из Намибии, Кейп Йорк из Гренландии и метеорит из пустыни Гоби в Синьцзян-Уйгурском автономном районе Китая. С 1965 г. последний демонстрировался в столице автономного района городе Урумчи, а через 20 лет был доставлен в Кантон. Он упал тысячу лет назад и имеет массу до 40 тонн.

Крупные метеориты оставляли на поверхности Земли большие кратеры, за которыми в научной литературе закрепилось название астроблем – «звездных ран». Метеоритным кратером оказался Дьявольский Каньон – знаменитый кратер в Аризоне поперечником 1200 и глубиной 175 м. Позднее обнаружился метеоритный характер ряда земных геологических структур поперечниками в десятки км. Крупнейшей астроблемой на территории СССР является 100-километровая котловина в районе реки Попигай на Таймыре. Ее возраст – десятки млн лет. Выяснилось, что город Калуга расположен в метеоритном кратере диаметром 15 км, возраст которого сотни млн лет.

Общее число обнаруженных до настоящего времени на Земле астроблем превышает двести и продолжает постоянно увеличиваться.

Между прочим, не приходило ли вам случайно на ум, отчего слово «метеорология» имеет общий корень со словами «метеор» и «метеорит»? Оказывается, наши далекие предки вообще все необычные небесные явления: гром и молнию, сполохи и град, «падающие звезды» и «хвостатые звезды» – именовали метеорами. С течением веков, разбираясь в происхождении отдельных явлений, метеоры разделили на внутренние – атмосферные и внешние – космические. За каждым явлением укреплялось собственное название, а метеором стали называть лишь «падающую звезду». И о древних заблуждениях в наши дни напоминает лишь общность названия космических пришельцев и вполне земной науки, изучающей особенности процессов в толще атмосферы.

 

Движутся ли материки Земли?

Альфред Вегенер, начинающий немецкий геофизик, подметил сходство в очертаниях земных материков по обе стороны Атлантики. Убедиться в этом не составляет труда каждому: достаточно взглянуть на глобус. Если мысленно пододвинуть Северную и Южную Америки к берегам Европы и Африки, то они сольются воедино точно так же, как в руках археологов складываются в одно целое черепки разбитой греческой амфоры. А что если, вообразил Вегенер, некогда на Земле в действительности существовал один-единственный материк?

Потом он был расколот на куски, и осколки дрейфовали, отодвигаясь друг от друга до тех пор, пока не заняли современное взаимное расположение. В этом случае Атлантический океан представляет собой не что иное, как рану на теле Земли: след гигантского разлома, по одну сторону от которого «отплывают» Северная и Южная Америки, по другую – Евразия и Африка.

Догадка Вегенера была высказана в начале нашего века. Большинство ученых приняло ее в штыки. Главное возражение состояло в том, что науке не известны силы, которые были бы в состоянии приводить в движение по поверхности планеты словно льдины на озерной глади такие громадные образования, как материки. Над сходством береговых линий, можно сказать, посмеялись как над курьезом, и предали его забвению. Альфред Вегенер в 1930 г. трагически погиб в экспедиции в Гренландию.

Несколько десятилетий спустя был сконструирован прибор эхолот, с помощью которого удавалось быстро и надежно измерять глубины морей и океанов. Прибор, установленный на корабле, излучает сигнал, который отражается от морского дна и возвращается к кораблю. Скорость распространения сигнала в воде известна, а время прохождения сигнала регистрируется. Этих данных достаточно, чтобы узнать глубину моря в точке измерений. Самописец, записывающий показания эхолота на движущемся судне, рисует профиль морского дна по трассе движения.

Что же засвидетельствовал эхолот лри пересечении Атлантики? Оказалось, что вдоль всего Атлантического океана, посередине, повторяя характерные изгибы берегов по обе его стороны, тянется подводный хребет. А вдоль Срединно-Атлантического хребта, будто вырезанная острием бритвы, протянулась узкая и глубокая, так называемая рифтовая, долина. Структура Атлантики и впрямь напоминает шрам на теле Земли, что заставило всерьез вернуться к идее Вегенера. В научной литературе замелькало слово Гондвана – так называют гипотетический первоматерик Земли.

Дальше – больше. Геологи подтвердили подобие возраста и строения геологических структур по обе стороны Атлантики. На юге Африки лежат Капские горы. Их продолжение на запад можно найти в горах, поразительно схожих по строению и составу пород и расположенных в Южной Америке к югу от Буэнос-Айреса. В северном полушарии аналогичное сходство геологических структур обнаруживается между Северной Европой и Северной Америкой. Подтверждения в пользу разделения Гондваны стали поступать от ботаников и зоологов.

Сегодня гипотеза Вегенера о дрейфе материков обрела новую жизнь, причем многие черты ее заметно преобразились. Из глубин Земли к поверхности планеты, считают геофизики, поднимается поток вещества, который образует протяженное центральное поднятие – Срединно-Атлантический хребет – и далее растекается от него в обе стороны. Растекающееся по обе стороны от Срединно-Атлантического хребта глубинное вещество Земли обусловливает удаление друг от друга, с одной стороны хребта Северной и Южной Америк, с другой – Евразии и Африки. Процесс этот медленный, он длится сотни миллионов лет. Те побережья материков, которые «плывут» первыми, как носовая часть корабля, сминаются в складки. В результате на материках вдоль этих побережий образуются протяженные горные хребты: Скалистые горы и Кордельеры в Америке, Драконовы горы в Африке.

Проблема движения материков Земли неотделима от изучения ее внутреннего строения. Вот как отвечает на вопросы о строении недр нашей планеты еще одна из наук о Земле – геохимия. После «слипания» Земли из холодных частичек, полагают геохимики, за счет распада радиоактивных элементов в недрах Земли возникали горячие зоны – очаги проплавления. В таких очагах происходило разделение веществ: тугоплавкая фракция оставалась на месте, а легкоплавкая фракция – как пена на варенье – медленно поднималась вверх. Такой процесс неизбежно должен был сопровождаться постепенным перемещением очага проплавления по направлению от центра Земли к поверхности, причем все время происходило расслоение тугоплавкой и легкоплавкой фракций вещества Земли. Одновременно с этим на поверхность Земли из горных пород вытеснялись газы и вода. В итоге возникли две окружающие земной шар оболочки – водная и газовая: мировой океан и атмосфера.

Схематическое изображение внутреннего строения Земли

В результате нескольких этапов развития недра Земли оказались разделенными на ряд слоев. В центре Земли выделилось богатое железом ядро. Оно окружено так называемой мантией. Именно в мантии может происходить циркуляция вещества. И только оттуда может поступать новое вещество, которое подобно гигантскому течению несет на себе плывущие материки. А самая верхняя часть тела Земли носит название коры. Кора – очень тонкий внешний слой планеты, который проще всего сравнить с кожурой яблока. Кора – это и есть вытесненная наружу легкоплавкая фракция вещества Земли.

К сожалению, мы еще совсем недостаточно знаем строение недр собственной планеты. Луч света приносит астрономам сведения о небесных телах, удаленных на расстояния в несколько миллиардов световых лет. Образцы же горных пород Земли получены пока лишь с глубин в несколько километров.

В 1980 г, в СССР на Кольском полуострове впервые в мире пройдена скважина глубиной более 10 километров, – на два километра глубже самых глубоких американских скважин. Кольская сверхглубокая скважина опрокинула многие расчеты ученых-теоретиков. Область перехода от коры к мантии оказалась вовсе не похожей на теоретическую модель. На всем протяжении скважины, несмотря на громадные давления и температуру до 500 К, были обнаружены газы и притоки вод. Они циркулируют по крупным зонам тектонических нарушений. В отличие от отрицательных теоретических прогнозов на больших глубинах оказались возможными залежи ценных руд. Там же обнаружены следы окаменевших живых организмов. Эти данные имеют принципиальное значение для будущего хозяйственного освоения глубинных частей земной коры.

Сверхглубокая скважина на Кольском полуострове – дерзкий вызов природе, фантастический рекорд, уникальное достижение науки и техники. Но много ли это или мало по сравнению с размерами Земли? Уподобим для сравнения тело Земли телу человека. Это значит, что глубочайшая скважина Земли как средство зондажа строения ее недр, будучи соответственно отнесена к размерам тела человека, гораздо меньше глубины укуса комара.

Волей-неволей судить о состоянии глубоких недр Земли приходится по косвенным признакам, например, по характеру распространения сейсмических волн при Землетрясениях. Переходя из слоя одной плотности в слой другой плотности, сейсмические волны изменяют направление и скорость распространения. Регистрируемые чувствительными сейсмометрами землетрясения, подобно фонарю, как бы «освещают» для нас внутренние части Земли.

Изучение окружающей человека космической среды и в первую очередь Земли, на которой живет человечество, – это главная задача всей мировой науки в целом. Но природе до поры до времени удается преграждать ученым прямой доступ к тем или иным своим тайнам. И тогда приходится искать обходные пути.

Один из таких путей – сравнительное изучение особенностей различных тел Солнечной системы. Только анализируя в совокупности все известные свойства различных планет и их спутников, можно подойти к решению главных проблем планетной космогонии. А тогда можно надеяться получить очень многие научные выводы, которые касаются общих черт строения нашей ‹планеты, распределения в ее недрах полезных ископаемых и других важных как для науки, так и для народного хозяйства проблем.

Астрономы обращают свой взор к другим телам Солнечной системы, чтобы помочь лучше узнать нашу Землю.

 

Небесная соседка

В сербской народной сказке щеголь Месяц задумал сшить себе платье. Портной снял с него мерку и принялся за работу. Пришел Месяц за платьем, а платье-то и узко, и коротко.

– Видно, ошибся я, – говорит портной. Снова снял он Мерку и снова засел за работу —

В третий раз стал портной кроить да шить. Кончил, ждет заказчика. Вдруг видит, идет по небу совсем тощий Месяц —

Луна, подобно всем планетам Солнечной системы, видна на небе только потому, что ее освещает Солнце. Мы наблюдаем отраженный Луной солнечный свет. За счет изменения взаимного положения Солнца, Земли и Луны на протяжении одного оборота Луны вокруг Земли происходит медленное изменение ее облика, или, как говорят, смена фаз.

В Москве по праздникам подсвечивают прожекторами высотные дома. И тогда они очень красиво «светятся» на фоне темного неба. А в остальное время ночью контуров их почти не видно. И наверху приходится зажигать красные огни, чтобы на дома не наткнулись самолеты.

Луна «светит» точно так же, как освещенный высотный дом, – отраженным светом. Когда Луна находится между Солнцем и Землей, то ее сторона, повернутая к Земле, совсем не освещена. Поэтому увидеть ее на небе нельзя. Такой момент называется новолунием.

Постепенно Луна отходит в сторону от этого положения. Мы начинаем смотреть на освещенную половину Луны как бы сбоку, и Луна кажется нам узким серпиком. День за днем серпик растет, становится горбушкой и, наконец, на небе сияет полная Луна. К этому времени она успела сделать ровно пол-оборота, и теперь уже Земля располагается между Солнцем и Луной. Повернутая к Земле сторона Луны сейчас полностью освещена – наступает полнолуние. Потом полная Луна начинает идти на убыль и снова наступает новолуние.

Любители астрономии разных стран выдумали для удобства запоминания правила: как различить серп «молодой», растущей Луны от Луны «старой», идущей на убыль. Известен такой простой совет: коли лунный серп напоминает букву С – это СТАРАЯ Луна. Если же к серпу можно мысленно добавить палочку и выйдет буква Р – это серп Луны РАСТУЩЕЙ.

В самом названии этого небесного тела сохраняется память о древнейших страницах истории человечества. Название Луна сродни словам люстра, люкс, иллюминация; они все восходят к латинскому lux – свет. Но зато слово месяц гораздо древнее и вместе с английским Moon, немецким Mond и подобными же названиями месяца из многих других языков Европы берет начало от праиндоевропейцев IV тысячелетия до н. э. В основе названия «месяц» лежит тот же корень, что и в слове мера (английское measure); месяц – это измеритель, счетчик времени первобытного человека.

Если смотреть со стороны северного полюса, Луна – аналогично всем планетам и спутникам в Солнечной системе – обращается вокруг Земли в направлении против движения часовой стрелки. На один оборот вокруг Земли она затрачивает 27,3 суток. Такой промежуток времени называется сидерическим периодом, или же звездным месяцем. Поскольку Земля за это время смещается относительно Солнца, цикл смены лунных фаз длиннее: он продолжается 29,5 суток – отсюда, как мы знаем, и появилась в календаре такая единица, как месяц.

Поперечник единственного естественного спутника нашей планеты – Луны – в 4 раза меньше земного.

На поверхности Луны нигде нет открытых водных просторов: нет ни рек, ни ручьев, ни даже луж. Вода на Луне может существовать только в связанном состоянии, входя в состав горных пород.

Практически полностью лишена Луна и воздушной оболочки. Астрономы рады этому и мечтали бы устроить на ней обсерваторию. Однако работа на лунной обсерватории будет непростой. Поверхность Луны подвержена постоянной бомбардировке метеоритами.

Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной. Представьте нарядную новогоднюю елку, вокруг которой кружится хоровод. Каждый человек в хороводе обходит елку кругом, все время оставаясь повернутым к ней лицом. Если смотреть сверху, то видно, что, заканчивая обход вокруг елки, каждый ровно один раз поворачивается вокруг своей оси. Так же и Луна. Время одного оборота вокруг Земли в точности равно для нее времени одного оборота вокруг оси. И мы, жители Земли, вынуждены постоянно любоваться одной и той же стороной ее поверхности.

Некогда, в ранние периоды своей истории, Луна, вероятно, вращалась быстрее. Но из-за близости массивной Земли в теле Луны возникали значительные приливные волны. Всем известны морские приливы, возникающие на Земле под действием тяготения Луны. Менее известно, что приливы наблюдаются и в твердой коре Земли. Они незначительны по высоте – огромные площади земной поверхности плавно поднимаются и опускаются на несколько десятков см.

Возникали приливы и в твердом теле Луны. Приливные волны действовали на быстро вращающуюся Луну как огромные тормозные колодки, замедляя ее вращение. Так продолжалось до тех пор, пока Луна не осталась постоянно повернутой к Земле только одной стороной.

Луна – ближайшее к Земле небесное тело. Она удалена от Земли в среднем всего на 380 тыс. км. Видимые на небе угловые размеры Луны поэтому такие же, как и у гигантского Солнца, которое несравненно больше Луны, но во столько же раз дальше. Это обстоятельство позволяет нам время от времени наблюдать солнечные затмения. Они случаются тогда, когда Луна в новолунии оказывается точно на одной прямой – не выше и не ниже – между Солнцем и Землей. Луна во время полного затмения целиком загораживает Солнце. Среди дня наступает «ночь», а на небе зажигаются звезды.

Когда же Луна в полнолунии оказывается точно на продолжении прямой, соединяющей Солнце и Землю, ее закрывает тень Земли. В этом случае мы наблюдаем лунное затмение. Край тени Земли на Луне всегда круглый. Именно это послужило одним из важных доказательств шарообразности Земли. Только шар может из любых положений отбрасывать тень с круглым краем.

Причины изменения внешнего облика Луны, закономерности наступления затмений, влияние Луны на природные явления оставались непостижимыми для древнего человека, и Луна становилась объектом обожествления, религиозного поклонения, источником суеверий. Через тысячелетия выяснилось, что воздействие Луны на Землю в некоторых случаях реально. Так, с открытием закона всемирного тяготения было доказано, что именно Луна вызывает приливы в морях и океанах. Вместе с тем до наших дней сохранились, например, живучие поверия о влиянии Луны на погоду, – скорее всего, предубеждения, с научной точки зрения и поныне не имеющие под собой сколько-нибудь серьезных оснований.

Отдельные зарисовки поверхности Луны выполняли еще до изобретения телескопа. Темные пятна на поверхности Луны бывают хорошо видны невооруженным глазом, и они всегда порождали много догадок и споров. Однако систематическое изучение лунной поверхности началось только с появлением телескопов, три с половиной века назад.

Лунный кратер Коперник поперечником свыше 90 км по зарисовке с Земли. Один из интереснейших лунных объектов, который удобно наблюдать примерно через десять дней после новолуния. Кратер является центром мощной и сложной системы светлых лучей. Он относится к числу сравнительно молодых образований лунной поверхности

Сохранившиеся доныне названия деталей рельефа видимой стороны Луны обязаны своим происхождением энергичному польскому астроному-наблюдателю Яну Гевелию и итальянцу Риччоли. Гевелий присвоил лунным хребтам земные названия – Альпы, Апеннины, Кавказ и другие. Система обозначения столь характерных для Луны кольцевых гор – кратеров – именами астрономов и математиков введена профессором иезуитского колледжа в Болонье Риччоли.

С глубокой древности наиболее темным по тону областям лунного диска было присвоено название «морей». От них отличали «материки» – светлые области лунной поверхности. На картах появились Море Дождей, Море Спокойствия, Море Облаков, заливы и болота. Самому большому из «морей» Риччоли дал имя Океана Бурь.

Древние ученые во главе с Платоном оказались на карте Риччоли размещенными в северной части лунного диска. Средневековых ученых и своих современников Риччоли поместил в южное полушарие. Не забыл он и тех, кто «сдвинул» Землю с ее центрального места во Вселенной: Аристарха, Коперника, Кеплера. Их именами названы яркие, приметные кратеры, однако, следуя собственным оценкам исторического значения отдельных ученых, Риччоли символически раскидал этих «ниспровергателей основ» как крохотные островки в безбрежных просторах Океана Бурь. Самый же красивый кратер у берегов Океана Бурь уже на «твердой почве» лунного материка, получил имя Тихо – в честь Тихо Браге. Ибо Риччоли считал, что именно взглядам Тихо суждено примирить учение Коперника с догмами церкви.

Люди науки уважают традиции предшественников. До наших дней сохранились в астрономии мифологические названия созвездий. Сохранили современные исследователи Луны и устаревшие термины «моря», «мысы», «заливы», «материки».

Лунные «моря» совершенно сухи и представляют собой обширные залитые некогда лавой низины. Свидетельством тому служат поднимающиеся местами среди морей гребни кольцевых валов – следы кратеров, погребенных под лавовыми потоками.

Сохранность древних форм рельефа на Луне связана с ее замечательной особенностью. На Земле, как говорят, капля точит камень. На Луне же, где нет сегодня ни заметной тектонической активности недр, нет ни воды, ни ветра, ни живых организмов, разрушение и переработка поверхностного слоя сведены к минимуму. Они происходят, главным образом, только в результате бомбардировки поверхности микрометеоритами и облучения ее солнечным ветром – идущими от Солнца потоками элементарных частиц высоких энергий.

так писал о Луне в 1913 г. русский поэт Максимилиан Волошин. С присущей ему остротой восприятия научных идей Волошин нарисовал картину поверхности Луны, сформированной гигантскими космическими катаклизмами, хранящей следы «борьбы и исступлений, застывших мук, безумных дерзновений, двойные знаки пламени и льда». Словно предвидя, какую огромную роль для науки предстоит сыграть исследованиям Луны, Волошин создал на редкость яркий, запоминающийся образ безжизненного, несущего на себе отпечаток отдаленнейших этапов жизни нашей планетной системы лунного мира:

Нам представляется, что поэту в начале века удалось заглянуть в самое существо проблемы. Луна, подобная Земле, с которой «сорван скальп», отличающаяся от Земли отсутствием толстого чехла переработанных в сравнительно недавние геологические эпохи пород, действительно может стать ключом к изучению эволюции не только Луны и Земли, но и всей Солнечной системы в целом.

Однако как бы хороши ни были телескопы и астрофизические приборы, изучение Луны на расстоянии не давало ответов на очень многие вопросы. Десятки лет, от одного поколения ученых к другому, страницы научных журналов служили ареной острой полемики сторонников различных направлений. Суть всех споров сводилась в конечном счете к тому, какие силы – внешние или внутренние – имеют решающее значение для развития небесного тела. Обязаны ли кольцевые лунные кратеры и моря своим происхождением ударам гигантских метеоритов или это следы некогда очень активной вулканической деятельности?

Затянувшийся научный спор издавна стал достоянием писателей-фантастов. Герберт Уэллс не сомневался, что поверхность нашего спутника скалиста. Лунный пейзаж представляется героям его романа «Первые люди на Луне» диким и мрачным. Пришельцев окружают «обрывистые стены», «хаотические нагромождения пиков и гребней, перерезанных ущельями», «бесчисленные круглые вершины» и «призрачные холмы».

Воображение нашего современника Артура Кларка, автора романа «Лунная пыль», нарисовало картину пылевого покрова. «…Море Жажды заполнено не водой, а пылью. Вот почему оно кажется людям таким необычным, так привлекает и завораживает. Мелкая, как тальк, суше, чем прокаленные пески Сахары, лунная пыль ведет себя в здешнем вакууме словно самая текучая жидкость. Урони тяжелый предмет, он тотчас исчезнет – ни следа, ни всплеска…».

Вообще персонажи фантастических книг обживали Луну с очень давних пор. Ее посещали герои Лукиана из Самосаты (II в. н. э.), английского романиста XVI века Ф. Годвина, француза Сирано де Бержерака, американца Эдгара По. О полетах на Луну писали Жюль Верн, Герберт Уэллс, Александр Беляев, Айзек Азимов, Станислав Лем. На деле первые космические трассы к этому небесному телу были проложены советской наукой и техникой в 1959 г.

В октябре 1959 г. «Луна-3», совершив облет Луны, впервые сфотографировала обратную, никогда не видимую с Земли сторону Луны. Это были первые телефотографии, переданные из космического пространства.

По предложению советских астрономов Международный астрономический союз поместил на первую карту обратной стороны Луны 18 названий вновь открытых образований. Появились на Луне Море Москвы, кратеры Герц, Курчатов, Ломоносов, Максвелл, Менделеев, Пастер, Попов, Склодовская-Кюри, Циолковский и другие.

Фотографирование обратной стороны Луны было завершено в 1965 г. другой советской автоматической станцией – «Зонд-3».

Фотография, принадлежащая истории человечества. Это первое полученное на Земле изображение обратной стороны Луны (СССР, 1959 год)

Обратная сторона Луны оказалась, конечно, во многом подобной видимой. Там в изобилии обнаружились кратеры, имеющие обычные для Луны формы: кратеры с центральными горками, кратеры, окаймленные венцами лучевых систем, большие и малые кратеры, налагающиеся один на другой. Но подлинной сенсацией явилось то, что в крупных деталях поверхности обратная сторона Луны оказалась заметно отличающейся от видимой: она очень бедна «морскими» территориями.

Материалы фотографирования обратной стороны Луны 1965 г. дали советским ученым возможность вновь, так же как и после полета «Луны-3», внести в Международный астрономический союз предложения относительно наименований деталей лунного рельефа, выявленных на невидимом полушарии. XIV Генеральная ассамблея Международного астрономического союза, состоявшаяся в августе 1970 г. в Великобритании, утвердила список вновь принятых названий более чем 500 объектов. Среди деятелей мировой науки и техники в новых названиях увековечены имена ал-Бируни, С. В. Ковалевской, Н. Е. Жуковского, П. Л. Чебышева, Э. Галуа, Н. Винера, Р. Коха, Г. Менделя, Н. И. Кибальчича, С. П. Королева, Ю. А. Гагарина.

Новые названия станут достойным памятником тем, кто посвятил свою жизнь прогрессу человечества.

Космические полеты к Луне обусловили бурное развитие исследований в области геологии, геохимии и геофизики этого небесного тела. Стоит ли недоумевать по поводу столь непривычных словосочетаний: геология Луны, геохимия Луны? Конечно, упомянутые научные дисциплины родились на Земле, сохраняя в названиях непременный корень «гео». Однако имеет ли смысл в эпоху всестороннего изучения тел Солнечной системы приспосабливать терминологию к каждой планете в отдельности и говорить о селенологии, ареологии, гермесологии, афродитологии и т. д.? Предпочтительнее расширить старые земные понятия и не удивляться кажущемуся противоречию в таких терминах как геология Луны. Изучение Луны стимулировало развитие сравнительной планетологии – обобщающей отрасли научных знаний, занимающейся проблемами происхождения и эволюции всей семьи планет. Луна стала одним из небесных тел, изучение которого помогает ученым лучше понять особенности строения планеты Земли, на которой мы живем.

Первый советский вымпел на Луне

Особенно большое значение для понимания природы Луны имела доставка на Землю образцов лунного грунта. Изучение лунного грунта дало возможность установить точный химический состав лунных пород и их возраст. Выяснилось, что возраст Луны совпадает с возрастом Земли, – около 4,5 млрд лет.

Сегодня мы знаем, что история развития Луны – подобно истории развития Земли – богата событиями. Так же, как у Земли, недра Луны расслоены на оболочки: в ней выделяются различные по свойствам ядро, мантия и кора. На глубинах в несколько сот километров в мантии Луны залегают очаги лунотрясений, частота которых регулярно изменяется в зависимости от положения Луны на орбите по отношению к Земле.

Постоянная бомбардировка Луны крошечными метеоритами является причиной того, что вся ее поверхность на несколько метров глубины словно ватным одеялом укрыта слоем мелкого раздробленного вещества, которое в последующем спекается и образует как бы слежавшуюся губчатую массу. Этот тонкий слой лунной поверхности называют реголитом.

Реголит служит прекрасным термоизоляционным материалом. Вообще колебания температуры на поверхности Луны очень велики. На экваторе они составляют от +130 °C в лунный полдень до — 170 °C ночью. Очень резкие перепады температуры происходят в процессе лунных затмений: за два часа температура той точки поверхности, где Солнце находится над головой, падает на 240 °C, а потом столь же стремительно возрастает. Однако благодаря слою реголита указанные перепады температур распространяются до глубины всего в несколько десятков сантиметров. Ниже температура лунных пород остается постоянной. Так же, как на Земле, вследствие притока тепла из недр температура в теле Луны медленно возрастает с глубиной.

Лунная поверхность в районе Моря Дождей. Фрагмент одной из многочисленных телепанорам лунной поверхности, переданных в 1970-1971 гг. с борта «Лунохода-1»

Средняя плотность Луны составляет 3,35 г/см3, или же всего 60 % от средней плотности Земли; она примерно соответствует плотности верхней оболочки Земли – ее коры.

Среди важных физических характеристик Луны следует отметить, что ее масса всего в 81 раз меньше массы Земли. Это ставит Луну на совершенно особое место среди спутников всех других планет, которые меньше своих «хозяев», по крайней мере, в тысячи раз. Добавим, что Луна находится вне сферы, где сила тяготения центрального тела – Земли – превосходит силу тяготения Солнца. Вследствие этих особенностей некоторые ученые склонны рассматривать систему Земля – Луна как уникальную «двойную планету».

 

Давние знакомые

Тяготение Солнца удерживает около него многочисленное семейство небесных тел. Самое важное место в нем занимают большие планеты, которых известно девять. В порядке удаления от Солнца это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Все планеты движутся вокруг Солнца, если смотреть со стороны северного полюса мира, против часовой стрелки.

Самая близкая к Солнцу планета делает полный оборот вокруг него за 88 земных суток. В древности считали, что она бегает, «суетится» вокруг Солнца. И поэтому ее нарекли именем проныры Меркурия, посланца богов с крылышками на ногах, который покровительствовал обманщикам, ловкачам, а заодно и торговцам.

На земном небосводе планета Меркурий никогда не отступает далеко от ослепительного диска Солнца, и наблюдение ее невооруженным глазом по этой причине требует навыков. При самых благоприятных условиях Меркурий не задерживается над горизонтом дольше, чем в течение двух часов после захода Солнца, и не появляется раньше, чем за два часа до его восхода. Планета бывает плохо различима из-за близости к горизонту и теряется на фоне светлого сумеречного неба. Среди историков астрономии имеет хождение рассказ, будто Коперник на смертном одре жаловался, что никогда не видел Меркурий собственными глазами.

В отличие от Меркурия, с глубокой древности постоянно приковывали к себе внимание удивительно яркое «утреннее» и столь же яркое «вечернее» светила, за которыми в греческом мире укрепились названия Фосфор и Геспер. Цицерон по-латыни называет их Веспер и Люцифер.

Вавилонские жрецы в результате многочисленных наблюдений установили, что так ведет себя одно и то же небесное тело, движущееся около Солнца и периодически скрывающееся в его лучах. Это было одно из великих открытий древнего мира.

Телескопическая фотография 20 декабря 1933 г. показывает планету Венеру (маленький белый серпик) возле диска Луны

Под названием утренней и вечерней звезды вавилоняне наблюдали вторую по счету планету Солнечной системы. За свой исключительный блеск она была названа впоследствии в честь богини любви и красоты Венерой.

Планета Венера совершает один оборот вокруг Солнца за 225 земных суток. Она очень похожа на Землю и по размерам, и по массе. Поэтому ее часто считали раньше двойником Земли. История изучения Венеры богата большими творческими достижениями и событиями поистине драматическими.

Меркурий и Венеру астрономы называют нижними, или иначе внутренними, планетами, поскольку их орбиты ближе к Солнцу, чем орбита Земли: они целиком расположены внутри орбиты Земли. Когда расстояние между Землей и Венерой сокращается до минимума, три небесных тела – Солнце, Венера и Земля – располагаются примерно вдоль одной прямой. Иногда в такие моменты они оказываются строго на одной прямой. В это время, если смотреть через очень темное стекло, видно, как по диску Солнца проходит черная точка. Такое явление называется прохождением Венеры по диску Солнца. Принципиально оно сродни солнечному затмению. Только Луна в момент затмения загораживает Солнце целиком, а Венера видна на нем лишь едва заметным пятнышком.

По диску Солнца проходит время от времени и другая внутренняя по отношению к Земле планета – Меркурий. Прохождения Меркурия случаются довольно часто, не реже одного раза за 13 лет.

Прохождения же Венеры чрезвычайно редки. Они группируются парами с интервалом в 8 лет одно от другого. А между парами проходит либо 121,5, либо 105,5 лет. Вот перечень трех последних пар: 1631 и 1639 гг., 1761 и 1769 гг., 1874, и 1882 гг. Ближайшее следующее прохождение ожидается 8 июня 2004 г., которое, кстати, полностью будет видно в Москве. Парное ему прохождение Венеры произойдет 5-6 июня 2012 г. и будет наблюдаться в Москве лишь в заключительной стадии.

Прохождение Венеры по диску Солнца. Белое поле на рисунке – яркий солнечный диск, темное поле – фон неба. Пять зарисовок дают представление о последовательном изменении вида Венеры по мере того, как она «сходит» с солнечного диска. Зарисовки сделаны австралийским астрономом Расселом в Сиднее во время прохождения Венеры 1874 г. В 3 ч 55 мин черный диск Венеры коснулся края Солнца. Через 2 мин диск Венеры частично «сошел» с солнечного диска, и наблюдатель зарисовал «явление Ломоносова» – светлый ободок, обусловленный атмосферой планеты. Еще через 15 мин диск Венеры «сошел» с Солнца почти наполовину. Светлый ободок оставался видимым, причем наблюдатель отметил появление дополнительного яркого пятна. Согласно расчетам, пятно располагается вблизи северного полюса планеты. Пятно наблюдалось и после того, как светлый ободок вокруг диска планеты угас – вплоть до 4 ч 23 мин 22 с. Происхождение зарисованного Расселом светлого пятна осталось до конца невыясненным. Наблюдения прохождения Венеры по диску Солнца могут быть повторены лишь в 2004 г.

Важность точных измерений моментов прохождения Венеры по диску Солнца состояла прежде в том, что они давали надежду уточнить абсолютную величину астрономической единицы – основной единицы длины для обмера Солнечной системы. Такой метод предложил использовать Эдмонд Галлей. В наши дни этот метод полностью утратил свое значение, на в XVIII в. он казался очень перспективным.

Согласно сохранившимся источникам, впервые прохождение Венеры наблюдалось европейскими астрономами в 1639 г. С прохождением Венеры 1761 г. связано событие, очень ярко характеризующее обычные трудности наблюдательной астрономии.

Для наблюдения редкого явления в предшествующем году был командирован в Индию член Парижской академии Гийом Лежантиль. Однако разразившаяся между Великобританией и Францией война не дала ему возможности достигнуть места назначения. Он сумел сделать лишь несколько грубых зарисовок с качающейся палубы фрегата. О точных измерениях не могло быть и речи.

Чтобы не опоздать снова, Лежантиль не уехал и ждал нового прохождения в течение 8 лет. Климат в месте его походной обсерватории в Пондишери был хоть куда – облачные дни в году насчитывались единицами. Накануне долгожданного прохождения погода стояла также ясная, однако следующий день – 3 июня 1769 г. – оказался облачным… Очередное прохождение должно было состояться через 105 лет.

На обратном пути Лежантиль терпел кораблекрушения, попадал к пиратам и, наконец, чудом вернулся домой после 11-летнего отсутствия лишь для того, чтобы узнать: его считали погибшим, место в академии было занято и наследники поделили имущество…

Наблюдение прохождения Венеры 1769 г. британское адмиралтейство вменило в обязанность молодому капитану Джеймсу Куку. Ему был выделен видавший виды корабль для перевозки угля «Усердие». После переоборудования «Усердия» в военное судно 26 августа 1768 г. лейтенант Кук записал в дневнике: «…В два часа дня поставили паруса и вышли в море. На борту 94 человека, включая офицеров, матросов, ученых и их слуг. На корабле хранится запас продовольствия на 18 месяцев, имеется 10 пушек, 12 фальконетов с большим боевым запасом…» Так началось его первое кругосветное плавание.

Астрономическая площадка для наблюдения прохождения Венеры 1769 г. была оборудована капитаном Куком на острове Таити.

Хотя плавание Кука проходило в мирное время, через три года в родной порт вернулись лишь 54 человека. Даже за крупицы новых знаний человечество во все времена платило самой дорогой ценой.

Метод уточнения величины астрономической единицы по наблюдениям прохождения Венеры не оправдал возлагавшихся на него надежд. Точность регистрации моментов вступления планеты на диск Солнца оказалась невысокой из-за того, что Венера окутана толстой газовой оболочкой – атмосферой.

В атмосфере Венеры плавает непроницаемая пелена белых облаков. Облака отражают большую часть падающего на Венеру солнечного света. Именно облачный покров определяет удивительную яркость Венеры на нашем небосклоне. И хотя Венера временами подходит к Земле ближе всех других планет, из-за того же облачного покрова ни в один телескоп не удавалось разглядеть ее поверхность.

За Венерой в порядке удаленности от Солнца следует известная всем нам планета по имени Земля.

Марс, четвертая от Солнца планета, названа так в честь бога войны. С Земли он виден как светило с отчетливо красноватым, «кровавым» отливом. Два спутника Марса получили имена из «Илиады» Гомера: это сподвижники бога войны Фобос и Деймос – Страх и Ужас. Марс совершает один оборот вокруг Солнца за 687 земных суток.

У этой планеты, как и у Венеры и Земли, есть атмосфера. Но она гораздо тоньше и сквозь нее на поверхности Марса в хорошие телескопы видно много деталей.

Бывают случаи, когда Марс и Земля оказываются на орбитах друг против друга, так что расстояние между ними в этот момент наименьшее. Такое положение называется противостоянием.

Если бы Земля и Марс двигались вокруг Солнца по окружностям, то в противостояниях между ними всегда было бы одно и то же число километров. Но орбиты всех планет – более или менее вытянутые эллипсы. Поэтому один раз то в 15, то в 17 лет в момент противостояния Марс подходит к Земле ближе, чем во все другие противостояния. Тогда говорят, что произошло великое противостояние Марса.

Поскольку великие противостояния приходятся на одни и те же участки орбит Земли и Марса, они всегда происходят в конце лета или начале осени: в июле, августе или в сентябре. Перед Великой Отечественной войной, 23 июля 1939 г., любуется Марсом в великом противостоянии Сима Крупицына, героиня повести Льва Кассиля «Великое противостояние». Последующие великие противостояния пришлись на 1956 и 1971 гг. Последнее из них произошло 28 сентября 1988 г.

Марс – первая из группы верхних, или, иначе, внешних по отношению к Земле планет: его орбита целиком лежит за пределами орбиты Земли. Далее следуют внешние планеты Юпитер и Сатурн.

Юпитер недаром получил имя главного римского бога – это самая большая из планет. По объему он в 1400 раз больше Земли и, несмотря на значительное удаление, бывает виден на земном небе лишь чуть-чуть слабее Венеры. Поперечник Юпитера превосходит поперечник Земли более чем в 10 раз, а его масса больше массы Земли в 300 раз. На один оборот вокруг Солнца Юпитер тратит 11,9 земных года.

У Юпитера к настоящему времени открыто 16 спутников. Четыре самых ярких спутника Юпитера открыл уже Галилей. И, как мы помним, Галилей же вскоре предложил использовать наблюдения затмений спутников Юпитера в целях определения долгот различных пунктов на поверхности Земли. Это предложение Галилея не нашло применения только из-за отсутствия таблиц с предвычисленным заранее на долгое время вперед «расписанием» моментов затмений.

Однако мысль Галилея по-прежнему считалась заманчивой, и во второй половине XVII в. составление необходимых таблиц затмений спутников Юпитера было поручено молодому сотруднику Парижской обсерватории датчанину Оле Рёмеру.

Оле Рёмер добросовестно выполнял наблюдения, но все его усилия составить теорию движения спутников оставались бесплодными. Спутники Юпитера не подчинялись привычным законам. Они то опережали составленный для них «график» и попадали в тень Юпитера раньше предсказанного срока, то заметно опаздывали. Причем отклонения от составленного для них Рёмером «графика» достигали многих минут: об ошибках наблюдений в этом случае не могло быть и речи.

Схема противостояний Земли и Марса с 1967 по 1999 гг. Подчеркнуты даты великих противостояний: В 1971 г. во время великого противостояния расстояние от Земли до Марса составляло 56,1 млн км, в 1988 г. – 59,2 млн км

Рёмер подметил, что отклонения в моментах затмений спутников каким-то образом связаны с движениями Юпитера и Земли вокруг Солнца. Объяснение, которое в конце концов нашел Рёмер, оказалось простым и оригинальным. Свет распространяется не молниеносно, а с вполне определенной, конечной скоростью.

Когда Земля и Юпитер находятся по разные стороны от Солнца, расстояние между ними превышает 900 млн км. А когда обе планеты сходятся по одну сторону от Солнца, расстояние между ними сокращается почти до 600 млн км. В первом случае свету приходится преодолевать расстояние на 300 млн км больше, чем в другом. Отсюда и появляются то лишние, то недостающие минуты в моментах затмений спутников Юпитера.

Объяснение Рёмера было правильным. Он первым указал на конечность скорости света и вычислил для этой скорости достаточно надежное значение.

Пример с этим открытием лишний раз наглядно иллюстрирует тот известный в истории науки факт, что работы, порождающиеся насущной практической необходимостью – если только их исполнители не спешат отмахнуться от всех встречающихся на пути труднообъяснимых явлений, – часто могут вести к фундаментальным научным открытиям.

Галилей дал собственные имена всем четырем открытым им спутникам Юпитера: Ио (I), Европа (II), Ганимед (III), Каллисто (IV). Что касается остальных спутников, то им решительно не везло. К. Фламмарион еще в прошлом веке предложил для пятого спутника Юпитера название Амальтея. Братья Стругацкие успели опубликовать в 1960 г. фантастический роман «Путь на Амальтею», однако это получившее всемирную известность имя оставалось официально не признанным. Так же обстояло дело и со всеми остальными, что порождало неудобства и путаницу в астрономической литературе. Наконец, в 1976 г. на Генеральной ассамблее в Гренобле (Франция) Международный астрономический союз утвердил для спутников Юпитера следующие официальные названия: Амальтея (V), Гималия (VI), Элара (VII), Пасифе (VIII), Синопе (IX), Лизитея (X), Карме (XI), Ананке (XII) и Леда (XIII).

Все перечисленные 13 спутников Юпитера были открыты по наблюдениям с Земли, последний из них – крохотная Леда – в 1974 г. В 1979 г. по результатам космического фотографирования были добавлены еще 3 близкие к планете и небольшие луны: Метис, Адрастея и Теба.

Шестое по счету место от Солнца среди больших планет занимает Сатурн, названный так в честь римского божества подземного царства – пожирателя собственных детей. Сатурн, как и другие внешние планеты, в наиболее благоприятные периоды своей видимости наблюдается на земном небе целыми ночами напролет, с вечера и до утра. Он выглядит достаточно ярким, однако блеск его заметно тусклее блеска Венеры и Юпитера.

Характерной деталью «внешности» Сатурна является его кольцо – то самое странное образование, которое Галилей принял поначалу за двух «прислужников» Сатурна. Первым ученым, который сумел математически исследовать возможную структуру кольца Сатурна, был великий физик Джеймс Клерк Максвелл – в последующем создатель теории электромагнитного поля и автор многих выдающихся работ. После окончания Эдинбургского университета в Шотландии он в 1850 г. представил на объявленный конкурс статью о кольце Сатурна, где показал, что оно не может быть ни твердым, ни гладким, а должно состоять из мелких частиц.

Вывод юного Максвелла полностью подтвердился: кольцо Сатурна действительно образовано миллиардами миллиардов твердых частиц размерами от песчинок до многометровых глыб. При рассматривании в небольшой телескоп все они, конечно, сливаются воедино, и кажется, что около Сатурна расположено широкое и плоское сплошное кольцо.

Толщина кольца ничтожно мала; она составляет около одного километра. Ширина же кольца превышает 60 тыс. км. Расположено кольцо строго в плоскости экватора Сатурна.

Выдающаяся русская женщина-математик С. В. Ковалевская, французский астроном Рош и другие ученые детально исследовали вопрос о влиянии на спутники планет приливных деформаций. Чем больше планета и чем ближе подходит к ней какой-либо спутник, тем заметнее становится в особенностях его поведения влияние приливных сил. Можно найти границу, переступить которую спутник данного размера «не имеет права». Если же под влиянием каких-либо обстоятельств он пересечет эту границу и вступит в окружающую планету «опасную зону», то возросшие приливные силы разорвут спутник на мелкие осколки.

Опасная для спутников зона вокруг планет носит название «зоны Роша». Обычные спутники в пределах этой опасной зоны существовать не могут. Кольцо же Сатурна лежит целиком внутри «зоны Роша».

Вокруг Сатурна за пределами «зоны Роша» обращается несколько крупных спутников. Возмущающее влияние их на кольцо Сатурна вызывает точно тот же эффект, который возмущающее действие Юпитера оказывает на пояс астероидов. Каждый из ближайших спутников Сатурна сгоняет с орбит те частицы кольца, период обращения которых кратен периоду обращения данного спутника. В связи с этим в кольце Сатурна наблюдаются четкие деления, Самое заметное из них по имени открывателя носит название «деление Кассини». Другие были обнаружены гораздо позднее.

Кольцо Сатурна, разделенное делениями, как оно видно в крупные телескопы, уже не производит впечатления единого образования. В научной литературе часто говорили о трех, как бы вложенных одно в другое, кольцах Сатурна. Среднее из них самое широкое и самое яркое. Внутреннее кольцо, напротив, едва различимо и настолько прозрачно, что сквозь него звезды наблюдаются почти без ослабления блеска. Его называют «креповым кольцом».

Сатурн – самая далекая из планет Солнечной системы, видимых невооруженным глазом. Он настолько далек, что один оборот вокруг Солнца для этой планеты длится без малого 30 земных лет.

До изобретения телескопа о расширении границ Солнечной системы, естественно, никто не помышлял. Такого вопроса вообще не возникало. Солнечная система казалась вполне изученной, границы ее – незыблемыми. Все тела Солнечной системы были на виду, наблюдались на небе невооруженным глазом. Их можно было сосчитать по пальцам: Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Эти семь примечательных небесных светил никто и никогда не открывал. Они были известны людям с незапамятных времен. Что же касается прочих членов Солнечной системы – больших планет Урана, Нептуна, Плутона, спутников больших планет, роя малых планет и комет – их открытия были сопряжены с постижением многих тайн и преодолением неисчислимых трудностей.

 

Астрономы-сыщики

Галилей, построив скромную зрительную трубу, сразу же обнаружил четыре спутника Юпитера и кольцо Сатурна. А потом открытия посыпались как из рога изобилия.

В середине XVII в. Христиан Гюйгенс обнаружил спутник Сатурна. Вслед за ним директор Парижской обсерватории Д. Кассини поочередно открыл еще четыре спутника Сатурна. Гершель в 1781 г. наткнулся на новую планету – Уран. Через шесть лет он же сообщил о наблюдении двух спутников Урана и вскоре добавил к перечню вновь открытых членов Солнечной системы еще два спутника Сатурна.

Если к началу XVII в. Солнечная система казалась лежащей «как на ладони», то теперь она неудержимо «разрасталась». Вооруженный телескопом наблюдатель видел гораздо лучше и гораздо дальше своих предшественников. Ободренный успехами коллег, каждый астроном был готов засучить рукава и приняться за поиски еще неизвестных членов Солнечной системы.

Но только ли удаленные члены Солнечной системы оставались неизвестными? Ведь еще Кеплер обратил внимание на изрядную брешь совсем неподалеку от Земли, между орбитами Марса и Юпитера. Присмотритесь к сводке расстояний от Солнца до ближайших к нему планет в астрономических единицах: до Меркурия – 0,4, до Венеры – 0,7, до Земли – 1,0, до Марса – 1,5, до Юпитера – 5,2, до Сатурна – 9,6.

Скачок в расстояниях между Марсом и Юпитером действительно кажется чересчур резким.

Предположение, что на месте этого пробела может отыскаться еще одна планета, стало выглядеть особенно правдоподобным после появления в научной литературе странного арифметического правила. Немецкий математик Даниель Тициус установил это правило в 1766 г. в примечании к книге, которую он переводил.

Напишем ряд чисел. Первым из них пусть будет 0,4; вторым: 0,4+0,3; третьим: 0,4+0,3х2; четвертым: 0,4+0,3х4 и т. д., с удвоением для каждого последующего члена этого ряда множителя при 0,3. Полученный ряд чисел очень близко совпадает с рядом средних расстояний от Солнца до планет, если эти расстояния выражены в астрономических единицах (см. табл.).

На первых порах странная находка Тициуса оставалась незамеченной. Но она пришлась по вкусу другому немецкому ученому, астроному Иоганну Элерту Боде, который счел ряд Тициуса заслуживающим самого пристального внимания. Боде подробно изложил правило Тициуса в своей книге 1772 г. и впоследствии так много говорил и писал по этому поводу, что за правилом повсеместно укрепилось название правила Тициуса-Боде. Иногда его даже называют законом.

Правило Тициуса-Боде не является в подлинном смысле слова законом. Скорее всего, оно каким-то образом связано с проявлением еще не изученных закономерностей формирования планет Солнечной системы из протопланетного облака. Но справедливо ли подобное утверждение или не справедливо, – доныне никто доказать не может. Это так называемая эмпирическая закономерность, установленная из наблюдений и на протяжении вот уже двух столетий не имеющая под собой твердой теоретической основы.

Доверие к правилу Тициуса-Боде существенно возросло после открытия Гершелем в 1781 г. новой планеты, для которой Боде предложил название Уран. Среднее удаление Урана от Солнца составляет 19,2 астрономической единицы. Уран практически точно попал на восьмое место в ряду Тициуса. Но если правило Тициуса-Боде верно, то свободным остается еще и пятое место, место планеты между Марсом и Юпитером. Инициативу поисков этой планеты спешили взять на себя немецкие астрономы.

Германия в ту эпоху была расчленена на десятки карликовых государств: королевств, великих герцогств, герцогств, княжеств и вольных городов. До наполеоновских войн все эти многочисленные германские государства не были объединены даже формально. Каждый из местных властелинов проводил собственную политику и, между прочим, снисходил до покровительства «своей» музе. При дворе герцога Саксен-Веймарского покровительствовали поэзии. Там жили Гёте и Шиллер. При других дворах предпочитали музыкантов либо живописцев. Астрономия нашла приют в Готе, столице герцога Саксен-Кобург-Готского. Придворный астроном герцога Ксаверий фон Цах и предпринимал усилия для организации поисков предполагаемой планеты, занимающей пятое место в ряду Тициуса.

Цах снесся с другими астрономами и, заручившись поддержкой пяти из них, на рубеже XIX в. объявил о создании «отряда небесной полиции» с целью «выследить и поймать беглого подданного Солнца». Астрономы поделили небо между собой и готовились к долголетнему утомительному «выслеживанию», как вдруг беглая планета неожиданно нашлась сама собой.

Это случилось в Палермо, на острове Сицилия. Джузеппе Пиацци, профессор Палермского университета, 1 января 1801 г., как обычно, работал над составлением очередного каталога звездных положений. Ему попалась быстро перемещающаяся «звезда», путь которой Пиацци трудолюбиво прослеживал из ночи в ночь полтора месяца. Конечно, это могла быть и комета.

Однако по многим косвенным признакам Пиацци был почти убежден, что открыл недостающую планету. Он назвал ее Церерой в честь древнеримской богини плодородия, покровительницы Сицилии.

Дальнейшие события приняли неожиданный оборот. От переутомления Пиацци слег в постель, а вновь открытое светило тем временем скрылось в солнечных лучах.

В Италии бушевала война. Связь Сицилии с материком была плохой. Да и сообщать о своем открытии Пиацци сначала не торопился. Он хотел сам продолжить наблюдения и вычислить орбиту нового небесного тела. Но отыскать его на небе повторно Пиацци так и не смог. Пришлось, пока еще не все было потеряно, взывать о помощи.

Счастливому открытию Пиацци сопутствовало еще одно счастливое обстоятельство. Точным наукам и астрономии в Германии оказывалось покровительство не только при дворе герцога Саксен-Кобург-Готского, но и в королевстве Ганновер. Здесь, в небольшом городке Геттингене, существовал известный всей Европе старинный университет. И в описываемое нами время в Геттингенском университете креп математический гений Карла Фридриха Гаусса.

Гаусс был еще очень молод. К тому моменту, когда Пиацци призвал коллег оказать ему посильное содействие в повторном отыскании Цереры, Гауссу едва исполнилось 24 года. Но именно ему задача Пиацци оказалась по плечу. Несмотря на свою молодость, Гаусс успел в основных чертах разработать оригинальный метод вычисления планетной орбиты всего по трем наблюдениям, без каких бы то ни было предположений о характере орбиты. Наблюдения Пиацци давали Гауссу великолепный повод проверить свои идеи на практике. Он поспешил выполнить необходимые вычисления и предсказал место нового светила на небосводе на несколько месяцев вперед.

Плохая погода помешала европейским астрономам тотчас проверить прогноз юного математика. Подходящая возможность представилась лишь в последнюю ночь 1801 г. И уже на следующую же ночь, в годовщину открытия Пиацци, Ксаверий фон Цах вновь обнаружил на небе утраченную было планету Цереру. А чуть позже ее увидел в Бремене Ольберс. Ольберс много лет посвятил наблюдению комет и изучению их орбит. Научные труды Г. Ольберса впоследствии снискали ему заслуженное признание и изучались в университетах. На с. 55 нашей книги мы воспроизвели схему, иллюстрирующую «парадокс Ольберса». Особенно широкую известность приобрели его исследования по кометной астрономии. В 1854 г. в Казанском университете была защищена диссертация на тему «Способ Ольберса и его применение к определению орбиты кометы Клинкерфюса 1853 года». Автором диссертации был 23-летний Илья Николаевич Ульянов – отец В. И. Ленина.

Итак, совместными усилиями астрономов-наблюдателей и теоретиков удалось открыть новое небесное тело, названное Церерой. Расстояние Цереры от Солнца составляло 2,8 астрономической единицы – ровно столько, сколько требовалось по правилу Тициуса-Боде. Что же касается метода вычисления орбит, предложенного Гауссом для поисков Цереры, то он оказался в высшей степени плодотворным и отчасти не потерял значения вплоть до наших дней.

 

Планеты-крохи

Растерянность астрономов не знала предела, когда в марте – апреле 1802 г. Ольберс, наблюдая Цереру, обнаружил неподалеку от нее еще одну слабую планету. Ее назвали Палладой. Название Паллада, что в переводе значит «потрясающая», служит постоянным эпитетом и как бы вторым именем греческой богини разума, ремесел и войны Афины. Расстояние Паллады от Солнца тоже оказалось равным 2,8 астрономической единицы. Что и говорить: не было ни гроша, да вдруг алтын. В 1804 г. к двум новым планетам добавилась третья – Юнона. Вскоре Ольберс примерно на том же удалении от Солнца открыл четвертую планету – Весту.

Пиацци предлагал именовать многочисленных обретенных членов Солнечной системы не планетами, а планетоподобными телами – планетоидами. Однако за ними укрепилось предложенное Вильямом Гершелем общее имя астероиды – «звездоподобные». В наши дни их часто называют малыми планетами. Размеры астероидов действительно очень невелики. Самой большой оказалась Церера – поперечник ее по современным оценкам составляет около 1000 км. Поперечник стоящей на втором месте по размерам Паллады составляет около 600 км.

Ольберсу первому пришла в голову мысль о том, что малые планеты, возможно, представляют собой осколки одной большой планеты, помещавшейся некогда, как и предписывается правилом Тициуса – Боде, между орбитами Марса и Юпитера. Следовательно, число астероидов вовсе не должно ограничиваться четырьмя, и дальнейшие поиски признавались делом вполне уместным. Для облегчения работы Берлинская Академия наук организовала составление специальной звездной карты. Систематическое сопоставление вида звездного неба в телескоп с этой картой и должно было выявлять перемещающиеся звездообразные объекты.

Составление Берлинской звездной карты отняло много лет, но открытия астероидов после ее появления действительно участились. В 1845 г. «родилась» Астрея, затем в один год объявились Геба, Ирис и Флора, за ними Метида, Виктория, Эвномия, Мельпомена и т. д. – конца этим открытиям не предвиделось.

Если в 1852 г. было известно лишь 20 астероидов, то к 1870 г. число их достигло 109. С применением же для цели поисков астероидов фотографии их стали обнаруживать сотнями. Если первая четверка астероидов имела поперечники хотя бы в сотни километров, то теперь астрономам стали попадаться глыбы размерами в несколько десятков километров. Наименьшие же из обнаруженных астероидов имеют в поперечнике всего-навсего 1-2 км.

Из-за плохой погоды, чересчур быстрого перемещения и по другим причинам лишь небольшую часть из множества вновь открываемых астероидов удается наблюдать несколько раз. Для них вычисляются орбиты, такие астероиды получают номер и регистрируются в каталогах. Несмотря на многие трудности, число «учтенных» астероидов непрерывно растет. Вот данные об общем количестве зарегистрированных астероидов за три 50-летних периода:

На 1 ноября 1985 г. общее количество зарегистрированных астероидов достигло 3330.

До Великой Отечественной войны большой вклад в открытие новых астероидов внесли советские астрономы, работавшие в Симеизской обсерватории в Крыму. Они поддерживали тесный контакт с международным Центром по малым планетам, который находился в Германии. В послевоенное время этот Центр был перенесен в США и ныне работает при Смитсонианской астрофизической обсерватории. В СССР по поручению Международного астрономического союза вычислениями орбит астероидов занимается Институт теоретической астрономии АН СССР в Ленинграде.

Общее число малых планет в Солнечной системе не раз пытались более или менее достоверно оценить разные астрономы. У них различались исходные предположения, не сходились и ответы. Одно только роднило эти ответы: число малых планет всегда оказывалось чудовищно большим. По современным представлениям, вокруг Солнца обращается около одного млн астероидов, включая астероиды размером до 1 км. Подавляющее большинство этих «карманных планеток» не может наблюдаться с Земли ни при каких условиях. Но если бы из года в – год использовать для их поисков крупнейшие в мире телескопы, число зарегистрированных астероидов удалось бы, вероятно, довести тысяч до пятидесяти. Конечно же, те три с лишним тысячи объектов, которые занесены ныне в специальные каталоги, – это ничтожная доля процента, капля в океане крупных фрагментов, глыб и камней, обращающихся вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера.

Но и этого количества обнаруженных астероидов оказалось достаточно, чтобы установить некоторые важные закономерности.

Астероиды обращаются вокруг Солнца, двигаясь в ту же сторону, что и большие планеты, – против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса мира. Львиная доля их удалена от Солнца на расстояния от 2,3 до 3,3 астрономической единицы. Таким образом, планеты-карлики образуют между орбитами Марса и Юпитера широкое кольцо, или, как его иначе называют, «пояс астероидов». Среднее расстояние пояса астероидов от Солнца – 2,8 астрономической единицы – действительно соответствует той величине, которая предвычислялась до его открытия по правилу Тициуса-Боде.

Плотность астероидов внутри пояса неравномерна. Вначале астрономы не видели причин для беспокойства в том, что им практически не встречаются малые планеты с расстояниями от Солнца, например, в 2,50 или 2,84 астрономической единицы. Но в конце концов существование нескольких «провалов» в поясе астероидов стало очевидным. Объяснить их удалось воздействием гиганта Юпитера.

Согласно третьему закону Кеплера, расстояние планеты от Солнца и период ее обращения вокруг Солнца неразрывно связаны. Если период обращения малой планеты оказывался кратным периоду обращения Юпитера, то взаимное расположение Солнца, Юпитера и малой планеты систематически повторялось. Из-за огромной массы и близости Юпитера его так называемое возмущающее влияние на движение малой планеты было очень значительным и, систематически повторяясь одинаковым образом, приводило к тому, что малая планета сходила со своей первоначальной орбиты. Период ее обращения вокруг Солнца изменялся. Так исчезали малые планеты с периодами обращения в 1/2, 1/3, 2/5, 3/7 от периода обращения Юпитера. В связи с этим и появились в поясе астероидов пустые места, щели, которые называют «люками Кирквуда».

Возмущающее действие Юпитера привело не только к возникновению пустот в поясе астероидов, но и к возникновению там сгустков, семейств малых планет, движущихся по очень близким орбитам.

В 1906 г. были открыты две группы астероидов, движущихся по орбите Юпитера с тем же, что у Юпитера, периодом обращения вокруг Солнца. Они получили имена героев описанной Гомером в. «Илиаде» Троянской войны. На 60° впереди планеты движется группа «греков», на 60° позади – группа «защитников Трои». Каждая из групп астероидов-троянцев расположена в вершине равностороннего треугольника, в двух других вершинах которого находятся Юпитер и Солнце

С воздействием тяготения Юпитера связано существование знаменитой «троянской» группы астероидов. Эти астероиды движутся строго по орбите Юпитера, часть впереди, а часть позади него. Период обращения «троянцев» вокруг Солнца в точности совпадает с периодом обращения Юпитера.

Задолго до открытия «троянцев» один из создателей небесной механики Лагранж, занимаясь задачей взаимного притяжения трех тел, нашел любопытный частный случай. Он математически показал, что если вокруг тела A (например, Солнца) обращается значительно менее массивное тело B (например, Юпитер) и если по той же самой орбите тела B обращается вокруг А еще гораздо менее массивное тело C (например, астероид), то движение тела C по орбите тела В может длиться неопределенно долго при том важном условии, что тела A, B и C находятся в вершинах равностороннего треугольника. Такое движение оказывается устойчивым. Это значит, что если какая-либо внешняя сила попытается вывести малое тело C из занятой им «точки равновесия», то тотчас возникающее возмущающее притяжение более массивного тела B непременно станет толкать его обратно в исходное положение.

Лагранж указал на этот случай как на чисто теоретическую возможность, даже не предполагая встретить его в пределах Солнечной системы. Каково же было удовлетворение астрономов, когда они в начале XX в. неожиданно натолкнулись на подтверждение такого теоретического решения в природе.

Теперь известно уже более 20 крупных астероидов, которые движутся по орбите Юпитера в соответствии с решением Лагранжа. Большинству из них даны имена героев описанной Гомером в «Илиаде» Троянской войны. Поэтому и вся группа названа «троянцами».

Со времен Ольберса в литературе получила распространение точка зрения, что гигант Юпитер не только расчистил «люки Кирквуда», организовал семейства астероидов и увлек за собой группу «троянцев», но что именно он-то и является главным виновником самого факта возникновения пояса астероидов. Считалось, что кольцо астероидов может рассматриваться как след гибели пятой планеты Солнечной системы, раскрошенной и рассеянной по орбите мощным возмущающим притяжением гиганта Юпитера. Этой гипотетической планете дали даже собственное имя – Фаэтон.

По греческой мифологии, Фаэтон был одним из сыновей бога Солнца, но он был смертным. Фаэтон мечтал доказать приятелям свое родство с Гелиосом, и ему пришла в голову безумная мысль проехать по небу на огненной колеснице отца. Управлять же этой колесницей был в силах только сам Гелиос. В роковую минуту вырвал Фаэтон у отца клятву исполнить любое свое желание. И он попросил у Гелиоса его огненную колесницу. В ужасе проклял Гелиос свою уступчивость, но был вынужден исполнить клятву. Как стрела понесся Фаэтон по небу. Не сдержав коней, он упал и разбился насмерть.

Два – три десятилетия назад гипотеза о прискорбной участи планеты Фаэтон казалась более или менее убедительной. Однако сегодня астрономы начали питать к ней глубокий скептицизм.

Исследования последних лет выявили, что многие астероиды – удивительно темные тела, в связи с чем размеры их прежде сильно преуменьшались. Это имело следствием ошибочные оценки распределения астероидов по массам и их общего количества. Новые измерения свидетельствуют, что крупные астероиды по своим физическим характеристикам распадаются на две резко отличных одна от другой группы. «Светлые», или «углистые», астероиды в среднем имеют меньшие размеры, обогащены углеродом и роятся ближе к Солнцу, т. е. «предпочитают» внутреннюю кромку астероидного пояса. Более крупные астероиды, как правило, принадлежат к другой категории. Они темные, приближаются по составу к земным силикатным породам и сосредоточены у внешней границы кольца астероидов.

Эти данные как будто противоречат представлению о едином происхождении астероидов из раскрошенной планеты. Да и суммарная масса астероидов – по новейшим оценкам она достигает всего лишь 1/20 000 массы Земли – явно недостаточна, чтобы они могли некогда составлять «настоящую» полноценную планету.

Фаэтон – был он или не был – условное имя гипотетической планеты. Вы не встретите его в каталогах малых планет. Там помещаются данные не о гипотетических, а о реально открытых астероидах, которым для отличия их друг от друга присваиваются порядковые номера и собственные имена. По ранее существовавшей традиции имена эти были в подавляющем большинстве случаев женские, причем в женские имена переделываются и мужские фамилии, и названия городов. В последние десятилетия эта традиция не соблюдалась.

В честь Владимира Ильича Ленина астероид № 852 назван Владиленой. В память об известных ученых астероиды назывались Ольберсией, Пиаццией, Ломоносовой, Струвеаной, Бредихиной, Штернбергией. В честь городов получили свои названия астероиды Москва, Симеиза и многие другие.

Мужские имена первоначально закреплялись для отличия в особых случаях лишь за теми астероидами, которые обладают какими-либо уникальными свойствами.

В 1898 г. был открыт астероид Эрос (№ 433); он долгое время был единственным из известных астероидов, которые заходят далеко внутрь орбиты Марса. Потом были обнаружены другие астероиды, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. Некоторые из них заходят не только внутрь орбиты Марса, но даже внутрь орбит Венеры и Меркурия. Новых редкостных членов пояса астероидов назвали Ганимед, Амур, Аполлон, Адонис, Гермес.

Но самую широкую и шумную известность приобрел открытый в 1949 г. астероид Икар.

Икар обращается вокруг Солнца за 409 дней. Он имеет наименьшее из известных среднее расстояние от Солнца и, приближаясь к нему, заходит далеко внутрь орбиты Меркурия. Удаляясь от Солнца, Икар проходит очень близко от Земли.

Икар стал знаменит в связи со слухами о его возможном столкновении с Землей. Столкновение ожидалось летом 1968 г. Падкие на сенсации журналисты раздули выдуманную историю о том, что будто бы «США, Великобритания и СССР совместно обсуждают возможности использования какой-либо ядерной ракеты для того, чтобы предотвратить столкновение этого астероида с Землей».

Дебаты о том, что Икар упадет на наши головы, не имели под собой почвы. Шанс на столкновение Икара с Землей не составлял и одной Миллиардной. Как и было предвычислено, Икар благополучно миновал Землю на расстоянии свыше 7 млн км. Для примера вспомним, что астероид Гермес, не вызвав, однако, паники, подходил в 1937 г. к Земле на расстояние всего в 580 000 км, т. е. был от нас лишь в полтора раза дальше Луны.

Случай с Икаром очень интересен в психологическом плане. Если даже в наши дни, при всесторонне развитых средствах информации, когда люди читают газеты, слушают радио и смотрят телевидение, возможно распространение нелепых, противоречащих научным данным, но будоражащих весь мир слухов, нетрудно представить себе то чудовищное, подогретое суеверным страхом волнение умов, которое могло возникнуть в связи с необычными астрономическими событиями раньше, в былые столетия.

Отсутствие ясного представления об управляющих небесными явлениями процессах, небольшое число грамотных для своего времени специалистов, отсутствие достоверных сообщений, суеверия – все это в былые времена зачастую приводило к апокалиптическому ожиданию конца света, всяческих ужасов и бедствий.

Но может ли на самом деле астероид столкнуться с Землей? Да, может, подобно тому как может столкнуться с Землей метеорит.

В 1947 г. на территории СССР в западных отрогах Сихотэ-Алинского хребта упал огромный метеорит. На месте его падения экспедициями Академии наук СССР были собраны десятки тонн метеоритного вещества. При влете в земную атмосферу общий вес Сихотэ-Алинского метеорита, по подсчетам, превышал тысячу тонн. Поперечник его составлял несколько метров. Упавшего в Сихотэ-Алине «космического пришельца» вполне справедливо считают мелким астероидом. Но такие явления исключительно редки и не влекут за собой катастрофических последствий для Земли в целом.

Дальнейшее изучение астероидов в высшей степени важно. Астероиды – это наиболее крупная фракция межпланетной материи, размеры твердых частиц которой колеблются от сотен километров до нескольких микрометров. Каково все-таки происхождение этой межпланетной материи? Остатки ли это протопланетного вещества? Или же в наследство от первичного облака нам остались только мельчайшие частицы межпланетной материи, а астероиды – это действительно обломки раскрошенной Юпитером планеты, устроившим неподалеку от себя гигантскую «каменоломню Солнечной системы»?

На все подобного рода вопросы еще предстоит найти убедительные ответы.

 

Открытие на кончике пера

Время от времени ученые сталкиваются лицом к лицу с явлениями странными, из ряда вон выходящими, необъяснимыми. Именно изучение таких явлений обогащает науку новыми открытиями. Для объяснения необычных явлений выдвигаются новые гипотезы.

Всякая гипотеза хороша только тогда, когда из нее можно сделать выводы, теоретически предсказать чуть-чуть больше того, что уже известно из наблюдений. Гипотеза проверяется новыми фактами. И как удачно сказал академик Д. А. Белопольский: «Если гипотеза подтверждается – это приятно, если не подтверждается – это интересно». Если выводы из новой гипотезы не соответствуют новым наблюдениям, значит, она ошибочна и ей не суждено стать новым словом в науке. Но тогда открывается путь для новых поисков, в результате которых могут быть открыты совершенно новые процессы и явления. Рождаются другие гипотезы, и так повторяется до тех пор, пока не возникнет, наконец, такая гипотеза, которая объяснит все имеющиеся в наличии наблюдательные данные. Это уже не гипотеза, а новая теория.

Тем же путем входил в жизнь закон всемирного тяготения.

Ньютон высказал этот закон, сопоставив и сведя воедино разрозненные наблюдения и гипотезы своих предшественников. Он решился предать этот закон гласности, только проверив его на примере движения Луны. Новый закон нашел прекрасное подтверждение в споре о фигуре Земли.

И все-таки противники закона всемирного тяготения полностью не перевелись. Их возражения были разнообразными. Подвергался сомнению сам принцип взаимодействия на расстоянии без всякой передающей среды. Как это так – частицы материи ни с того ни с сего притягиваются друг к другу в пустоте? И их притяжение не зависит от первичной структуры тел? Разве могут притягиваться одинаковым образом тела, по своему строению рыхлые, неплотные, как, скажем, пробка и тела очень плотные, наподобие свинца и ртути? Использованные Ньютоном понятия сила и масса казались абстрактными, оторванными от реальной природы, надуманными. Критики закона всемирного тяготения часто указывали и на возможность ограниченности его применения. Он может быть справедлив для Земли, Марса, Юпитера, даже Сатурна. Но как знать, сохраняет ли этот закон силу и для еще больших расстояний?

Закон всемирного тяготения нуждался в надежной проверке. Нужны были свежие наблюдения, дополнительный фактический материал.

В 1781 г. неустанные наблюдения Вильяма Гершеля увенчались открытием нового члена Солнечной системы – «звезды Георга». Поначалу распространилось мнение самого Гершеля, что им обнаружена очередная комета; их к тому времени было известно довольно много. Но вскоре Ж. Сарон и А. И. Лексель – ученик Леонарда Эйлера, член Петербургской Академии наук, российский астроном и математик, известный исследователь комет – обнародовали результаты своих предварительных вычислений: новый небесный объект движется вокруг Солнца примерно по круговой орбите, радиус которой вдвое больше радиуса орбиты Сатурна. За восемьдесят с лишним лет «незнакомец» совершит полный оборот вокруг Солнца.

Гершель открыл не комету, а новую планету Солнечной системы – Уран. Этой планете и предстояло стать пробным камнем истинности закона всемирного тяготения.

Астрономы продолжали накапливать наблюдения и десятилетие за десятилетием выполняли точные предвычисления теоретической орбиты Урана. Однако наблюдения ясно говорили о том, что Уран «своевольничает»: настоящий Уран перемещается по небу чуть-чуть не так, как Уран теоретический – тот, который двигался бы в строгом соответствии с законом всемирного тяготения.

Уклонения от «законного» движения Урана были невелики, но из-за чего они появились? Или закон всемирного тяготения действительно не так уж строг и не годится для точного предсказания движений далеких планет? Или же существуют силы, которые слегка изменяют орбиту Урана, заставляют планету то немного отставать, то забегать вперед?

В 1825-1926 гг. Уран опередил свои расчетные положения примерно на 10''. Потом он стал как бы отставать, и его фактическое положение на небе сблизилось с теоретическим. Но не успели астрономы вздохнуть с облегчением и обрести душевный покой, как отставание Урана приняло катастрофический характер. В 1832 г. расхождение между данными теории и результатами наблюдений составляло почта 30'' и продолжало неуклонно возрастать на 6-7'' в год. К 1840 г. оно достигло 1,5' – величины вообще-то очень маленькой, но ощутимой, поскольку ошибки наблюдений во всяком случае не превышали 1'', да и теория, казалось бы, тоже обеспечивала такую точность.

Установленный факт настоятельно требовал объяснения. Для этой цели обсуждалось, по крайней мере, пять различных гипотез. Первая из них состояла в том, что Уран в своем движении испытывает тормозящее сопротивление среды, заполняющей межпланетное пространство. Но почему тогда такое же сопротивление не испытывают все остальные планеты Солнечной системы?

Другая гипотеза предполагала, что Уран обладает не известным еще науке массивным спутником, который и вызывает наблюдаемые отклонения. Но два спутника Урана были открыты еще в 1787 г. Расчеты показывали, что они не оказывают никакого ощутимого влияния на движение Урана. Чем же объяснить тогда, что гораздо более крупный спутник свыше полувека таинственно ускользает от бдительности наблюдателей?

Третья гипотеза была столь же неправдоподобной, как и две предыдущие. Она предполагала, что незадолго перед открытием Урана произошло его столкновение с кометой, в результате чего орбита этой планеты претерпела скачкообразное изменение. Однако вследствие чего в подобном случае отклонения в движении Урана носили характер колебаний; ведь он двигался то быстрее, то медленнее, чем предписывала теория.

Волей-неволей оставалось сосредоточиться на двух наиболее принципиальных гипотезах: либо закон всемирного тяготения несправедлив на больших расстояниях от Солнца, либо причиной странного поведения Урана является внешнее влияние от еще одной неизвестной планеты.

Мысль о существовании трансурановой планеты многим астрономам казалась очень заманчивой, – образно говоря, она носилась в воздухе. О трансурановой планете много говорилось и писалось. Однако мысль эта по-прежнему была не более чем догадкой, одной из нескольких допустимых гипотез. Покуда никто не решался взять на себя титанический вычислительный труд: отыскать гипотетическую планету с помощью только бумаги и чернил по крохотным уклонениям в движении Урана. А что если трансурановой планеты вовсе и не существует?

Но час настал. И за работу принялись сразу двое – люди разных национальностей, граждане разных стран, никогда не видевшие друг друга в глаза. Один не догадывался о существовании другого.

Первым был Джон Кауч Адамс, англичанин, 22 лет от роду, студент колледжа Св. Джона в Кембридже, любитель астрономии, вторым – Урбен Жан Жозеф Леверье, француз, опытный вычислитель с большим стажем, штатный математик Парижской обсерватории.

Адамс с детства увлекался головоломными вычислениями. В 16 лет, еще в школе, он поразил родных, самостоятельно предсказав момент начала солнечного затмения. Узнав о возможности путем вычислений найти новую планету, Адамс чрезвычайно увлекся этой идеей. Полный энтузиазма, он по окончании колледжа в 1843 г. целиком ушел в эту работу, отдавая ей все свободное время. Проверяя и перепроверяя вычисления, Адамс тратил на них год за годом.

Между тем математик Парижской обсерватории Леверье занимался обычными делами. Он изучал движение Меркурия, Венеры, вычислял орбиты вновь открытых комет. В 1845 г. его неожиданно вызвал к себе директор обсерватории Франсуа Араго. Директор прекрасно понимал исключительное значение открытия еще одной планеты Солнечной системы и считал, что упустить такой редкий случай было бы непростительной оплошностью. Араго указал Леверье на важность этой проблемы и просил его, приостановив все остальные работы, безотлагательно сосредоточиться на вычислении орбиты гипотетической трансурановой планеты.

Леверье сел за работу в начале лета 1845 г. Адамс к этому времени уже успел решить поставленную им самим задачу. В сентябре он подготовил доклад с предсказанием положения неизвестной планеты на небе 1 октября 1845 г. Он сделал все от него зависящее. Дальнейшее было игрой случая.

Дважды ездил Адамс в Лондон для встречи с королевским астрономом. И оба раза возвращался с пустыми руками: сэр Джордж Бидделл Эйри – тот самый королевский астроном, который сомневался в осуществимости кабельной связи через Атлантику, – в эти дни был в отлучке. Адамс оставил ему записку с изложением доклада и указанием места, где следует искать планету. Но записка была сухой и краткой, а Гринвичская обсерватория и без того завалена текущей работой. Королевский астроном не принял записку Адамса всерьез и оставил ее без последствий.

События продолжали идти своим чередом. Летом 1846 г. с окончательными результатами расчетов движений гипотетической планеты выступил в Парижской обсерватории Урбен Леверье. Научное содержание его работы по существу совпадало с работой Адамса. И тот и другой приняли одинаковые расстояния неизвестной планеты до Солнца – они вычислили его в соответствии с правилом Тициуса – Боде. Оба использовали схожие предположения о массе гипотетической планеты.

Как впоследствии выяснилось, вычисления Адамса были на редкость точными. И предсказание Леверье практически совпадало с тем, которое Адамс сделал раньше него на 8 месяцев.

Но судьба работ Адамса и Леверье оставалась несхожей.

Узнав о работе Парижской обсерватории, королевский астроном в Гринвиче поспешно отдал запоздалое распоряжение включиться в поиски новой планеты. Астрономы уподобились охотникам, напавшим, наконец, на верный след. Но что это были за медлительные охотники! Не торопились ни англичане, ни французы.

Конечно, сотрудники Парижской обсерватории заинтересовались докладом Леверье, но просили отложить начало наблюдений до тех пор, пока они детально не изучат выводов своего коллеги. Разве можно тратить драгоценное наблюдательное время на поиски впустую?

И тогда Леверье, сгоравший от нетерпения, взял инициативу в свои руки. 18 сентября он отправил письмо Иоганну Галле, наблюдателю Берлинской обсерватории. «…Направьте телескоп в созвездие Водолея, – призывал его Леверье, – в точку эклиптики с долготой 326°, и в пределах одного градуса от этого места Вы найдете новую планету. Она девятой звездной величины и имеет заметно различимый диск…»

Фортуна не переставала улыбаться Леверье. Незадолго перед описываемыми событиями Галле как раз получил несколько новых звездных карт. Одна из них относилась к созвездию Водолея и включала область, о которой писал Леверье.

Отчего же не попробовать, решил Галле, если нужные материалы все равно у тебя под рукой! И 23 сентября он направил свой телескоп в созвездие Водолея. В ту же ночь, 23 сентября, он нашел на небе объект, отсутствующий на звездной карте. То была восьмая планета Солнечной системы, которую впоследствии за ее зелено-голубую окраску назвали в честь римского бога морей Нептуном.

Леверье стал героем дня. Как сказал Араго, он открыл планету «на кончике пера».

Открытие Нептуна было в развитии астрономии грандиозным шагом вперед. Это был триумф всех точных наук XIX в. Это был великий триумф Исаака Ньютона и сформулированного им закона всемирного тяготения.

Через три десятилетия «бочка меда» Леверье была испорчена «ложкой дегтя». Используя уклонения в движении Меркурия точь-в-точь по той же схеме, какую подсказал ему некогда Араго, герой открытия Нептуна объявил о существовании инфрамеркуриальной планеты. По данным Леверье, новая планета, которую заранее окрестили Вулканом, должна была мелькнуть на диске Солнца 22 марта 1877 г. На этот раз многие астрономы, не сомневаясь в авторитете Леверье, без раздумий прильнули к окулярам. Увы, предсказание не оправдалось. Планеты между Меркурием и Солнцем в природе не нашлось. Как тонущий за соломинку, Леверье ухватился за одно-единственное ошибочное наблюдение и даже выхлопотал для «свидетеля» его правоты орден Почетного легиона. Но это, конечно, ничего не изменило. Планеты между Меркурием и Солнцем не было и нет.

Уклонения в движении Меркурия по своему характеру резко отличались от тех, по которым был открыт Нептун. Особенности орбиты Меркурия получили объяснение лишь полвека спустя в рамках общей теории относительности.

 

Планета ИКС

Нептун удален от Солнца в среднем на 4,5 млрд км. Это составляет 30 астрономических единиц и согласуется с правилом Тициуса-Боде совсем неважно. На один оборот вокруг Солнца Нептун затрачивает 165 лет.

Как мы уже рассказывали, первые зарисовки положения Нептуна среди звезд выполнил в 1612-1613 гг. Галилео Галилей, однако он принял планету за обычную слабенькую звезду, и открытие новой планеты задержалось на два с лишним столетия.

С открытием Нептуна – далекой трансурановой планеты – границы Солнечной системы раздвинулись для человечества почти вдвое. Сам собой на повестку дня встал следующий вопрос: а нельзя ли еще больше раздвинуть эти границы? Разве открытие Нептуна кладет конец надежде обнаружить еще более далекие – транснептуновые планеты? Откуда может возникнуть уверенность, будто Нептун и есть крайняя, последняя планета Солнечной системы?

Итак, за поиски? Нет, об этом не могло быть и речи.

По правилу Тициуса-Боде новая планета могла располагаться еще почти вдвое дальше от Солнца, чем Нептун. Даже в крупный телескоп она будет выглядеть слабенькой звездочкой, каких на небе многие десятки миллионов! На один оборот вокруг Солнца транснептуновая планета должна тратить лет 250-300. Это значит, что ее движение по небу среди звезд будет очень медленным. Выделить такой объект по его ничтожному смещению среди десятков миллионов обыкновенных слабых звезд? Не приходит ли вам в голову, что поиски иголки даже в самом большом стоге сена по сравнению с подобной задачей покажутся сущим пустяком? Искать транснептуновую планету без ясного плана по всему небу? Нет, это занятие совершенно беспредметное.

Предстояло каким-нибудь образом максимально сузить круг поисков.

Первой обсуждалась возможность пойти проторенной дорогой. Если бы, наблюдая Нептун, удалось установить неправильности в его движении, то можно было бы говорить и о вычислении положения транснептуновой планеты. Но такой путь требовал предварительно нескольких десятков лет систематических наблюдений движения Нептуна.

Представьте себе, что Нептун и гипотетическая транснептуновая планета разошлись в противоположные точки своих орбит, находятся по разные стороны от Солнца. В таком взаимном положении возмущающее притяжение транснептуновой планеты на Нептун будет исчезающе малым. Оно начнет постепенно возрастать по мере сближения обеих планет. Но при периодах обращения вокруг Солнца в сотни лет сближение планет будет происходить в течение многих десятков лет. Чтобы почувствовать неправильности в движении Нептуна, его надо систематически наблюдать на значительном отрезке орбиты, по крайней мере в течение 30-40 лет.

Другой возможный вариант сужения поисков транснептуновой планеты заключался в исследовании движения подходящих комет. Если бы комета проходила невдалеке от гипотетической транснептуновой планеты, то ее орбита под влиянием тяготения неизвестной планеты могла бы несколько измениться. Однако подходящие для этой цели кометы не попадались, да и этот метод тоже требовал большого времени.

Третья возможность оказалась довольно неожиданной. Выяснилось, что учет влияния Нептуна не исчерпывает всех неправильностей в движении Урана. Уран уклонился и от своего нового теоретического маршрута. Отклонения, правда, оказались теперь уже совсем едва заметными – в 60 раз меньше прежних. Но это был, образно говоря, кончик, и, ухватившись за него, отчего было не попробовать «выудить» еще одну планету!

Предсказаниями положения на небе возможного нового члена Солнечной системы занялись сразу несколько астрономов во Франции, Великобритании, США. Под названием Брахмы указал положение неизвестной планеты из довольно необычных соображений индийский астроном Кетакар. Но самыми горячими поборниками поисков новой планеты выступали американцы Уильям Генри Пикеринг и Персиваль Ловелл.

Мы уже имели не один случай заметить, какую огромную роль в развитии астрономической науки сыграли астрономы-любители. Астрономическими исследованиями занимались средневековые монахи, рыцари и аптекари, пивовары и музыканты. История астрономии богата примерами, когда вовсе не на долю специалистов-профессионалов, а именно на долю любителей выпадала честь выдающихся открытий, тонких наблюдений и обобщающих выводов.

Персиваль Ловелл тоже не был профессиональным астрономом. Судьба готовила ему ничем не примечательную карьеру преуспевающего бизнесмена. Он родился 13 марта 1855 г. в семье очень богатых родителей. Его отец был влиятельным банкиром, его дядя – министром Соединенных Штатов. В этих условиях юный Ловелл мог скорее всего стать либо чванливым прожигателем жизни, либо посвятить свои дни управлению отцовским имуществом.

С блеском окончив аристократический Гарвардский университет, Ловелл действительно испытал силы в управлении хлопчатобумажными фабриками, банками и электрическими компаниями. Такое занятие пришлось ему, однако, не по вкусу: в нем жил ученый, в его душе теснились восторженные воспоминания о наблюдениях с небольшим телескопом, которые он мальчишкой вел с крыши отцовского дома.

Ловелл уезжает за границу и долгие годы путешествует по свету, живет в Японии и в Корее, изучает чужой язык и чужие нравы, выполняет различные дипломатические поручения. К 38 годам в нем созревает, наконец, твердая уверенность, что астрономия является его главным и истинным призванием. Ловелл чувствует, что он призван продолжить те многообещающие наблюдения планет, которые успешно начал итальянец Скиапарелли.

Скиапарелли исследовал каналы Марса. Ловелл верит наблюдениям Скиапарелли, верит в возможность жизни на Марсе. Человек широко образованный, математик, бизнесмен и путешественник, Ловелл ставит дело на широкую ногу. Он ищет место для новой обсерватории, рассчитанной специально для наблюдений планет. Ловелл ищет повсюду: и в Альпах, и в горах Алжира, и в Мексике, и в Калифорнии. В конце концов он останавливает свой выбор на вершине высотой в 2100 м над уровнем моря в штате Аризона, неподалеку от города Флагстаффа. Ловелл зовет эту вершину «Марс Хилл» – «Холм Марса». Здесь, в сосновом лесу, он устанавливает телескопы и начинает систематические наблюдения марсианской поверхности.

Скиапарелли увидел на Марсе 113 каналов. Ловелл довел их число до 700. Отсюда, с «марсианского холма», он начал великий спор о существовании на Марсе разумной жизни.

Превосходные наблюдения Марса принесли Ловеллу и его Флагстаффской обсерватории широкую известность. Флагстафф становится центром планетных исследований. Ловелл неуклонно расширяет круг своих интересов. Он включается в поиски транс-нептуновой планеты, в поиски «планеты Икс».

В 1905 г. Ловелл публикует прогноз предполагаемого положения планеты Икс на небе. Он повторяет путь Адамса и Леверье: по малым остаточным уклонениям в движении Урана предвычисляет положение и вид девятой планеты Солнечной системы. Однако поиски новой планеты никак не ведут к цели. Десятки раз обнаруживает Ловелл на фотографиях перемещающиеся объекты, но каждый раз эти объекты оказываются очередными астероидами.

Трудность стоявшей перед Ловеллом задачи намного превосходит трудность открытия Нептуна. Ведь по расчетам планета Икс должна была выглядеть в 100 раз слабее Нептуна. Похожих на нее звезд, даже в сравнительно небольшой области поисков, насчитываются многие миллионы. Представьте себе огромный театральный зал, на полу которого рассыпаны в хаотическом беспорядке миллионы крохотных бусинок. А вы, забравшись на галерею, ставите себе целью найти одну из этих бусинок, очень медленно перемещающуюся среди остальных. Да, в такой ситуации очень трудно уповать на везение, на счастливую случайность.

Десять лет Персиваль Ловелл со своими помощниками неутомимо ищет в небесах новую планету. Время от времени он откладывает наблюдения и вновь принимается за вычисления, стараясь привлечь уже не только данные о движении Урана, но и накапливающиеся данные о движении Нептуна. Планета Икс должна быть обнаружена в созвездии Близнецов – Ловелл не сомневается в этом. Энергия ученого по-прежнему неиссякаема, но здоровье его уже расшатано бессонными ночами и постоянным нервным перенапряжением.

В 1916 г. Ловелл внезапно умирает от разрыва сердца. Его хоронят, по завещанию, среди сосен на вершине Марс Хилла, у телескопов, где он наблюдал каналы Марса и охотился за планетой Икс.

Три года спустя Уильям Пикеринг, один из ведущих астрономов Соединенных Штатов, подтверждает расчеты Ловелла. «…Я полагаю, – заявляет он, – что планета Икс медленно пересекает созвездие Близнецов, где и будет обнаружена». На созвездие Близнецов нацеливается огромный фотографический инструмент горной обсерватории Маунт Вилсон. Однако наблюдения вновь не приносят результата. Пройдет более 10 лет, прежде чем выяснится, что изображение сфотографированной во время этих поисков планеты Икс попало на крохотный дефект фотопластинки. Пятнышко в фотоэмульсии совпало с едва видимым диском планеты. Открытие планеты Икс не состоялось.

В 1929 г. вновь включается в поиски оборудованная новым инструментом планетная обсерватория Ловелла близ Флагстаффа. На деньги брата Персиваля Ловелла здесь устанавливается первоклассный фотографический телескоп. Одновременно судьба посылает на обсерваторию еще одного усидчивого любителя астрономии. Его звали Клайд Томбо. В 1929 г. ему исполнилось 23 года. Он был сыном бедного фермера, старшим из пятерых детей. Скудные средства родителей не позволяли Клайду даже мечтать о высшем образовании. Едва он кончил школу, как должен был всецело заняться помощью отцу на ферме.

Клайд увлекся астрономией с 12 лет. Он запоем читал астрономические книжки. Денег на телескоп у него, разумеется, не было. Поэтому он стал осваивать постройку телескопа собственными руками. Это занятие поглощало все его свободное время. Он искал подручные материалы. Он рыл погреб и приспосабливал его под мастерскую для шлифовки стекол. Он делал трубу для телескопа из досок, а потом пускал в ход части старого молочного сепаратора и соломоразбрасывателя.

В конце концов Клайд Томбо научился строить неплохие телескопы. Темными безлунными ночами, не ведая усталости, он делал зарисовки Юпитера и Марса. Он набрался смелости узнать мнение о своих зарисовках настоящих астрономов, специалистов по планетам. Он отослал их во Флагстафф.

Ответ был кратким и деловым. Юного Томбо приглашали на работу в обсерваторию.

Отец и мать пошли навстречу заветной мечте старшего сына. Родители наскребли ему денег на билет до Флагстаффа. Денег на обратную дорогу у Клайда при себе не было.

В 1929 г. Клайд Томбо приступил к работе астронома-наблюдателя на новом фотографическом телескопе Ловелловской обсерватории, предназначенном специально для поисков транснептуновой планеты. Трудно описать, сколь кропотливой, однообразной и тяжелой была эта работа.

Клайду Томбо поручили фотографировать звездное небо и исследовать полученные фотопластинки. Последнее и было самой монотонной, трудоемкой и утомительной частью дела.

Всю зону поисков Клайд разделил на маленькие участки. Каждый участок неба он фотографировал трижды, с перерывами в две-три ночи. На одной фотопластинке получалось у него в среднем по 160 тысяч точек – изображений звезд. И ему предстояло найти то единственное слабое изображение, которое за две-три ночи едва заметно сместилось относительно остальных «неподвижных» звезд.

Для поисков неуловимой планеты Икс Клайду служил прибор под названием блинк-компаратор. В прибор помещались две последовательно полученные пластинки одного и того же участка неба. С помощью перекидывающегося зеркальца наблюдатель мог видеть в микроскоп блинк-компаратора попеременно одну из двух заложенных пластинок – поочередно то левую, то правую. Он должен был добиться такого расположения пластинок в приборе, чтобы изображения одних и тех же звезд слились воедино. Тогда при перекидывании зеркальца все изображения оставались на месте. Если же какое-нибудь изображение на одной из пластинок оказывалось смещенным, то при перекидывании зеркальца блинк-компаратора оно начинало «прыгать».

Чтобы отыскать планету Икс, Клайду Томбо необходимо было одно за другим просматривать с помощью блинк-компаратора все изображения на каждой паре пластинок. Иногда он сталкивался с дефектами фотоэмульсии. Тогда ему приходилось пускать в ход третью, контрольную фотопластинку того же участка неба.

Просматривая фотопластинки, Клайд многократно открывал движущиеся изображения, но все это были очень быстро смещающиеся объекты, и вычисления показывали, что он натолкнулся на очередной астероид.

Томбо работал по семь дней в неделю, без выходных. Днем каждый день, без исключений, он сидел за блинк-компаратором. Свободными могли случайно оказаться некоторые ночи, когда из-за плохой погоды он лишался возможности фотографировать небо. С течением времени работа становилась все более трудоемкой, поскольку в поисках планеты Икс Томбо приближался к полосе Млечного Пути. И здесь число слабых звезд стало заметно повышаться, доходя до 400 тысяч на каждой из пластинок.

В «Сказках об Италии» Максима Горького есть скупая и очень точная характеристика Христофора Колумба. Горький говорит, что Колумб – мечтатель, «который много пострадал за то, что верил, и победил потому, что верил». В таком же положении мечтателя, который верил, оказался Клайд Томбо.

Его работа длилась уже целый год. Он просмотрел с помощью блинк-компаратора миллионы звездных изображений. Сотни тысяч раз он наталкивался на «дрожания» изображений, которые вызывались преимущественно фотографическими дефектами. Но ведь каждая из этих ложных «планет» требовала дополнительной проверки на третьей пластинке. Многие смеялись над работой Клайда, считая всю эту затею с поисками планеты Икс пустой тратой времени. Шансы на успех казались равными нулю.

И однако Клайд обнаружил планету Икс. Сообщение об этом открытии было сделано 13 марта 1930 г., в 75-летнюю годовщину со дня рождения Персиваля Ловелла.

Сотрудники Ловелловской обсерватории долго ломали голову, как им назвать вновь открытую девятую планету Солнечной системы. И они пришли в восторг от идеи, которую случайно подала в разговоре одиннадцатилетняя девочка. Новую планету назвали именем греческого бога подземного царства Плутона. Таким образом, во-первых, не нарушалась традиция в наименовании планет, во-вторых, название очень подходило для последней из известных планет и, в-третьих, первые буквы названия были инициалами организатора поисков планеты Икс основателя обсерватории Персиваля Ловелла.

Уильям Пикеринг противится тому, что вся слава предсказания новой планеты приходится на долю Персиваля Ловелла. И он успокаивается только тогда, когда ему в голову приходит замечательная мысль: две первые буквы ПЛ в названии нового члена Солнечной системы и его астрономический знак надо расшифровывать не как Персиваль Ловелл, а как Пикеринг-Ловелл.

Прошли годы, и новые исследования по небесной механике внесли в историю открытия Плутона еще один любопытный штрих. И расчеты Персиваля Ловелла, и все последующие прогнозы положения на небе планеты Икс оказались ошибочными. Из неправильностей в движении Урана вывести орбиту планеты Икс было вообще невозможно – Плутон оказался на теоретически предсказанном месте в созвездии Близнецов совершенно случайно. Но важно, что такой счастливый случай выпадает лишь на долю тех, кто неустанно работает.

На долю Клайда Томбо действительно выпал счастливый случай. Выпал только потому, что он без устали, не щадя сил и времени, искал новую планету. А если бы он не искал ее, сидел бы сложа руки, то такого счастливого случая в его жизни и не произошло бы.

Как выяснилось, наиболее точный прогноз положения транснептуновой планеты опубликовал в 1911 г. астроном из Индии Кетакар. Прогноз выглядел недостаточно доказательным, и на него, к сожалению, не обратили серьезного внимания. До своей смерти в августе 1930 г. Кетакар несколько лет тяжело болел и уже не имел возможности узнать об открытии Плутона.

Орбита Плутона оказалась очень странной и вовсе не подчиняющейся правилу Тициуса-Боде. Она вытянута настолько сильно, что временами Плутон движется даже внутри орбиты Нептуна. Такое явление как раз наблюдается в период с 1979 по 1999 гг. Эти странные обстоятельства наводили даже кое-кого из астрономов на мысль, что Плутон – не настоящая планета, а получивший некогда самостоятельность один из спутников Нептуна.

Особенности движения Плутона со всей остротой подчеркнули важность решения центральной проблемы небесной механики – проблемы устойчивости Солнечной системы. Какова дальнейшая судьба Солнечной системы? Действительно ли планеты Солнечной системы испытывают на себе лишь небольшие взаимные возмущения, оставаясь на своих местах в течение сотен миллионов и миллиардов лет, или же положения их подвержены неуклонным систематическим изменениям, так что по прошествии некоторого времени картина Солнечной системы может неузнаваемо измениться? Проблема устойчивости Солнечной системы в общем ее виде остается пока для небесной механики неразрешимой.

После открытия Плутона Томбо получил стипендию и окончил университет. Всю последующую жизнь он посвятил систематическому обследованию звездного неба. С начала тридцатых до сороковых годов он провел у блинк-компаратора 7000 часов и просмотрел десятки миллионов изображений. Чего только он не находил на фотопластинках: сотни новых астероидов, около двух тысяч переменных звезд, он наталкивался на десятки тысяч галактик. Не было только среди его открытий ни одной новой планеты.

В 1956 г. маститый профессор астрономии из университета штата Нью-Мексико Клайд Томбо тряхнул стариной и осуществил еще один важный проект поисков гипотетического слабого небесного светила. Это было время – еще до запуска первого в мире искусственного спутника Земли – когда в связи с достижениями ракетной техники в научных кругах разных стран оживленно обсуждалась степень реальности в ближайшем будущем длительных космических полетов, в том числе полетов на Луну. А что если в окололунном пространстве незаметно для самых опытных глаз, вблизи от яркого диска Луны, прячется один или даже несколько ее спутников? Не станут ли эти спутники, если они, паче чаяния, существуют, серьезным препятствием для полетов на Луну?

Профессор Томбо и его помощники, после тщательной подготовки, провели на трех телескопах Ловелловской обсерватории многократное фотографирование окололунного пространства во время полного лунного затмения в ночь с 17 на 18 ноября 1956 г. Затем последовали так хорошо знакомые Томбо десятки часов кропотливых поисков за окуляром блинк-компаратора. Ответ – как и при поисках трансплутоновой планеты – оказался отрицательным. По оценкам Томбо, примененная им методика гарантировала обнаружение в окрестностях Луны любого, даже очень темного тела с поперечником более 30 метров. Таких спутников у Луны не оказалось. Но ведь и отрицательный ответ для развития науки – ответ, тоже имеющий огромное значение.

Отсутствие у Луны своих естественных спутников, на которое указал профессор Томбо, полностью подтвердилось в дальнейшем при выполнении многочисленных космических экспериментов. Но, возвращаясь к теме нашего раздела, что же можно сказать сегодня о новых планетах Солнечной системы? Может ли существовать десятая – трансплутоновая – планета? Да, может. Но искать ее следует среди объектов слабее 16-17-й звездной величины – такой ответ дали работы Клайда Томбо.

Для поисков трансплутоновой планеты требуются гораздо более крупные телескопы, чем тот, который был в распоряжении Томбо. А чем крупнее телескоп, тем меньший участок неба попадает в его поле зрения и тем более трудной становится задача систематического обзора неба. Если использовать для такой работы, например, 2,5-метровый телескоп, то на фотографирование одного только пояса зодиака понадобится 100 лет непрерывной работы в каждую безлунную ночь. Пока такая задача представляется для астрономов непосильной.

Теоретические предсказания трансплутоновой планеты, как правило, основываются на анализе древних и современных наблюдений кометы Галлея. Орбита этой кометы сильно вытянута, и в отдалении от Солнца – в афелии – комета Галлея может испытывать на себе возмущающее действие трансплутоновой планеты. Годятся для поисков новой планеты и другие кометы с большим периодом обращения вокруг Солнца. Исследования в этом направлении до последнего времени выполнялись неоднократно.

Один из прогнозов положения трансплутоновой планеты, названной им по имени великого индуистского бога-охранителя Вишну, принадлежит уже упоминавшемуся астроному из Индии Шри Венкатеша Кетакару. Еще в 1911 г. он считал, что планета находится на расстояии около 60 астрономических единиц от Солнца, обращается с периодом 458 лет и на 1 января 1911 г. имеет среднюю долготу 289°25’42’’.

Справедлив ли этот прогноз настолько же, насколько оказался точным прогноз Кетакара в отношении Плутона, покажет будущее. Наука не стоит на месте. Безусловно, будут найдены новые методы поисков удаленных тел Солнечной системы, и трансплутоновые планеты – если только они вообще существуют – будут обнаружены. Обнадеживающие косвенные свидетельства поступили в научную литературу уже сегодня: их дал анализ возмущений в движении по Солнечной системе запущенной в 1972 г. автоматической станции «Пионер-10». По предварительным оценкам после 15 лет полета «Пионера» масса десятой планеты может оказаться в 5 раз больше земной, а орбита иметь значительный эксцентриситет. Косвенные данные, конечно, никак не заменяют прямого подтверждения, но, возможно, что открытие десятой планеты теперь уже не за горами.

 

Призрачные великаны

Помимо больших планет, их спутников и малых планет – астероидов, в семью Солнца входят еще и «хвостатые чудовища» – кометы.

«Комета» – слово греческое, в переводе на русский язык значит «волосатая». Люди обратили внимание на кометы уже в незапамятные времена. Да и как было не заметить зрелища столь редкостного и ужасающего, пострашнее любого солнечного затмения: восходит в ночи неведомое туманное светило, вечер от вечера оно неудержимо разгорается, разбухает и в конце концов может блистать настолько ярко, что затмевает даже царицу ночи Луну. А из недр незваной гостьи вырывается наружу и охватывает небосвод бледный косматый хвост!

По сравнению с остальными упорядоченно расположенными членами Солнечной системы, даже по сравнению с астероидами, многие кометы кажутся, можно сказать, «беспризорными».

Орбиты комет выделяются среди орбит других известных небесных тел. В большинстве случаев они представляют собой очень сильно вытянутые эллипсы. Ближайшие к Солнцу точки кометных орбит чаще всего лежат внутри орбиты Меркурия. А на обратном пути, удаляясь от Солнца, кометы обычно выходят далеко за орбиту Сатурна.

Эллипс, хотя бы и сильно вытянутый, – это замкнутая кривая. Кометы, движущиеся по эллипсам, уходят от Солнца, но рано или поздно вновь возвращаются. Однако существуют и такие кометы, которые движутся по незамкнутым кривым: параболам или гиперболам. Никто до сих пор с уверенностью не знает, откуда они приходят. Неожиданно появившись, проносятся они мимо Солнца и вновь скрываются с глаз земных наблюдателей, навечно покидая пределы Солнечной системы.

В течение тысячелетий вообще все кометы – а древние вавилоняне, индусы, египтяне, китайцы, армяне, греческие хронисты и русские летописцы до изобретения телескопа оставили нам память о появлениях примерно 400 комет – относили именно к разряду такого рода пришельцев: неизвестно было, откуда они приходят, неизвестно – куда исчезают. Только Эдмонд Галлей, известный нам близкий друг Ньютона, в конце XVII в. впервые высказал догадку о периодическом возвращении к Солнцу одной и той же кометы.

Сам Галлей наблюдал эту комету в 1682 г. Переворошив тома старинных хроник и рукописей, Галлей собрал воедино сведения о наблюдениях всех ярких комет за предшествующие 350 лет. При сравнении особенностей появления комет в прежние годы у него окрепла уверенность, что виденную им самим комету до него наблюдали уже дважды. Она возвращается к Солнцу примерно через каждые 76 лет.

Галлей предсказал, что очередное появление этой кометы может произойти около 1758 г. Закон всемирного тяготения к этому времени уже получил в Европе повсеместное признание, и французские астрономы почувствовали в себе силы предвычислить момент ее возвращения к Солнцу с «астрономической точностью». За дело взялись Клеро и Лаланд, которые вывели необходимые алгебраические формулы. А огромную вычислительную работу выполнила вручную (рождения быстродействующих электронно-вычислительных машин оставалось ждать еще двести лет) обаятельная госпожа Лепот – жена известного парижского механика и часовщика. Она изучала естественные науки, много занималась философией, математикой и была достойной дочерью века, который получил название «века просвещения».

С именем госпожи Лепот связана красивая легенда, которую неосмотрительно подхватил Камиль Фламмарион, после чего она стала переходить из книги в книгу, обрастая подробностями. Будто бы один из французских путешественников-натуралистов вывез в ту пору из стран Востока скромный цветок, который в честь прославленной вычислительницы он назвал лепотией. Некоторое время спустя, когда цветок прижился в европейском климате, его переименовали в гортензию. Однако, памятуя о том, что цветок был первоначально назван в честь мадам Лепот, легенда утверждала, что Гортензия – одно из имен неутомимой труженицы. Именно такую версию повторял и автор настоящей книги в ее первом издании. Однако красивая легенда, к сожалению, не соответствует фактам. Памятником госпоже Лепот остался не цветок гортензия, а ее безошибочный математический прогноз. Предвиденная Галлеем яркая комета – впоследствии ее справедливо назвали кометой Галлея – действительно засияла на земном небосводе в тот самый срок, который уточнила для нее мадам Лепот. Комета появилась как хороший поезд без нарушения «графика», в точности по составленному для нее «расписанию». То было очередной значительной победой закона всемирного тяготения.

Семидесятиметровый холщовый гобелен из Байе рассказывает о завоевании Англии норманнами. На нем самое раннее в Европе изображение кометы Галлея, запечатленное теми, кто видел ее воочию. Король Гарольд сидит на троне в предчувствии беды, а люди следят за кометой Галлея, появившейся незадолго до битвы при Гастингсе, весной 1066 г. Надпись поясняет: «Они дивятся звезде»

К какому времени относят историки астрономии первые достоверные наблюдения кометы Галлея? Китайские астрономы настаивают, что победоносный царь By отметил ее появление в 1057 г. до н. э. Они считают, что описания комет 613, 466, 240 и 164 гг. до н. э. также относятся именно к комете Галлея, но все эти отождествления до сих пор остаются спорными. Специалисты сходятся лишь на том, что бесспорно о комете Галлея идет речь в сообщении из книги времен ханьской династии «Очертания вселенского зеркала»; эти наблюдения выполнены в августе – сентябре 87 г. до н. э. Если принять такую дату за исходную, то, следовательно, исторические документы свидетельствуют о наблюдениях кометы Галлея при 27 ее приближениях к Солнцу. В последний раз ее прохождение близ Солнца произошло 9 февраля 1986 г. Через 2 месяца, 11 апреля, комета более всего приблизилась к Земле – их разделяло в этот момент 60 млн км. Все эти величины были предвычислены за 5 лет до появления кометы.

Астрономы в шутку называют кометы «видимой пустотой». Хотя земным наблюдателям они и кажутся иногда чудовищно громадными, массивными телами, на самом деле массы их исчезающе малы.

Уходя далеко от Солнца, кометы попадают в зоны низких температур, где даже газы сжижаются и затвердевают. Тело кометы – это смерзшиеся обломки камней, пыль, грязь, лед, молекулы газов. Когда комета, двигаясь по своей сильно вытянутой орбите, начинает приближаться к Солнцу, составляющие ее вещества частично испаряются. Голова кометы за счет этого расширяется и может превзойти по размерам даже Солнце. А за головой кометы вырастает длиннейший хвост, направленный всегда в сторону от Солнца. Таким образом, когда комета, обогнув Солнце, отправляется в обратный путь, она как бы пятится хвостом вперед.

Длина кометных хвостов в иных случаях в несколько раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Но хвосты комет настолько разрежены, «пусты», что через них можно наблюдать все звезды. Когда комета оказывается между Землей и Солнцем, то на диске Солнца не заметно ни малейшего потемнения.

Исследователи комет с благодарностью вспоминают большой вклад, который внес в XIX в. в изучение кометных форм Ф. А. Бредихин, один из директоров Пулковской обсерватории. Высшая награда Академии наук СССР за выдающиеся работы по астрономии носит название медали имени Ф. А. Бредихина. В 1981 г. близ города Заволжска Ивановской области в бывшем имении астронома открыт общественный музей Ф. А. Бредихина. Это первый в РСФСР музей, посвященный жизни и деятельности ученого-астронома. В 1983 г. в музее прошли первые Бредихинские чтения, на которых большое внимание было уделено современному состоянию кометных исследований.

Ф. А. Бредихин дал подробную классификацию кометных хвостов и указал на причины, по которым они возникают. Идеи Бредихина нашли подтверждение в тончайших по технике исполнения опытах П. Н. Лебедева, замечательного руского физика, который впервые экспериментально обнаружил давление света.

Оказалось, что свет обладает свойством чисто механически давить на всякую поверхность, точно так же как давит на любой предмет порыв ветра. Именно давление света могло привести в свое время к выметанию легких частиц из близких к Солнцу областей протопланетного облака. Именно давление света наряду с некоторыми другими факторами и формирует «невесомые» кометные хвосты, заставляя их всегда располагаться в противоположном от Солнца направлении.

Комета Беннета, сфотографированная в ночь со 2 на 3 апреля 1970 г. в Абастуманской астрофизической обсерватории АН Грузинской ССР

Яркая комета – одно из красивейших небесных явлений. Ни летописцы, ни астрологи, ни писатели никогда не упускали случая дать описание этого на редкость своеобразного зрелища. Оно заставляет вспомнить о разнообразии и величественности окружающего нас мира, наводит на размышления.

В «Войне и мире» Льва Толстого Пьер Безухов едет по темной полуночной Москве и рассматривает комету накануне Отечественной войны 1812 г.

«…При въезде на Арбатскую площадь огромное пространство звездного неба открылось глазам Пьера. Почти в середине этого неба над Пречистенским бульваром, окруженная, обсыпанная со всех сторон звездами… стояла огромная яркая комета… Пьер радостно, мокрыми от слез глазами, смотрел на эту светлую звезду, которая как будто, с невыразимою быстротой пролетев неизмеримые пространства по параболической линии, вдруг, как вонзившаяся стрела в землю, влепилась тут в одно избранное ею место на черном небе и остановилась, энергично подняв кверху хвост, светясь и играя своим белым светом между бесчисленными другими мерцающими звездами…»

Это была знаменитая комета 1811 г., «которая предвещала, как говорили, всякие ужасы и конец света».

Вид огромных кометных хвостов действительно издавна внушал людям суеверный трепет. В кометах видели «вестников божьего гнева», грозные небесные знамения, которые предрекают отдельным людям и целым народам нашествия врагов, моровые поветрия, кровавые междоусобицы, неурожаи, пожары, наводнения и всяческие другие несчастья.

Одна из ярких комет появилась на небосклоне Древнего Рима в 44 г. до н. э. спустя несколько дней после убийства Юлия Цезаря. Римляне полагали, что sidus Julium – светило Юлия – возвещает о вознесении усопшего императора на небо. «… Среди других божественных знаков, – повествует Плутарх, – была также великая комета; она сверкала очень ярко в течение семи ночей после убийства Цезаря, потом исчезла…». «…Во всяком случае, – вторит Плутарху древнеримский историк Светоний, – когда во время игр… в честь его обожествления… хвостатая звезда сияла в небе семь ночей подряд, появляясь около одиннадцатого часа, то все поверили, что это душа Цезаря, вознесенного на небо. Вот почему изображается он со звездою над головой». Об этой комете сочли необходимым упомянуть Сенека, Плиний Старший и многие другие римские авторы. Ее изображение помещено на нескольких монетах эпохи Октавиана Августа, преемника Цезаря.

Воображение людей рисовало в связи с кометами удручающие сцены. «…Сотни людей видели ее, – повествует французский очевидец кометы 1527 г., – и всем она казалась кровавого одета и длинной. На вершине ее различали согнутую руку, держащую тяжелый меч и как бы стремящуюся им поразить… По обеим сторонам от лучей кометы видели множество, секир, кинжалов и окровавленных шпаг, среди которых множество отрубленных голов со взъерошенными волосами и бородами…»

Комета 1527 г. по представлениям современников

С очередным возвращением кометы Галлея в 1910 г. русское духовенство в городе Самаре (теперь Куйбышев) раздавало особое заклинание: «…Ты черт, сатана… Не притворяйся звездой небесной. Не обмануть тебе православных, не спрятать хвостища богомерзкого, ибо нет хвоста у звезд господних… Свирепая, змеища лютая, хвостища поганая… Обмокни хвост в реку огненную, да почернеет он, да опалится он, да изжарится…»

Уже в XIX в. вера в «дурное влияние» комет начала ослабевать. Но даже ученых еще несколько пугала мысль о последствиях возможного соприкосновения Земли с хвостом кометы. Из-за чрезвычайной разреженности вещества в хвосте кометы такое соприкосновение, однако, опасности не представляет.

В 1910 г., когда самарское духовенство проклинало богомерзкий хвостище, в ночь с 18 на 19 мая Земля прошла через хвост кометы Галлея. Если бы астрономы не предупредили об этом, то, наверное, никто бы ничего и не заметил.

Теперь астрономы в подавляющем большинстве случаев уверенно предсказывают появление старых, уже наблюдавшихся ранее комет. Они теряют их только тогда, когда кометы распадаются на части и становятся невидимыми. Так бывало уже много раз: кометы рассыпались на части даже на глазах земных наблюдателей.

Теоретические расчеты показали, что на периферии Солнечной системы – на огромных удалениях в 150 тысяч астрономических единиц – должен существовать неистощимый запас осколков допланетного вещества, т. е. кометных ядер со средними размерами в несколько километров. Это предполагаемое «кометное облако» Солнечной системы носит название облака Эпика-Оорта по имени теоретически исследовавших его астрономов. Британский журналист окрестил его сокращенным названием: ЭОО.

В 1980 г. опубликована идея лауреата Нобелевской премии физика Л. Альвареса, Ф. Азаро и Э. Мишель, что массовое вымирание динозавров в конце мелового периода (65 миллионов лет назад) связано с ударом в Землю кометы или астероида. Основание для такого предположения: повышенная концентрация металла иридия в тончайшем геологическом слое, отделяющем меловой период от следующего за ним третичного. Иридий редок на Земле, но в гораздо больших концентрациях встречается в составе комет и астероидов. Авторы полагали, что при столкновении Земли с кометой или астероидом в воздух было поднято такое количество пыли, которое надолго погрузило поверхность Земли в сумерки и резко изменило на планете климатические условия. Это-то, по их мысли, и привело к массовому вымиранию динозавров и некоторых других видов животных.

Страница старинной русской книги с изображением небесного знамения в Смоленске: «… а стояла оно я камета в полскую сторону»

Идея Л. Альвареса и его соавторов получила косвенное подтверждение в палеонтологическом анализе всех прочих массовых вымираний живых организмов на Земле, что случалось не раз. Обнаружено, что массовые вымирания повторялись с периодичностью в 26-28 млн лет. По геологическим данным с близкой периодичностью наступали на Земле пики активности в образовании кратеров, причем для последних ста млн лет отмечается полная синхронность этих двух процессов; массовое вымирание живых организмов и «ливни комет», порождающие кратеры, происходили за 38, 65 и 91 млн лет до наших дней.

Невольно напрашивается вопрос: не существует ли постоянной причины, которая каждые 26-28 млн лет воздействует на облако Эпика-Оорта и порождает «ливни комет». И вот вам пример, как «выпекаются» гипотезы. Нужна причина? Пожалуйста! Прохождение звезды. Допускаем, что у Солнца есть темный спутник – звезда, движущаяся вокруг Солнца по очень вытянутой орбите с периодом 26-28 млн лет. Приближаясь к Солнцу, этот спутник выбивает из ЭОО множество комет, которые устремляются к центру Солнечной системы; некоторые из них попадают в Землю. Все, о чем мы сказали сейчас, пока что умозрительные догадки. Но теоретически вычислена масса невидимого спутника Солнца: от 1/3 до 1/12 солнечных масс. Ему придумано название Немезида – в честь древнегреческой богини возмездия. И даже начались его поиски на небе.

Далеко не все астрономы согласны с существованием Немезиды и приводят серьезные возражения против изложенных выше взглядов. Вместе с тем, наличие ЭОО на сегодня как будто общепризнано, и есть смысл продолжать анализ возможных причин регулярных всплесков «кометных ливней».

Кометы – хрупкие, недолговечные светила. «Смерть» их заключается в очень медленном, постепенном рассеивании вещества по всей орбите. Плотность такого роя вещества становится настолько ничтожной, что он уже не светится в солнечных лучах.

Кометы – еще в большей степени, чем астероиды, – могут помочь раскрыть тайну происхождения Солнечной системы. Почему возникли и блуждают среди планет эти призрачные великаны? Что это – остатки протопланетного вещества? Или встреченные и притянутые Солнцем межзвездные образования?

Ядро кометы Галлея как оно сфотографировано с советского космического аппарата «Вега-2» 9 марта 1986 г. Обработка изображения с помощью ЭВМ выполнена в Институте космических исследований АН СССР

Некоторым из них, движущимся по незамкнутым кривым, удается преодолеть солнечное тяготение и уйти обратно в межзвездное пространство, другие переходят на эллиптические орбиты и оказываются в числе постоянных членов Солнечной системы – так ли это?

Больше всего новых сведений о составе и строении комет астрономы получили во время возвращения к Солнцу знаменитой кометы Галлея в 1985-1986 гг., когда к ней устремилась целая флотилия космических аппаратов. Поочередно 6 и 9 марта 1986 г. вплотную к комете приближались советские космические аппараты «Вега-1» и «Вега-2», в то же самое время рядом с ней прошли два японских аппарата «Сакигаке» («Пионер») и «Суйсей» («Комета») и космический аппарат «Джотто», сконструированный коллективными усилиями ряда европейских стран. Эти полеты были наглядным примером плодотворного международного сотрудничества.

Благодаря данным наземного слежения за кометой и особенно измерениям с двух советских станций «Вега» аппарат «Джотто» 14 марта 1986 г. удалось провести через голову кометы всего в шестистах километрах от ее центральной части – ядра. Он словно вонзился в комету, и фотографии запечатлели ядро, которое напоминает картофелину – однородное тело неправильной формы с кратерами и холмами длиной около 14 и поперечником в 7 км. Как картофелина защищена плотной кожурой, так и ядро кометы окружено темной пылевой коркой, из-под которой вырываются временами в окружающее пространство мощные струи газа, питающие величественный «шлейф» кометного хвоста.

Однако мы уже прикоснулись к другой важной теме – результатам исследования околоземного пространства с помощью средств современной ракетно-космической техники.

 

Космическая эра

«От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике – таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности» – в этом высказывании В. И. Ленина предельно лаконично сформулирован тот метод, с помощью которого материалистическая наука расширяет представления человека об окружающем мире.

Галактика, Солнце, планеты, Земля, океаны, материки, горы, леса, животные существуют вне зависимости от желания или нежелания отдельных людей, вне зависимости от степени наших знаний об их особенностях. Они находились бы на своих местах, даже если бы какие-нибудь Петя, Ваня или Маша вовсе ничего не слышали об их существовании. А это значит, что они существуют помимо сознания людей – существуют объективно.

Звезды и планеты, свет и поле тяготения Земли, вся Природа и созданные человеком предметы, взаимодействуя и сосуществуя, дают знать о себе во множестве процессов и явлений. Наблюдая такие процессы и явления, ученый вправе делать умозаключения о породивших их причинах, обобщать единичные разрозненные факты в научную теорию. Так от живого созерцания он переходит к установлению законов Природы, к абстрактному мышлению.

Абстрактное мышление не может существовать вне живых людей. Оно есть результат умственной деятельности того или иного ученого, оно неотъемлемо от сознания человека, стало быть, оно субъективно и может быть ошибочным. Более того, верные идеи могут быть не восприняты обществом; известны случаи, когда общество тяготело именно к ошибочным взглядам.

Истинность научной теории может быть доказана только подтверждением всех ее положений и всех вытекающих из нее следствий в ходе дальнейших поисков, в результате поставленных в соответствии с этой теорией специальных экспериментов. Только такое испытание теории на практике и позволяет судить о ее правильности.

Проверяя полученные из теории следствия с помощью нового эксперимента, ученый обращается с вопросом к Природе: «Я подозреваю, что эта теория верна. Верна ли она?» Если следствие ясно опровергается, то теория не может быть верна. Если же следствие подтверждается, то уверенность в правильности теории возрастает, но теория не становится от этого абсолютно доказанной. Могут быть выведены следствия и поставлены новые эксперименты, которые в дальнейшем эту теорию опровергнут.

Наблюдения и эксперимент – самое действенное оружие из арсенала естествоиспытателя. Разница между наблюдениями и экспериментом, как основой и критерием всякой теории, разумеется, довольно условна. Во многих отношениях наблюдения граничат с экспериментом и составляют вместе с ним две стороны одной медали.

Физик-экспериментатор, день изо дня повторяющий облучение вещества на ядерном ускорителе в варьирующихся условиях, должен уделить внимание сбору всесторонних наблюдательных данных. Хотя в целом, нет сомнения, современная физика служит лучшим примером науки, в которой решающее слово принадлежит эксперименту.

Астроном-наблюдатель, стремящийся как можно детальнее исследовать спектр звезды, вполне подобен экспериментатору. Он экспериментирует с лучом света, частицей далеких звездных миров. Что касается астрономии в целом, то она оставалась и остается наукой, главным образом, наблюдательной.

Огромная роль всеобъемлющих систематических наблюдений составляет наиболее своеобразную черту астрономии.

Как правило, астроном не имеет возможности воспроизвести в лаборатории специфические условия, характерные для недр планет, звезд и межзвездной среды. Астроном не питает пока никаких иллюзий относительно создания по его «заказу» новых звезд, ему не приходится надеяться на прослеживание длящейся миллиарды лет естественной эволюции небесных объектов.

Астроном – тщательный наблюдатель, накапливающий фактический материал, по крупицам расширяющий представления об окружающей Вселенной, отыскивающий еще не известные пути в глубины «холодного озера звезд». Он же летописец и комментатор небесных событий, каждую минуту готовый откликнуться на редкие, непредвиденные явления, которые могут стать отправной точкой новых исканий. Изо дня в день, из года в год, из века в век выполняются астрономические наблюдения. Они требуют мастерства, безграничной преданности науке, самоотверженности.

Астрономические теории в большинстве случаев не могут быть быстро проверены с помощью эксперимента. И астрономам приходится ждать иногда годами, иногда столетиями новых подходящих случаев, новых природных явлений, новых наблюдательных фактов, которые в силах пролить дополнительный свет на их теоретические положения. Как сказал известный русский астроном В. К. Цераский, астрономия «живет прошлым, но работает для будущего».

Такое положение стало меняться только с наступлением космической эры. Год от года космонавтика развивалась, и в связи с ее успехами отдельные области астрономии стали превращаться из наук наблюдательных в науки, имеющие возможность проверить свои выводы прямым экспериментом. Самые же разительные перемены захлестнули планетологию. Автоматические космические станции посетили Луну, Венеру, Марс. Они передали на Землю детальные изображения Меркурия, Юпитера и его спутников, Сатурна, Урана. Космические роботы не только присмотрелись к поверхностям других небесных тел. Они измерили напряженность магнитных полей, выяснили наличие или отсутствие воды, уточнили состав и строение инопланетных атмосфер. Как заправские геологи они собрали и передали на Землю подробные сведения об образцах инопланетных горных пород. Дело дошло до того, что астрономы вовсе утратили решающий голос в дальнейшем изучении планет. Как образно выразился И. С. Шкловский, планеты в настоящее время больше «проходят по департаменту геологии».

Наши представления о Солнечной системе расширились в последние годы неимоверно. «…Солнечная система состоит из 9 больших планет, их в общей сложности 32 спутников, кольца Сатурна и обилия малых планет – астероидов…» Такая фраза была черным по белому напечатана в 1973 г. в первом издании этой книги. И автор надеялся, что эти основные характеристики Солнечной системы за короткий срок не устареют. Прошло полтора десятилетия, однако процитированные выше безобидные строки могут теперь лишь ввести читателя в заблуждение. Открыто много новых спутников Юпитера, Сатурна и Урана! Кольцо Сатурна потеряло значение феномена единственного и неповторимого в своем роде: открыты кольца еще у двух далеких планет – Юпитера и Урана, подтверждаются данные о существовании колец и у Нептуна. В облаках Венеры обнаружены следы серной кислоты. На Марсе открыты русла древних рек и самый крупный вулкан Солнечной системы высотой в 24 километра. А на одном из спутников Юпитера обнаружены действующие вулканы. Сфотографировано ядро кометы Галлея.

Под натиском космических роботов мир планет раскрыл земным исследователям совершенно непредвиденные факты.

И мы по праву горды тем, что огромный вклад в развитие исследований Луны и планет космическими средствами, в становление космонавтики внесла наша страна, внесло несколько поколений замечательных русских и советских ученых.

 

Главный теоретик

Группа приземистых зданий на Миусской площади в Москве. Институт прикладной математики Академии наук СССР имени М. В. Келдыша. Институт носит имя своего основателя и первого директора, пятого по счету Президента советской Академии наук, который возглавил ее в год космического старта Юрия Гагарина. Четырнадцать лет оставался академик М. В. Келдыш руководителем штаба советской науки. По его инициативе было создано Сибирское отделение Академии наук и несколько крупных научных центров в Подмосковье, создан Институт космических исследований АН СССР, резко расширены рамки академических исследований по многим важнейшим научным направлениям современности.

Несколько раз в жизни доводилось мне открывать тяжелые двери кабинета, в котором работал Главный Теоретик космонавтики, руководитель советской космической программы, председатель Совета, координирующего космические исследования. Всегда подтянутый, немногословный, совершенно седой человек. Очень строгий. Беспощадный в своих оценках. Вместе с тем, в высшей степени справедливый, в высшей степени объективный. Он умел выслушивать собеседников, умел на лету схватывать высказанные мысли. Требовательный к окружающим, он всегда был еще более требователен к самому себе.

Будничная суета, амбиции участников работ, личные пристрастия – все это, казалось, не смело перешагнуть порога его кабинета. Здесь царил трезвый, взвешенный, государственный подход к бурно развивающейся, романтической, но одновременно с тем дорогостоящей и далеко еще небезопасной области научного поиска – космонавтике. В своем рабочем кабинете на Миуссах М. В. Келдыш был не Президентом Академии, не лауреатом многих премий, не трижды Героем Социалистического Труда: он был Колумбом, которому предстояло повести за собой экипаж в неведомые бездны Космоса. Он трезво сознавал великий почет и великую ответственность этой миссии.

Главный Теоретик советской космонавтики в годы ее становления, Президент АН СССР, трижды Герой Социалистического Труда М. В. Келдыш (1911-1978)

Мстислав Всеволодович Келдыш родился в 1911 г. в Риге в семье видного инженера, деятельного участника известных строек первых советских пятилеток: канала имени Москвы, московского метрополитена. Учился в Москве в Кривоарбатском переулке, – в школе, которую окончили «дети Арбата», герои повести Анатолия Рыбакова. В 20 лет с блеском окончил механико-математический факультет Московского университета и начал научный путь в знаменитом ЦАГИ – Центральном аэро-гидродинамическом институте, носящем имя «отца русской авиации» Н. Е. Жуковского. С блеском решил несколько труднейших математических задач, связанных с созданием новой авиационной техники.

В возрасте 31 года – лауреат Сталинской премии и еще через год – член-корреспондент АН СССР. В 1946 г. – тридцатипятилетний академик и второй раз лауреат Сталинской премии. Тогда же – руководитель научно-исследовательского института, наследника того самого РНИИ, где были созданы «Катюши». Здесь он продолжил разработку актуальных проблем ракетостроения и реактивных полетов.

Область личных научных интересов М. В. Келдыша этих лет сосредоточена в основном на использовании только-только появившихся вычислительных машин. Он руководит расчетами при проектировании новых образцов самолетов и ракет. В стенах возглавляемого им научно-исследовательского института создана общая теория воздушных прямоточных двигателей, рассчитаны и экспериментально испытаны сверхзвуковые воздухозаборники, проведены теоретические и экспериментальные исследования процессов горения в камерах сгорания. Вычислительные машины находят применение для расчетов в интересах атомной техники.

Академик А. Я. Виноградов (1895-1975), вице-президент АН СССР, дважды Герой Социалистического Труда – один из руководителей советской программы исследования Луны и планет с помощью автоматических космических аппаратов

Одновременно с работами по авиации и ракетостроению М. В. Келдыш руководит Отделением прикладной математики Математического института АН СССР имени В. А. Стеклова. Там выполняется обширный цикл исследований по механике космического полета. Это был смелый взгляд в будущее, который нашел практическое применение с октября 1957 г., когда с запуском первого в мире ИСЗ появилась насущная необходимость в управлении космическими аппаратами. Вклад М. В. Келдыша в создание первого спутника отмечен Ленинской премией.

С начала космической эры М. В. Келдыш стоит во главе советской научной программы исследования Вселенной. В творческом союзе с С. П. Королевым и другими творцами ракетно-космической техники, широко привлекая ученых Академии наук, он определяет основные направления научного поиска в той области, где наука и техника неразрывно переплетаются друг с другом, где постановка научной проблемы неотделима от возможностей ее технического воплощения. По инициативе С. П. Королева и М. В. Келдыша была организована служба радиационного контроля космического пространства, создан специализированный Институт медико-биологических проблем, развернут Центр подготовки космонавтов.

Звание «Главного Теоретика космонавтики» присвоили М. В. Келдышу журналисты. Но это почетное звание достоверно отражало реальное положение дел: слово Президента АН СССР в вопросах космонавтики всегда было выверенным и решающим, его соображения выполнялись неукоснительно. Он был настойчив и последователен, умел без шараханий довести до конца решение проблем любой степени сложности.

Медаль имени М. В. Келдыша – одна из почетных наград Федерации космонавтики СССР

М. В. Келдыш всегда отмечал, что выход человечества в космическое пространство дает ему возможность взглянуть на Землю как бы со стороны. Развитие космонавтики отвечает не только интересам науки: оно повышает ответственность человечества за судьбы своей планеты.

Именно под руководством М. В. Келдыша при участии академика А. П. Виноградова совместно с конструкторским бюро Г. Н. Бабакина была разработана долгосрочная советская программа исследования Луны и планет с помощью космических автоматов.

Не отыщется в Солнечной системе даже пары планет, подобных единоутробным двойняшкам-близнецам. Все они разные: у каждой – свой неповторимый облик. Однако по совокупности нескольких важных признаков астрономы делят их на две обособленные группы.

Вблизи от Солнца обращается четверка «миниатюрных» планет: небольшой массы и небольшого объема. Они плотные – по сравнению с водой их плотность лежит в пределах от 3,9 до 5,5. Процентное содержание водорода и гелия – главных слагаемых Солнца – для этих планет очень невелико. Мы называем их планетами земной группы.

Число спутников у планет земной группы более чем скромно (ни одного у Меркурия, ни одного у Венеры, один у Земли и два у Марса).

Юпитер открывает шеренгу «дородных» планет: гораздо более массивных, чем Земля, и гораздо более рыхлых небесных тел с плотностями, которые не превосходят плотность воды более чем в 1,7 раза. Их химический состав напоминает солнечный: преимущественно водород и гелий. Среди характерных черт планет из компании Юпитера – обилие спутников, а по крайней мере три из них, как теперь известно, увенчаны кольцами. Этих мастодонтов мы зовем планетами-гигантами.

Меркурий принадлежит к числу «миниатюрных» планет земной группы. Его масса составляет 5,5 % от массы Земли; плотность практически совпадает с земной.

Долгое время считали, что планете приходится «расплачиваться» за близость к Солнцу. Предполагалось, что огромная сила притяжения Солнца держит Меркурий все время повернутым к нему одной стороной, заставляет его «держать равнение» на Солнце, подобно тому как Луна «держит равнение» на Землю. Из предпосылки о синхронном вращении планеты вытекали следствия. Первое: температура на солнечной стороне Меркурия превышает +400 °C; в таком пекле плавятся олово, свинец и цинк. Второе: на неосвещенной стороне Меркурия царят мрак и лютая стужа. Даже вечная мерзлота на Земле не дает никакого представления о том, что должно твориться на Меркурии в этих леденящих условиях – температура там может отличаться от абсолютного нуля едва ли больше, чем на 10°.

Второе из следствий, однако, опровергалось наблюдательными данными: в 1962 г. было обнаружено радиоизлучение ночного полушария Меркурия с полным потоком, который отвечал средней температуре поверхности куда выше абсолютного нуля! Пришлось выдумывать новое объяснение – и единственно возможный вариант заключался в существовании ощутимой атмосферы. Так из синхронного вращения родилось третье следствие: Меркурий окутан газовой оболочкой, которая путем быстрой циркуляции перекачивает тепло с освещенной стороны на темную. Но никаких подтверждений меркурианской атмосферы не появлялось, а опровержения возникли одно за другим.

В один прекрасный день шаткое здание из неподтвержденных догадок рухнуло как карточный домик. Атмосфера – переносчик тепла – оказалась мифом; она чересчур разрежена. Зато было доказано, что вращение Меркурия вокруг оси не синхронно с обращением вокруг Солнца. Планета совершает один оборот вокруг оси не за 88, а за 58,65 суток!

Ну что ж, наблюдаемый период вращения Меркурия отвечает здравому астрономическому смыслу. Период обращения в 88 суток относится к периоду осевого вращения в 58,65 суток как 3:2; за 2 оборота вокруг Солнца планета оборачивается вокруг собственной оси точно 3 раза. Следовательно, осевое вращение Меркурия, хотя и не синхронно с обращением вокруг Солнца, но находится с ним в резонансе. Это объясняет прежние противоречия. Но вследствие каких причин жило среди астрономов ужасное заблуждение? Как и почему корифеи-наблюдатели, которые рисовали совпадающие друг с другом по главным деталям карты Меркурия, при определении периода его осевого вращения впали в роковую ошибку?

Каждый раз, когда я вспоминаю ответ на этот вопрос, мне становится не по себе. Ошибка проистекала по той очень странной причине, что период осевого вращения Меркурия из-за неведомого стечения обстоятельств связан с периодом обращения Земли вокруг Солнца. Представьте, что обе планеты находятся на кратчайшем расстоянии друг против друга (такое положение называется нижним соединением Меркурия). Согласно законам Кеплера, Меркурий движется по орбите быстрее Земли и обгоняет ее, потом начинает догонять. Когда через 116 суток он настигнет Землю, и они снова сойдутся на кратчайшем расстоянии в нижнем соединении, Меркурий (сделав к этому моменту 2 оборота вокруг оси) повернется к Солнцу точно той же стороной, что и во время предыдущей встречи с Землей.

На этом странные совпадения не заканчиваются. Вообразим, что в какой-то момент времени три соседние планеты – Меркурий, Венера и Земля – находятся на общей прямой по одну сторону от Солнца. Через 20 месяцев Земля и Венера снова сойдутся на такой прямой. Но и Меркурий, успев сделать за этот период точно 4 оборота вокруг Солнца по отношению к Венере и точно 3 оборота по отношению к Земле, тоже появится на этой общей прямой. Что это – чистая случайность? Или здесь проявляется новая, пока еще совершенно необъяснимая резонансная закономерность в движениях планет?

Изучение Меркурия космическими средствами снискало ему славу планеты-парадокса: по внешнему виду поверхности эту планету легко можно перепутать с Луной, что же касается ее внутреннего строения, то она в гораздо большей степени напоминает Землю.

Подобно Земле, Меркурий обладает металлическим ядром и силикатной оболочкой – мантией. Что особенно удивительно, Меркурий, подобно Земле, обладает регулярным магнитным полем. Он ведет себя так, будто в тело планеты вставлен намагниченный стержень. Угол воображаемого магнитного стержня с осью вращения Меркурия составляет 12°. Напомним, что для Земли средний угол наклона магнитной оси к оси вращения 11°.

Раньше среди геофизиков было распространено убеждение, что магнитное поле возникает только у планет с быстрым осевым вращением. Меркурий опрокинул это представление. Планета вращается вокруг оси очень медленно, однако напряженность ее магнитного поля составляет 1/100 от напряженности поля Земли – и это при ее малой массе! Магнитное поле Меркурия заметно превосходит магнитные поля Венеры и Марса.

В геологическом отношении поверхность Меркурия – копия поверхности Луны. Конечно, небольшие отличия в распределении кратеров на Меркурии и Луне отмечаются, но они вовсе несущественны.

Современные карты области Меркурия, сфотографированной одним из космических аппаратов, очень подробны. Международный астрономический союз поместил на них много новых названий. В качестве имен для долин послужили названия крупнейших наземных радиоастрономических обсерваторий: Голдстоун, Крым, Аресибо. Тектонические сбросы обозначены в честь кораблей великих путешественников: Фрам, Восток, Санта-Мария, Усердие. Для равнин использованы названия планеты Меркурий в различных языках древнего мира: Тир, Будда, Один. Самое крупное образование морского типа получило название Бассейна Зноя.

Краткий рассказ о Меркурии остается завершить гипотезой, которую пока что мало кто из астрономов принимает всерьез. Расчеты специалистов по небесной механике не исключают возможности, что Меркурий при образовании Солнечной системы возник как спутник Венеры. Слишком большая по отношению к Венере масса спутника привела к тому, что сила тяготения Солнца оторвала его от Венеры и перекинула на орбиту самостоятельной планеты. Расчеты не исключают подобной возможности, но имели ли столь экзотические события место в действительности?

Жан Буридан, ректор Парижского университета, в XIV в. видел в отсутствии фаз Венеры важное доказательство того, что она излучает собственный свет: «…Ибо Птолемей, применяя геометрию, установил, что Меркурий и Венера находятся между Землей и Солнцем, как и Луна, из чего следует, что если бы [Меркурий и Венера] не обладали собственным светом, то принимали бы рост и убывание по мере приближения или удаления от Солнца подобно Луне…» Правильно поставив вопрос, Буридан вывел ложное заключение, поскольку простым глазом фазы Венеры наблюдаются крайне редко – людьми с исключительно острым зрением.

Открыть фазы Венеры как твердо установленный факт было суждено Галилею. На заре телескопической астрономии великий Галилей обычным образом огласил анаграмму

Наес immatiira a me jam frustra leguntur, о, у

Не оконченное и скрытое прочтено мною

Расшифровка содержала известие о том, что мать любви (Венера) наблюдается в различных фазах подобно Луне (Цинтии):

Cynthiae figuras aemulatur mater amorum

Мать любви подражает фигурам Цинтии

За этим открытием, окончательно утвердившим правоту гелиоцентрической системы Коперника, в изучении Венеры последовали полтора века застоя. Фоном служили многочисленные заявки на псевдооткрытия вроде свидетельства Франческо Фонтаны из Неаполя, который в 1643 г. увидел на Венере горы высотою в несколько десятков км. Спор о Гималаях на Венере впоследствии не затухал, и самым курьезным является то, что современные планетологи действительно обнаружили на Венере высокие горные кряжи.

М. В. Ломоносов – великий русский ученый-энциклопедист XVIII в., неутомимый борец за широкое распространение просвещения и научных знаний среди народа. Сам выходец из гущи народа, М. В. Ломоносов внес неоценимый вклад в самые различные области науки и культуры

К прохождению Венеры по диску Солнца 1761 г. относится выдающееся открытие, сделанное М. В. Ломоносовым, которое было совершенно точно истолковано его автором как открытие атмосферы Венеры. Отчет М. В. Ломоносова об этом открытии отличается ясностью и образностью. «…Ожидая вступления Венерина на Солнце… увидел наконец, что солнечный край чаемого вступления стал неявственен и несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде равен… При выступлении Венеры из Солнца, когда передний ее край стал приближаться к солнечному краю… появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила… Сие не что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере…»

В последующем было установлено, что поверхность Венеры в оптическом диапазоне никогда не наблюдается, она укрыта от землян непроницаемой завесой облаков.

Предположения о природе поверхности этой планеты вплоть до второй половины нашего века оставались по этой причине более или менее фантастическими. Одна из прежних гипотез рисовала гигантский безбрежный океан, покрывающий всю без исключения поверхность планеты. Согласно другим гипотезам, лик планеты должен был представлять собой выжженную, абсолютно безводную пустыню, а знаменитые облака – минеральную пыль в бурно циркулирующей атмосфере. Сторонники еще одной точки зрения исходили из того, что условия на Венере близки к тем, которые были на Земле в каменноугольный период, – там жаркий климат с обилием влаги.

Но в прежние времена ни одна из гипотез о природе поверхности этой планеты так и не получила ранга научной теории. Астрономам попросту не хватало наблюдательных фактов. Не удавалось даже достоверно определить период вращения Венеры вокруг оси.

Серьезный прогресс в изучении соседней с Землей планеты наступил лишь с применением радиолокации и началом полетов к Венере автоматических космических аппаратов. Правда о Венере оказалась удивительнее любой фантазии.

Атмосфера Венеры нисколько не похожа на земную, в которой преобладают азот и кислород. В венерианской атмосфере из каждых 100 кубиков объема 97 кубиков приходятся на долю углекислого газа СО2. Присутствует там и угарный газ СО. Азот, аргон, кислород, пары воды обнаружены лишь в виде незначительных примесей.

Толщина газовой оболочки Венеры по сравнению с земной чудовищно велика. Давление воздушного океана у поверхности планеты составляет без малого 100 атм. Легкое дуновение ветерка при таком давлении имеет разрушительную силу урагана. Чтобы оказаться при обычном наземном давлении в 1 атм, требуется взлететь над поверхностью Венеры на 50 км.

Облачное покрывало Венеры расположено на высотах от 50 до 70 км. В видимом свете облака кажутся однородными и имеют слегка желтоватую окраску. На самом деле они распадаются на три заметно отличающихся один от другого слоя. Верхний ярус – даже не облака, а легкая дымка из жидких капелек размерами около 1 мкм, стелющаяся на высотах более 60 км. Дымка прозрачна для всех длин волн, кроме ультрафиолета, и в ультрафиолетовом диапазоне из-за рассеивания она кажется ослепительно белой. Дымка верхнего яруса не сплошная; через ее громадные прорывы проглядывает более темный средний ярус венерианской облачности – это и есть бросающиеся в глаза в ультрафиолете «детали» облаков.

Облачность среднего яруса еще менее плотна, чем облачность верхнего. В ней плавают более крупные по размеру, чем в верхней дымке, твердые частицы размерами в среднем порядка 10 мкм. Средний ярус облаков занимает высоты между 50 и 60 км.

Нижний ярус облаков не толстый, но более плотный. Он более всего похож на обычную земную облачность.

В облаках Венеры обнаружено присутствие концентрированного водного раствора серной кислоты. С ней вместе могут находиться соляная и плавиковая кислоты. Обсуждается возможность, что взвешенные в облаках частицы – это кристаллики серы, которые и придают облачности желтоватый отсвет. Так Атмосфера Венеры пропускает к поверхности только часть приходящего от Солнца излучения, но зато уходящее от поверхности тепловое излучение практически не выпускает вовсе. Она, тем самым, ведет себя сродни стеклу парника: гораздо лучше сохраняет тепло, нежели защищает от перегрева. Возникающая ситуация и получила в астрофизике название «парникового эффекта», вследствие которого температура на поверхности Венеры достигает +500 °C.

Посадка на поверхность Венеры спускаемого аппарата советской автоматической станции серии «Венера». Передача информации на Землю происходит через продолжающий движение орбитальный аппарат станции, который работает как ретранслятор это или не так, облачность на Венере представляет собой в высшей степени агрессивную среду. И как в этой связи вновь не подивиться той гибкости ума и изобретательности, которой должны обладать проектировщики ракетно-космической техники. Ведь советские космические аппараты входили в атмосферу Венеры и успешно проходили сквозь нее задолго до обнаружения ее всеразъедающего, химически активного состава.

Первоначально думали, что ко всем прочим экзотическим чертам поверхности Венеры добавляется еще и вечный мрак. Однако эксперименты на советских посадочных станциях показали, что это не так, хотя освещенность поверхности Венеры в самый светлый период венерианских суток весьма и весьма умеренна. Ее можно сравнить с освещенностью на Земле в очень ненастный пасмурный день. При таком освещении можно читать газету. Следует добавить, что ландшафт Венеры беспрестанно озаряется сполохами молний; грозы на Венере часты и интенсивны.

Ну что ж, нарисованная современной наукой картина поверхности Венеры не пугает «грешное» человечество. Сера, испепеляющая жара, гром и молнии – подобные атрибуты издревле представали в ярких описаниях мук ада, однако не остановили победное шествие науки в ее борьбе с догмами религии. Венера действительно оказалась неожиданной – «адовой» планетой, и задача будущего: понять корни столь дискомфортных, с точки зрения человека, физических условий.

В октябре 1975 г. советские автоматические станции «Венера-9» и «Венера-10» впервые в истории передали на Землю панорамные изображения венерианского ландшафта. На склоне холма и при посадке на ровное место люди Земли увидели разбитые трещинами плиты, россыпи камней, обломки пород, источенные венерианскими ветрами и иссушенные непрекращающейся жарой. Позднее при помощи радиолокатора бокового обзора, установленного на борту искусственного спутника Венеры, советским ученым удалось исследовать поверхность планеты в гораздо более крупном масштабе. И вновь открылась знакомая картина: сухие «моря», изрезанные плоскогорья, горные кряжи, крупные кратеры.

Обширные венерианские плоскогорья, следуя привычной традиции, именуют «континентами»; в номенклатуре деталей венерианского рельефа им присваивают наименование «Земля». Близ северной Земли Иштар обнаружена рифтовая долина протяженностью в 2 с лишним тысячи км. Ее ширина 280, а глубина 5 км. «Континент» Венеры в ее южном полушарии носит имя Земли Афродиты.

Четыре панорамы поверхности планеты Венеры, полученные в 1982 г. со спускаемых аппаратов советских автоматических станций «Венера-13» и «Венера-14». Видны отдельные конструктивные элементы аппаратов и устройства для калибровок

На венерианской Земле Иштар расположены горы Максвелла с вершиной, достигающей 12 км. На одном из склонов этих гор находится исполинский вулканический кратер поперечником почти в 100 км. Внутри него, кстати, обнаружен еще один кратер поперечником около 50 км, лежащий почти на км глубже основного. Вообще, как считают специалисты по инопланетной геологии, вулканизм играл в формировании поверхности Венеры существенную роль. Вулканизм современный или древний?

Высоко в атмосфере Венеры свирепствуют постоянные ветры, которые гонят облака с фантастической скоростью 60 м/с. Весь верхний слой венерианской атмосферы совершает полный оборот вокруг планеты за четверо земных суток. Это загадочное по сию пору вращение атмосферы долго сбивало с толку астрономов, полагавших, что вращение с такой скоростью относится к твердому телу планеты. Однако это не так. Тщательные радиолокационные измерения показали, что при наблюдении с северного полюса Венера вращается по часовой стрелке, т. е. в сторону, противоположную направлению вращения всех других планет, и совершает один оборот за 243 земных суток. Все это было бы еще не столь поразительно, если бы не оказалось, что период осевого вращения Венеры тоже синхронизован по Земле!

Особенности осевого вращения Венеры иллюстрирует серия схем на рисунке. На схеме А изображен момент, когда Венера находится на прямой, соединяющей Солнце и Землю. Такое положение Венеры по отношению к Земле и Солнцу называется ее нижним соединением. Радиусы орбит и размеры планет показаны на схеме совершенно условно: Земля изображена точкой, а Венера диском. Заштрихованная часть диска Венеры – та ее сторона, которая обращена к Земле. Условимся, что мы смотрим на Солнечную систему со стороны северного полюса мира. Земля и Венера в этом случае обходят Солнце, двигаясь в направлении против часовой стрелки. Осевое вращение Венеры происходит в обратном направлении: так, как это отмечено на схеме стрелкой.

Схема Б показывает взаимное положение планет через половину земного года. Земля совершила пол-оборота вокруг Солнца. Венера, согласно законам Кеплера, из-за близости к Солнцу ушла по отношению к Земле далеко вперед. За это время Венера успела сделать почти 3/4 оборота вокруг оси; сторона поверхности, полгода назад обращенная к Земле (заштрихованная сторона), смотрит в сторону Солнца.

Прошел земной год (схема В). Земля вернулась в исходное положение на орбите. Венера близка к тому, чтобы закончить второй круг в своем движении вокруг Солнца. К этому времени она совершила уже полтора оборота вокруг оси.

Через полтора года (схема Г) Венера догоняет Землю. Она сделала уже больше двух оборотов вокруг оси, и заштрихованная сторона ее поверхности неумолимо разворачивается в сторону Земли.

Наконец, спустя 584 дня с момента, изображенного на схеме Л, планеты снова сблизились на минимальное расстояние. Венера снова пересекает прямую, соединяющую Солнце и Землю (схема Д): она вновь находится в нижнем соединении. И в этот момент заштрихованная сторона ее поверхности, так же как и на схеме Л, оказывается обращенной точно в сторону Земли.

Исследователям предстоит отыскать скрытые причины этого поразительного феномена.

У Венеры нет спутников и практически нет регулярного магнитного поля.

В далеком XVIII в., вы помните, астрономы тщетно наблюдали Венеру в надежде уточнить абсолютную величину астрономической единицы. Интересно, что в наши дни Венера все-таки стала тем объектом, по наблюдениям которого действительно была уточнена величина астрономической единицы в километрах, на этот раз с фантастической для астрономии точностью – до десятков километров. Это было сделано уже, конечно, не старым методом Галлея, а путем радиолокации Венеры.

За серию работ по радиолокационному исследованию Венеры, Меркурия и Марса группа ученых, работавших под руководством директора Института радиотехники и электроники АН СССР академика В. А. Котельникова, в 1964 г. была удостоена Ленинской премии.

 

Реквием по каналам

Вопрос о природе поверхности Марса и даже о возможности существования на нем разумной жизни относится к числу вопросов, в науке довольно новых. Во всяком случае, греческие и римские философы, которые предвосхищали идеи об атомном строении материи, бесконечности пространства и времени, множественности «зародышей жизни» во Вселенной и многие-многие другие, никак не выделяли Марс из числа других планет. Для них он оставался «пламенно-кровавым» предвестником войны, астрологическим олицетворением разрушений и насилий.

К началу XVII в. положение оставалось таким же. Тихо Браге, этот «последний из могикан» – последний из выдающихся астрономов-наблюдателей, не располагавших телескопом, затративший много лет жизни на измерения расположения Марса на небесной сфере, абсолютно не интересовался природой его поверхности. Никогда ни словом не обмолвился на этот счет и Иоганн Кеплер – гениальный интерпретатор наблюдений Браге, открывший законы движения Марса и обобщивший их на все планеты.

На склоне лет Кеплер написал научно-фантастический роман, однако фантазия его не ушла дальше описания жителей Луны. Впрочем, дальше Луны фантасты не решались отсылать своих героев еще в течение столетий.

Первые домыслы по поводу природы Марса принадлежат перу святого отца, иезуита Атанасиуса Кирхера, человека известного во многих областях науки. Будучи в целом эрудированным естествоиспытателем, Кирхер часто, однако, оказывался в плену суеверных, мистических представлений. В 1636 г. итальянец Франческо Фонтана выполнил телескопическую зарисовку Марса, где посреди диска планеты изображено большое черное пятно. Пятно, вне сомнения, появилось вследствие несовершенства оптики. Кирхер же трактовал его как гигантскую долину, усеянную бесчисленными действующими вулканами, непрестанно извергающими расплавленную серу. А почва Марса, по его мнению, состоит преимущественно из мышьяка, – взгляды, типичные для средневековой астрологии.

В течение последующих 20 лет Марс по-прежнему не привлекал к себе особого внимания, астрономы тем временем шаг за шагом расширяли круг фактических данных. Были обнаружены вращение Марса вокруг оси и сезонные изменения его поверхности, открыто наличие белых полярных шапок.

Широкая известность пришла к Марсу после великого противостояния 1877 г., когда американец Асаф Холл открыл два спутника Марса, а итальянец Джованни Вирджинио Скиапарелли – образования, которые он вслед за другими авторами описывал словом canali. Строго говоря, это слово в переводе с итальянского значит «проливы» и вовсе не предопределяет их искусственное происхождение. Именно проливами представлялись поначалу эти образования Скиапарелли, который особенно не ратовал за предположение, что они могут быть инженерными сооружениями.

Однако Скиапарелли явно не рассчитал последствий своей лингвистической вольности: основное значение слова canali оказалось оттесненным побочным. Термин «канал» был во сто крат привлекательнее неопределенных «проливов», и о марсианских каналах заговорила читающая публика всех частей света.

В благоприятных условиях великого противостояния 1892 г. Скиапарелли повторил циклы наблюдений и склонился к мысли, что каналы – все-таки искусственные ирригационные сооружения. Масло в огонь подлил американский астроном У. Пикеринг, который в местах «слияния» каналов усмотрел потемнения. Их он назвал «оазисами».

Каналы как искусственные сооружения нашли энергичного защитника в лице американца Персиваля Ловелла – того самого, который столь настойчиво искал транснептуновую планету. Из наблюдений Ловелла следовало, что в том полушарии Марса, где наступает лето, при таянии полярной шапки каналы от полюса к экватору постепенно темнеют. Вне сомнения, утверждал П. Ловелл, что марсиане пользуются талой водой и по каналам обводняют «оазисы», где размещены марсианские города.

Точка зрения на природу Марса в конце прошлого века наглядно иллюстрируется девизом: «Марс – вторая Земля». Этому способствовал ряд обстоятельств. Во-первых, Марс похож на Землю по размерам и массе: его поперечник уступает земному лишь в 2 раза, плотность меньше плотности Земли на 30 %. Во-вторых, очень схожи у Марса и Земли периоды осевого вращения: сутки на Марсе длятся 24 часа 37 минут. Наконец, наклон оси вращения Марса к плоскости орбиты составляет 65,2° (66,5° у Земли), и смена времен года на Марсе вполне соответствует смене времен года на Земле.

В начале XX в. возникает даже уверенность, что марсианская цивилизация несравненно выше земной. Духом времени навеян знаменитый роман Уэллса «Война миров». Однако с научной точки зрения подобная концепция не выдерживает серьезной критики и уступает место новой, более осторожной: факт обитаемости Марса представляется вполне правдоподобным.

Наконец, в двадцатые годы окончательно побеждают сторонники корректного обращения с научными фактами. В это время устанавливается мнение, что на Марсе скорее всего существует растительная жизнь, а никакой разумной жизни нет.

Факт наличия каналов на планете не подвергался никаким сомнениям, выяснить оставалось как будто лишь их природу.

В XX в. герои фантастических романов стали посещать Марс и поодиночке, и большими экспедициями. Однако содержащиеся в этих романах описания Марса не имели под собой почти никаких оснований. Марс, загадочный и недоступный, по-прежнему хранил свои тайны.

эти строки написаны в 1951 г. тонким поэтом-лириком Александром Коваленковым. Оставалось шесть лет до начала космической эры.

Завеса над тайнами Марса начала приоткрываться лишь с полетами автоматических космических аппаратов – советских и американских.

Среди марсианских ландшафтов преобладают красноватые каменистые пустыни, очень напоминающие такие равнины Земли, как пустыня Атакама. Над ними плавают легкие прозрачные облака.

Уже первые съемки планеты развеяли теорию сплошных, отчетливо наблюдаемых «каналов». Не оказалось их и на полученных впоследствии гораздо более подробных снимках. Вместо искусственных «каналов» на фотографиях (кстати, совсем в иных районах) предстали русла высохших марсианских рек. По геологическому счету времени они достаточно свежи, и поэтому тотчас вызвали ожесточенную полемику.

Из курса физики известно: меньше давление – ниже точка кипения воды. Современная атмосфера Марса очень разрежена: давление ее у поверхности планеты в среднем составляет 0,6 % от давления атмосферы у поверхности Земли. Вода под таким давлением закипает при температуре +2 °C и, следовательно, в жидком виде на Марсе существовать не может. Откуда же русла рек?

Объяснения возможно искать в одном из двух вариантов. Первый – экзотический. Дескать, марсианские промоины образованы не водными потоками, а сверхподвижными, «текучими» ледниками. Или: при образовании нового крупного кратера вскрывается подпочвенный лед, который от тепловыделения взрыва мгновенно топится и образует кратковременный грязевой вал, некоторое подобие земных селей.

Плохо верится в такие объяснения. Не лучше ли испробовать другой путь – предположить существование у Марса в недалеком прошлом гораздо более мощной атмосферы. Но что это значит? А то, что планеты могут за мгновенный в геологическом отношении срок потерять атмосферу. И, следовательно, атмосфера не есть весьма консервативный признак планеты, связанный лишь с ее массой, а признак изменчивый, который может исчезать и, должно быть, приобретаться. Такой далеко идущий вывод принять на вооружение без строгих аргументов науке тоже не просто. Вот и остаются для внеземных геологов русла марсианских рек постоянным камнем преткновения.

Гора Олимп на Марсе – самый крупный из известных ныне вулканов Солнечной системы. Поперечник основания вулкана достигает 600 км, высота около 24 км. На фотографии отчетливо виден центральный кратер на вершине вулкана и несколько боковых кратеров

Снимки планеты с нескольких космических аппаратов обнаружили разнообразие структур марсианской поверхности: протяженные, изломанной формы долины, кратеры, вулканы, поля дюн и многое другое.

Один из потухших марсианских вулканов настолько велик, что как самостоятельная деталь поверхности обозначался на картах еще в эпоху телескопических зарисовок. Этой детали за белизну (по-видимому, наблюдались окружающие гору облака) дали имя Никс Олимпика – Снега Олимпа. Поперечник подножия марсианского Олимпа около 600 км. Высота его, по существующим оценкам, достигает 24 км. Напомним, что крупнейший вулкан Земли – Мауна Лоа на Гавайских островах в Тихом океане – имеет поперечник подножия немногим более 200 км и возвышается над ложем океана всего на 9 км.

Немного южнее экватора Марса на 4 тыс. км протянулся тектонический разлом: каньон шириною местами до 200 км и глубиною в 5-7 км, получивший название Долины Маринера.

Крутые склоны каньона в ряде мест изрыты оврагами и несут следы оползания текучего материала.

Некоторые детали поверхности планеты бесспорно связаны с ветрами, которые раз в несколько лет поднимают на поверхности Марса громадные пылевые бури, одновременно захватывающие едва ли ни всю его поверхность. Одна из таких бурь во время великого противостояния 1971 г. сильно мешала фотографировать поверхность с борта американского космического аппарата «Маринер-9» и советских космических аппаратов «Марс-2» и «Марс-3». Памятниками марсианских ветров служат поля кочующих марсианских барханов. Впрочем, в обычное время между бурями ветер гладит поверхность, как ласковый бриз.

Крохотные пылевые частицы, плавающие в атмосфере Марса, по-разному рассеивают свет в различных участках спектра и придают марсианскому небу розоватый оттенок – такой же, как мы наблюдаем на Земле при заходе Солнца в ветреную погоду.

Запущенные летом 1975 г., два американских космических аппарата «Викинг», каждый из которых состоял из орбитального и посадочного отсеков, достигли окрестностей Марса соответственно в июне и августе 1976 г. На посадочных отсеках, один из которых изображен на иллюстрации, кроме регулярных съемок окружающей местности, удалось успешно выполнить ряд научных экспериментов. Орбитальные отсеки использовались для картографирования почти всей поверхности Марса

Результаты космических экспериментов не исключают возможность, что под толстыми наносами пыли в нескольких местах планеты могут залегать замерзшие моря. Различные формы рельефа Марса также связаны, по-видимому, с явлениями типа земной «вечной мерзлоты». Однако в сезонных полярных шапках Марса «настоящего», водяного льда очень немного. Они состоят преимущественно из твердой углекислоты – того самого сухого льда, которым так широко пользуются у нас продавцы мороженого.

Марс скудно обогревается Солнцем, и температура на его поверхности днем даже в разгар лета едва переваливает за 0 °C. В зимнее время от лютой стужи на камнях марсианских пустынь выступает «иней» – оседает замерзшая углекислота.

Напряженность магнитного поля Марса составляет ничтожную долю напряженности магнитного поля Земли и в 6 раз слабее напряженности поля Меркурия.

Спутники Марса оказались неправильной формы, оббитыми со всех концов космическими «камнями». Фобос, случись отбуксировать его на Землю, можно было бы свободно уместить на большинстве из тихоокеанских атоллов: его размеры в трех взаимноперпендикулярных направлениях составляют 27х2Iх19 км. Деймос еще меньше: 15х12х11 км.

Отрицательные результаты принесли пока все усилия найти на Марсе следы органических соединений. С самого начала космических исследований было ясно, что уповать на быструю удачу в этом деле не приходится. Наивно было предполагать, что телекамеры посадочных аппаратов покажут землянам тамошнюю пальму, слона или динозавра. Однако среди ученых теплилась надежда отыскать, по крайней мере, марсианские бактерии. Но этого не произошло. На сегодняшний день никаких следов марсианских микроорганизмов тоже не обнаружено. Как знать, может быть жизнь на Марсе затаилась в руслах высохших рек?

 

Колосс Юпитер

Юпитер формировался в толстой и самой плотной части протопланетного облака. Именно сюда, в эту часть первичного облака, «выметались» давлением солнечных лучей все легкие летучие вещества, в особенности водород и гелий. Благодаря густой «питательной среде» Юпитер вырос в гиганта.

Химический состав Юпитера резко отличается от химического состава Меркурия, Венеры, Земли и Марса – планет земной группы. Колосс Юпитер в этом отношении гораздо больше напоминает звезду, чем планету: он содержит в основном водород с примесью гелия.

В центре Юпитера предполагается существование жидкого ядра из силикатов и металлов: железа, никеля. Давление в ядре должно достигать нескольких десятков миллионов атмосфер, температура 25 тыс. кельвинов. Ядро заключено в «скорлупу» из отвердевших водорода и гелия, причем водород в нижней части «скорлупы» должен перейти в особое, металлическое состояние. Выше располагается аналогичная по составу водородно-гелиевая атмосфера, причем из-за высоких давлений нижняя часть атмосферы имеет большую плотность и вязкость. По своим механическим свойствам она скорее похожа на океан, чем на газовую оболочку. Таким образом, если углубляться постепенно в недра Юпитера, то сначала из обычной разреженной атмосферы попадешь в облачный слой – нечто вроде тумана с мелкими твердыми частичками, потом вступишь в слой значительного уплотнения, как бы слякоти, которая будет становиться все гуще и плотнее, покуда не окажется по существу твердой. Четко выраженной границы между твердым телом планеты и газовой оболочкой на Юпитере не существует.

С Земли наблюдается, конечно, не твердая поверхность планеты, а верхний слой облачности. Средний радиус Юпитера до видимого слоя облаков составляет 70 тыс. км.

Кроме водорода и гелия, как показывают спектральные измерения, в верхних слоях атмосферы Юпитера в большом количестве присутствуют также водородные соединения – газы метан СН4 и аммиак NH3. Метан – тот самый природный газ, который широко используется в городах в кухонных газовых плитах. Не исключено, что в атмосфере Юпитера имеется в некотором количестве и кислород.

Уже в небольшой телескоп Юпитер выглядит как золотистый диск, пересеченный темными и светлыми волокнистыми полосами. Эти полосы тянутся параллельно друг другу и параллельно экватору планеты. Диск кажется слегка вытянутым в направлении полос, и это первое впечатление совершенно справедливо. Юпитер делает полный оборот вокруг оси всего за 9 часов 50 минут и из-за большой скорости вращения заметно сжат у полюсов.

Полосы Юпитера – это следы общих атмосферных явлений, своего рода «пассатов», которые непрерывно дуют параллельно экватору. День ото дня структура полос и связанные с ними неправильной формой пятна облаков меняют свои очертания, хотя общий характер распределения основных деталей всегда остается одним и тем же.

Самое удивительное образование в атмосфере Юпитера – Большое красное пятно. Особое внимание на него обратили в 1878 г., когда оно растянулось на 50 тыс. км и бросалось в глаза как огромная кирпично-красная область атмосферы. Впоследствии, анализируя старые наблюдения, астрономы нашли красное пятно и на прежних зарисовках вплоть до XVII в.

Красное пятно сильно меняется в размерах – то оно бывает очень резким и большим, то почти исчезает. Оно заметно меняет свое положение относительно поверхности планеты: то ли оно дрейфует, подобно айсбергу в океане, то ли немного смещается в разные стороны, как буй, укрепленный на якоре с длинной цепью.

В прежние времена бытовало утверждение, что Большое красное пятно обусловлено вулканической активностью, – что это-де, попросту говоря, наблюдаемый нами след огромного огнедышащего вулкана. Однако наличие вулкана никак не вяжется с представлениями о «рыхлом», водородно-гелиевом Юпитере. Позднее предпочитали думать, что пятно – это совершенно необычное твердое тело, обладающее свойствами плавучести.

Новейшие трактовки не связывают пятно со строением поверхности. Его рассматривают как устойчивый атмосферный вихрь, однако красный цвет пятна не получает при этом никакого удовлетворительного объяснения.

В атмосфере Юпитера бушуют вихри. Темное образование в центре кадра – знаменитое Большое красное пятно Юпитера, хорошо известное по зарисовкам с Земли

Сведения о Юпитере и его спутниках существенно пополнились благодаря пролету возле планеты нескольких автоматических космических аппаратов. В облачном покрове Юпитера были сфотографированы многочисленные вихри, полярные сияния и всполохи молний. Общее число известных спутников подскочило с 13 до 16. Мало того, получила непосредственное подтверждение прежняя мысль о существовании вокруг Юпитера разреженного каменно-пылевого кольца наподобие знаменитого кольца Сатурна.

Существование кольца Юпитера было теоретически предсказано в шестидесятые годы киевским астрономом С. К. Всехсвятским, который позднее обратил внимание на наблюдаемую иногда на диске Юпитера, вдоль его экватора, темную и тонкую полоску – предположительно тень от кольца. Поскольку сфотографировать это кольцо в телескоп никому не удавалось, существование его считалось спорным. Космические фотографии в 1979 г. рассеяли сомнения и подтвердили правильность прогноза советского ученого.

Основное, или так называемое «внешнее» кольцо Юпитера отстоит от планеты на один радиус и простирается в ширину на 6 тыс. км. Толщина кольца, состоящего из глыб, небольших камней и метеоритной пыли, оценивается в 1 км. Один из спутников обращается по внешней кромке этого кольца. Однако еще ближе к планете, почти достигая ее облачного слоя, располагается система значительно менее плотных «внутренних» колец Юпитера.

Очень запутанную картину являет собой мощное магнитное поле Юпитера. Оно выглядит так, будто в тело планеты вставлен не один, а несколько симметричных намагниченных стержней. У него отмечается сразу несколько магнитных полюсов, и взаимодействие Юпитера с потоком заряженных частиц солнечного ветра иное, чем для планет земной группы. Одним из следствий этого, по-видимому, является собственное излучение Юпитера в радиодиапазоне.

Одно из удивительнейших открытий последних лет – действующие вулканы на спутнике Юпитера Ио. Эта космическая фотография, переданная на Землю, с первого же момента не оставляла никаких сомнений в ее содержании: извержение вулкана проектируется на темный фон неба

Описанные открытия, однако, меркнут перед невиданным ранее миром спутников Юпитера. Яркий спутник по имени Европа скован ледяным панцирем и почти полностью лишен наиболее характерной черты поверхностей планетных тел – кратеров. В противоположность ледяной Европе будто ржавый шар спутника Ио (по размерам очень напоминающего Луну) продемонстрировал сразу 8 огнедышащих вулканов. Поверхность Ио затоплена лавой и исковеркана следами чудовищных по масштабам и силе эрозионных катаклизмов. Через 4 месяца после первого фотографирования действующих на Ио вулканов, съемка была повторена еще одним космическим аппаратом, и 7 из 8 вулканов продолжали свою разрушительную деятельность. До той поры современные действующие вулканы считались особенностью одной только Земли.

Масса спутника Ио всего на 20 % больше массы Луны, а диаметр составляет 3620 км (у Луны 3476 км). И Луна, и Ио недостаточно велики, чтобы их разогрев вследствие распада радиоактивных элементов в коре вызвал активные вулканические извержения. Причины вулканизма на Ио усматривают в совместном приливном воздействии Юпитера и его крупных спутников – Европы и Ганимеда.

Одна из наиболее примечательных деталей на поверхности Ио получила название Локи. Если предложенная интерпретация фотоснимков верна, то Локи представляет собой 250-километровое озеро расплавленной серы, в котором плавает угловатой формы «айсберг» из твердой серы поперечником порядка 100 км.

Орбита спутника Ио расположена в центре сложного радиационного пояса Юпитера. В результате система Ио – Юпитер работает как часть исполинской природной динамо-машины: между Ио и Юпитером течет ток в 5 млн ампер – мощность этой энергосистемы в 20 раз превосходит суммарную мощность всех электростанций Земли. Нельзя исключить, что вулканические извержения на Ио связаны, в том числе и с продолжительным действием на поверхность этого спутника прожигающих электрических разрядов.

Юпитер и его спутники в миниатюре напоминают самостоятельную планетную систему. Не дадут ли дальнейшие исследования системы Юпитера ключ к пониманию особенностей процессов формирования и эволюции всей Солнечной системы?

 

Чудеса Сатурна

Размеры планет, следующих за Юпитером, начинают идти на убыль. Сатурн, хотя и велик, но по размерам на 1/5 уступает Юпитеру. На один оборот вокруг оси Сатурн затрачивает примерно на полчаса больше, чем Юпитер.

Естественно, что наибольшее внимание астрономов постоянно привлекало к себе кольцо Сатурна. Казалось, его структура была изучена по наземным телескопическим наблюдениям достаточно подробно. Когда же после трех лет пути вблизи Сатурна ураганом промчались первые космические посланцы Земли, картина оказалась несравненно сложнее.

Космический аппарат, запущенный с Земли, движется в окрестностях Сатурна со скоростью более 20 км/с. Он успевает бросить только мимолетный взгляд на эту планету. Но даже такого мимолетного взгляда оказалось достаточным для удивительных и неожиданных открытий. Астрономам удалось выделить вокруг Сатурна не несколько как прежде, а много тысяч вложенных одно в другое колец. Такую сложную концентрическую структуру можно сравнить разве что с кругами от брошенного камня на не очень спокойной поверхности воды. Можно привести и другое сравнение: внешний вид кольца Сатурна напоминает испещренную бороздами грампластинку.

Совершенно нежданным-негаданным было то, что существуют яркие и узкие кольца, которые не только вложены друг в друга, но, словно вопреки здравому смыслу, переплетаются в жгут наподобие прядей в женских косах. При фотографировании сверху кольца оказались испещрены радиальными темными разрежениями, которые на снимках напоминают спицы неведомого колеса. По-видимому, специалистам по небесной механике понадобится не один год, чтобы свести концы с концами в «хозяйстве» Сатурна: согласовать теорию с наблюдениями и объяснить эти открытия.

Космическая фотография колец Сатурна показывает, что они состоят из многих тысяч отдельных тонких «колечек»

Сатурн обращается вокруг Солнца так, что плоскость колец всегда остается параллельной самой себе. Вследствие этого, наблюдая Сатурн с Земли, мы видим его кольца попеременно под разными углами. В какой-то момент времени они повернуты к Земле так, что видны наилучшим образом. В этот период лучше всего было изучать природу колец и делящих их темных делений.

По мере движения Сатурна по орбите наблюдаемый разворот колец уменьшается, и в конце концов мы видим кольца Сатурна строго с ребра. Так как они очень тонки, то наблюдать их в это время вообще невозможно. Кольца в такие периоды как бы вовсе исчезают. Это, между прочим, и объясняет загадочное происшествие с Галилеем, когда он вдруг потерял из виду обоих «прислужников» Сатурна.

Периоды мнимого исчезновения колец наступают примерно каждые 15 лет. Такие периоды очень благоприятны для поисков близких к планете спутников. С помощью космических фотографий число открытых спутников Сатурна доведено уже до 17. Впрочем, похоже, что четкой грани между наименьшими спутниками и наибольшими глыбами в кольцах Сатурна не существует, а поэтому точное число спутников назвать вообще невозможно.

Самый крупный из спутников Сатурна – Титан – имеет поперечник твердого тела в 5150 км и среди всех спутников планет во всей Солнечной системе уступает по массе несколько процентов только рекордсмену – спутнику Юпитера Ганимеду. Поперечник Титана лишь в 2,5 раза меньше поперечника Земли. Внутреннее строение Титана, по-видимому, отчасти напоминает строение тела Земли: недра Титана расслоены на ядро, мантию и кору. Атмосфера Титана красно-оранжевого цвета была открыта давно еще из наземных наблюдений. В результате космических экспериментов стало известно, что она плотнее и толще земной и на 90 % состоит из азота. Около 10 % может составлять аргон. В качестве примесей в ней присутствуют метан, аммиак, этан, пропан, этилен, ацетилен, водород и даже в небольших количествах кислород.

Температура у поверхности Титана ниже 100 К. Не удивительно, если там идут проливные дожди из жидкого азота, и в азотных заводях плавают айсберги из замерзших метана и аммиака. Некоторое время назад воображение ученых рисовало поверхность Титана как «болота» из жидкого азота, над которыми клубится густой азотный туман. Расчеты последних лет привели к иным представлениям. Океаны на Титане, если они существуют, состоят по большей части из этана и метана с растворенным в них азотом. Состав твердого тела Титана – льды с примесью силикатных пород.

В атмосфере самого Сатурна наблюдаются полосы, вихри, ореолы и другие образования, похожие на образования в атмосфере Юпитера. Они не отличаются ни длительностью существования, ни регулярностью появления. В целом строение Сатурна должно во многом напоминать строение Юпитера. Наибольшую долю среди химических элементов, слагающих Сатурн, занимает водород. Важной отличительной особенностью Сатурна является чрезвычайно низкая средняя плотность. Она меньше плотности воды – всего 0,7 г/см2.

Юпитер и Сатурн – самые крупные планеты из группы водородно-гелиевых планет-гигантов. Но основные особенности строения их, по-видимому, распространяются и на другие планеты этой группы, в частности на планету Уран. Детальное исследование физических условий на Уране и еще более далеких планетах затруднено их огромным удалением от Земли. И преимущественное внимание при изучении этих планет как прежде, так и теперь, уделяется особенностям их орбитального движения вокруг Солнца.

 

Окраины солнечной системы

Уран – первая из планет, обнаруженных благодаря телескопу, хотя при благоприятном стечении обстоятельств его можно порой наблюдать на небе невооруженным глазом как очень слабую голубовато-зеленоватую точку. Расстояние Урана от Солнца превосходит 19 астрономических единиц, его «год» длится 84 земных года. Масса Урана почти в 7 раз уступает массе его соседа Сатурна.

Достопримечательностью планеты служит причудливость осевого вращения. Ось Урана отклонена от плоскости его орбиты всего на 8°, т. е. практически лежит в этой плоскости, и Уран, тем самым, вращается, «лежа на боку»; один оборот он совершает за 17 часов. Сменяющие друг друга «полярный день» и «полярная ночь» по этой причине характерны не только для высокоширотных областей планеты, как на Земле и на Марсе, а охватывают всю поверхность Урана за исключением узкой полосы ±8° по обе стороны от экватора.

Названия пяти спутников Урана, открытых по телескопическим наблюдениям с Земли с 1787 по 1948 гг., воскрешают в памяти имена литературных героев. В порядке удаления от планеты это Миранда, Ариель, Умбриель, Титания и Оберон. Выбранные В. Гершелем названия Оберон и Титания заимствованы из пьесы Шекспира «Сон в летнюю ночь», Дж. Койпер в 1948 г. взял имя Миранда из шекспировской «Бури», а У. Лассель в 1851 г. воспользовался именами из той же «Бури» (Ариэль) и поэмы А. Попа «Похищенный локон» (Умбриэль).

Как то уже случалось для Юпитера и Сатурна, в начале 1986 г. после пролета мимо Урана космического аппарата количество обнаруженных около него спутников резко увеличилось, – по крайней мере до 15.

К числу любопытных исторических казусов можно ныне отнести эпопею поисков колец Урана. Первооткрыватель планеты В. Гершель по аналогии с Сатурном ожидал кольца, и несколько раз в его дневниках появляется запись об их наблюдении. Придирчивый к своей работе астроном, однако, не торопился обнародовать новость, и при последующих перепроверках наличие колец у Урана не подтверждалось. Проблема активно обсуждалась до середины XIX в., когда она, казалось, была закрыта раз и навсегда. Но, как говорит поэт, «ничто не вечно под Луною».

9 марта 1977 г. ожидалось покрытие диском Урана слабенькой звездочки 9-й звездной величины. Регистрация точных моментов «закрытия» и «открытия» звезды диском планеты дает очень редкую возможность уточнить размеры планеты, и поэтому астрономы подобными явлениями никогда не пренебрегают. В тот раз оно наблюдалось только из южного полушария Земли. За ходом покрытия следили из обсерватории австралийского города Перта и с борта самолета-лаборатории. Характер наблюдений был не из сложных, результаты не сулили никаких неожиданностей: как будничные наблюдения это дело предоставили группе инженеров и астрономов-новичков. Наблюдатели на Земле и в воздухе, как водится, заблаговременно заняли рабочие места. Звезда неторопливо шла на сближение с диском Урана, и вдруг свет ее на несколько секунд померк. Это произошло за 40 минут до ожидаемого начала покрытия.

Замешательство молодых астрономов не знало предела. Они испугались, что аппаратура функционирует со сбоями, и их наблюдения пойдут насмарку. Звездочка продолжала «подмаргивать», но все усилия устранить «неисправность» были тщетными. Впрочем, собственно покрытие наблюдалось в течение 25 минут безо всяких происшествий. Зато после него все спады блеска звезды последовательно повторились в обратном порядке. Сходные результаты были получены на наземном телескопе и с самолета. Это могло означать только одно: Уран окружен системой тонких колец, которые экранировали свет звезды до и после экранирования его самим диском планеты.

Обстоятельства открытия колец планеты Уран

Расшифровка данных покрытия звезды кольцами Урана позволила оценить их структуру. Девять узких колец как бы вложены одно в другое в плоскости экватора планеты. Типичная ширина колец составляет 10 км. Они – темные, и поэтому оставались в неизвестности 196 лет после открытия самого Урана. Однако, узнав о существовании колец, астрономы тотчас успешно сфотографировали их в инфракрасном свете. Дальнейшие подробности структуры колец Урана изучались по фотографиям, которые после восьми с половиной лет полета передал на Землю космический аппарат «Вояджер-2». Кольца оказались разноцветными. Предполагают, что они имеют различный химический состав. Отметим парадоксальное обстоятельство: в дневнике В. Гершеля 1789 г. неподтвержденные им в дальнейшем кольца Урана нарисованы именно так, как по современным данным они и должны были бы располагаться в то время. Случайность ли это? Неужели кольца действительно наблюдались и за два столетия обветшали настолько, что перестали быть доступными наземной астрономической технике? Это крайне неправдоподобно.

Нептун тоже несколько раз затмевал слабые звезды, и тоже преподнес астрономам сюрприз. У него подозревается кольцо особого, незамкнутого типа.

Французский астроном сравнил кольца планет-гигантов с запахом духов: они содержат мало вещества, но вызывают сильные эмоции. Какие же выводы предстоит сделать из того, что все четыре планеты-гиганта окружены кольцами? Прежде всего, очевидно, этот факт нельзя объяснить чисто случайными причинами. По-видимому, возникновение колец является одной из важных закономерностей формирования планет в центральной части протопланетного облака. Но сказать нечто более определенное пока не представляется возможным. Слово – за будущим.

«Парадом планет» журналисты окрестили редкое астрономическое явление, когда все они выстраиваются почти что в линию по одну сторону от Солнца. Такое явление имело место в 1981-1982 гг. На самом деле планеты, конечно, не выстраиваются строго вдоль одной линии, а занимают небольшой сектор, как это показано на схеме

На сегодняшний день Нептун известен нам как последняя из планет, по всем основным признакам принадлежащая к группе планет-гигантов. Масса Нептуна в 17 раз больше массы Земли, средняя плотность не достигает 1/3 плотности Земли. На один оборот вокруг оси он затрачивает 16 часов. До фотографирования с «Вояджера-2» у него были известны два спутника: их «водные» имена под стать богу морей Нептуну – Тритон и Нереида. Первый из спутников почему-то обращается в направлении, противоположном направлению вращения самого Нептуна.

Как очень далекая планета (ее среднее удаление от Солнца составляет 30 астрономических единиц), Нептун движется по орбите неспеша, совершая обход вокруг Солнца за 165 лет. Со времени его открытия в 1846 г. он не закончил еще и одного полного оборота.

Совсем уж немного известно нам о планете Плутон. На один полный оборот вокруг Солнца планета затрачивает 250 лет.

Среднее удаление Плутона от Солнца составляет 40 астрономических единиц – это громадная величина, но гораздо меньше той, которая следует для полноценной планеты по эмпирическому правилу Тициуса – Боде. Из особенностей орбиты Плутона само собой напрашивается предположение: не был ли Плутон некогда спутником Нептуна? Эта мысль не опровергается и физическими характеристиками Плутона, который гораздо больше напоминает планету земной группы, нежели члена сообщества планет-гигантов. Бытует представление, что Плутон, скорее всего, носит черты «гибрида», взяв кое-что от обеих характерных планетных групп.

Необычная орбита нового члена Солнечной системы – Хирона

Сюрпризом оказалось открытие в 1978 г. спутника Плутона. По оценкам спутник очень близок к планете – отстоит от нее всего на 19 тыс. км, имеет размеры в два раза меньше размеров планеты и обращается будто связанный с телом Плутона жестким стержнем: период обращения спутника вокруг Плутона совпадает с периодом вращения Плутона вокруг оси. Спутник поэтому никогда не восходит и не заходит относительно горизонта ни в одной точке поверхности Плутона. Он отовсюду наблюдается как вечно висящий на небе в одном и том же месте. Этот спутник получил удачное имя Харона – мифического перевозчика душ усопших в загробный мир через реку Стикс.

Та область Солнечной системы, где пребывают окраинные планеты, громадна. Кольцо между орбитами Урана и Плутона, к примеру сказать, в 3,2 раза превосходит по площади всю остальную часть Солнечной системы с семью планетами. Из общих соображений очевидно, что процессы в такой значительной зоне как в прошлом, так и в настоящем имеют первостепенное значение для судеб всей планетной системы. Но наши сведения о периферии мира планет по-прежнему еще слишком скудны.

На исходе 1977 г. в Солнечной системе было замечено еще одно небольшое планетное тело, которое всколыхнуло умы астрономов. Сильно вытянутая орбита этого странника заключена между орбитами Сатурна и Урана. Быстро договорились о названии новичка: ему дали имя премудрого кентавра Хирона. Но что он такое? Для новой планеты Хирон не дорос – слишком мала масса. Астероид? Но ведь пояс астероидов, как известно, заключен между Марсом и Юпитером. Закинула ли его судьба так далеко от пояса астероидов случайно? Или же он предвещает открытие второго кольца астероидов между Сатурном и Ураном?

Этот вопрос, как и десятки других, пока остается без ответа.

 

Невозможное сегодня возможно завтра

Дружелюбна ли Природа человеку? Или она питает к нему вражду? Очевидно, ни то, ни другое. «У природы нет плохой погоды», – поется в песне; природа нейтральна. Неодухотвореннная Природа безразлична к существованию человека, однако нельзя забывать, что силы Природы бесконечно разнообразны и бесконечно превосходят нас по своему могуществу. И поэтому создается впечатление, будто Природа не желает выставлять секретов напоказ. Будто бы она предпочитает играть в прятки и не прочь пустить неосмотрительных ловчих по ложному следу. Словно искусный военачальник, она держит круговую оборону на дальних подступах к неизведанному. А наука – в неустанном поиске. Наука ведет широкое наступление по всей линии фронта на «ничейной земле» между еще неизведанным и уже освоенным. Где произойдет следующий прорыв в тайны мироздания, на каком участке исследований наука овладеет новыми рубежами знаний?

В пятидесятые годы нашего столетия астрономам казалось рукой подать до постижения проблемы происхождения планет. Однако на деле существенный прогресс был достигнут в иной области астрономии – в развитии представлений о происхождении галактик и в изучении эволюции звезд. О некоторых результатах в этих направлениях мы рассказали в первой главе.

А как же планетная астрономия? Благодаря наступлению космической эры она переживает сегодня второе рождение. Обилие свежих фактических данных обещает крупные теоретические обобщения, и мы не питаем сомнений, что открытие важных закономерностей в мире планет ныне действительно не за горами.

Успехи планетной астрономии обязаны совершенствованию методов наземных телескопических наблюдений, но решающее слово здесь бесспорно принадлежит исследованиям с помощью средств ракетно-космической техники.

Металлурги редко применяют чистые металлы. Они предпочитают сплавы. Именно сплавы дают возможность варьировать свойства материалов; именно сплавы обладают повышенной прочностью и твердостью.

Сравнение со сплавами невольно приходит в голову, когда речь идет об удивительно плодотворном сочетании многих наук в том грандиозном комплексе, который зовется в наши дни космической наукой.

Космическая наука не имеет специфического предмета исследования. Ведь ее объекты – звезды, планеты, межпланетная среда, поведение живых организмов в космосе – являются традиционными объектами изучения астрономии, геофизики, биологии.

Космическая наука не имеет специфического метода исследования. Она пользуется методами математическими, физическими, химическими, астрономическими. Но ни то, ни другое нельзя ставить в укор космической науке. Ее отличительная черта состоит в использовании ракетно-космической техники. Это позволяет проводить наблюдения и эксперименты в условиях, резко отличных от земных. Ракетная техника дает возможность избежать влияния атмосферы Земли, приблизить приборы к объектам исследования.

Сплав обладает свойствами, которые не присущи ни одному из его компонентов, взятых в отдельности. То же справедливо и для космической науки: именно в комплексе она позволяет получить те потрясающие научные результаты, которые доныне не могли быть получены иными средствами.

На протяжении ряда лет в новогодних номерах газеты «Правда» за подписью К. Сергеева появлялись обзорные статьи, в которых подводились важнейшие итоги очередного «космического года», обсуждались далекие и близкие перспективы космических исследований. Сегодня имя автора этих статей известно всему миру – им был академик С. П. Королев.

Последняя из статей С. П. Королева была опубликована накануне его кончины-1 января 1966 г. Она стала, как бы своеобразным завещанием крупнейшего советского ученого. Цитируя слова К. Э. Циолковского о том, что «невозможное сегодня становится возможным завтра», С. П. Королев в этой статье выражал уверенность в стремительном и, главное, всестороннем развитии космонавтики. Он предсказывал, что дальнейшее совершенствование средств автоматизации, телеинформации и управления процессами позволит очень эффективно использовать автоматические космические станции, которые внесут неоценимый вклад в изучение планет Солнечной системы. Он по достоинству оценивал значение исследований, выполняемых непосредственно человеком, и предвидел дальнейшее совершенствование техники пилотируемых космических полетов.

С. П. Королев оказался прав в своих прогнозах: именно так – широким фронтом – и развивалась космонавтика в СССР.

В 1969 г. Москва чествовала семерых героев беспримерного группового полета сразу трех космических кораблей «Союз» – полета, который открыл перспективы для создания крупных долгодействующих орбитальных комплексов типа станций «Салют».

В СССР только за три с половиной года, с сентября 1973 по февраль 1977 гг., космодром Байконур провожал в звездные дали 12 пилотируемых космических кораблей серии «Союз». Вахту в Космосе несли 23 советских космонавта.

Новый важный этап в осуществлении долгосрочной советской космической программы наступил в сентябре 1977 г. Вышла на орбиту станция «Салют-6». Эта громадная лаборатория больше трех с половиной лет служила гостеприимным «домом» для многих тружеников Космоса.

В 1977-1978 гг. Ю. В. Романенко и Г. М. Гречко побили рекорд длительности пилотируемых космических полетов. Они проработали на борту станции «Салют-6» 96 суток! Их успех был только началом. К этому времени советские специалисты по космической медицине уже накопили богатый опыт подготовки «звездных долгожителей».

В канун 61-й годовщины Великого Октября космонавты В. В. Коваленок и А. С. Иванченков установили на «Салюте-6» новый выдающийся рекорд продолжительности пилотируемого полета. Они прожили в Космосе 140 суток! Длительная научно-исследовательская работа советских космонавтов стала нормой космических будней.

Долговременная орбитальная станция «Салют-6» продолжала надежно работать. В 1979 г. В. А. Ляхов и В. В. Рюмин совершили на ее борту полет продолжительностью в 175 суток. А в 1980 г. Л. И. Попов и В. В: Рюмин провели на «Салюте-6» уже более полугода – они прожили в условиях космической невесомости 185 суток.

Медико-биологические проблемы работы человека в длительных космических полетах решены в СССР настолько успешно, что теперь космонавты после возвращения на Землю практически не нуждаются в адаптации к жизни в обычных условиях земного тяготения. Они легко выполняют повторные космические полеты. Ярким примером тому стал «послужной список» космонавта В. В. Рюмина: за три года он совершил три космических полета, прожив на орбите целый год. К 1987 г. В. А. Джанибеков совершил пять полетов в космос.

Доставка оборудования для своевременной замены приборов и агрегатов и дооснащения станции «Салют-6» осуществлялась с помощью нескольких автоматических грузовых кораблей «Прогресс». Были проведены испытания усовершенствованных пилотируемых кораблей «Союз Т».

В апреле 1982 г. на околоземную орбиту была выведена усовершенствованная долговременная станция второго поколения «Салют-7». 14 мая 1982 г. со станцией «Салют-7» состыковался космический корабль «Союз Т-5» с экипажем в составе А. Н. Березового и В. В. Лебедева. Эти космонавты работали в Космосе 211 суток, почти на месяц перекрыв предыдущий рекорд Л. И. Попова и В. В. Рюмина. В составе двух экипажей посещения на станции «Салют-7» работала вторая в мире женщина-космонавт С. Е. Савицкая, летчик-испытатель, мастер спорта СССР, мировая рекордсменка.

Рекорд длительности пребывания на орбите в 211 суток продержался всего два года. В 1984 г. он был перекрыт Л. Д. Кизимом, В. А. Соловьевым и О. Ю. Атьковым, которые находились в орбитальном полете на станции «Салют-7» в течение 237 суток.

Весной 1986 г. стала на космическую вахту крупногабаритная орбитальная станция «Мир». Ее конструкция допускает одновременное причаливание к ней не двух, а гораздо большего числа космических кораблей. Первыми начали обживать новый «дом на орбите» космонавты-рекордсмены по длительности пребывания в Космосе Л. Д. Кизим и В. А. Соловьев. А 6 мая 1986 г. они впервые в практике пилотируемых полетов выполнили перелет с одной орбитальной станции на другую. Космонавты покинули станцию «Мир» и на корабле «Союз Т-15» прибыли на хорошо знакомую им станцию «Салют-7».

В 1987 г. потолок рекорда длительности пребывания на орбите был поднят до 326 суток! Столько времени бессменно прожил на станции «Мир» космонавт Ю. В. Романенко. Но и этому рекорду была суждена недолгая жизнь. В. Г. Титов (однофамилец космонавта-2 Г. С. Титова) и М. X. Манаров проработали на «Мире» 366 суток – таким образом был преодолен символический рубеж длительности непрерывного пребывания в невесомости в целый год.

Трудовая вахта советских космических кораблей и космических аппаратов вносит неоценимый вклад в решение многих народнохозяйственных проблем. Из космического пространства выполняется цикл разнообразных исследований природных ресурсов нашей Родины. С помощью спутников осуществляется телефонная связь на дальние расстояния, ведется трансляция телевизионных передач. Спутники коренным образом изменили лицо современной метеорологии.

На околоземных орбитах с успехом решают поставленные задачи автоматические станции «Астрой», «Горизонт», «Луч», «Молния», «Радуга», «Экран» и многие другие. Возможности дальнейшего применения космических средств в интересах народного хозяйства страны неисчерпаемы.

Диаграмма роста продолжительности полетов экспедиций на советских орбитальных космических станциях «Салют» и «Мир»

Одновременно советские ученые продолжали демонстрировать всему миру, какие богатые перспективы таятся в умелом использовании межпланетных космических автоматов.

На исходе 1970 г. одна за другой посетили Луну советские автоматические станции «Луна-16» и «Луна-17». Первая из них вернулась на Землю, доставив в земные лаборатории образец лунного грунта из Моря Изобилия. Автоматическая станция «Луна-17» доставила в Море Дождей самоходный аппарат «Луноход-1» – прообраз лунных транспортных средств будущего. Неутомимый луноход на протяжений 11 месяцев самостоятельно перемещался, «осматривал» окружающую его местность, «трогал» грунт и выполнял большую программу разнообразных научных исследований.

Рельеф участка поверхности Венеры в районе гор Максвелла. Эти и подобные им данные по многочисленным регионам Венеры получались с помощью локаторов бокового обзора на советских космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16»

В разделе о кометах мы уже рассказывали о полетах «Веги-1» и «Веги-2». Имя этих космических аппаратов было получено как сокращение от полного названия программы «Венера – комета Галлея». Высадив на поверхность Венеры посадочные блоки, они совершали гравитационный маневр и уходили к комете Галлея. Впечатляющие результаты исследований самой знаменитой из комет обошли весь мир. 7 и 12 июля 1988 г. взяла старт программа «Фобос».

Сегодня для автоматических космических аппаратов в Солнечной системе нет недоступных уголков. Словно руки человека-великана, они дотянулись до других планет. Словно его глаза, они посмотрели на чужую почву и чужое небо. Космические роботы исследовали Луну, Венеру, Марс, облетели Меркурий, пролетали мимо Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Они принялись за изучение загадочных странников – комет. Новые космические эксперименты сулят сравнительной планетологии заманчивое будущее.

 

Что дальше?

Нет никаких сомнений в том, что человек не остановится на достигнутом и в ближайшем будущем продолжит свое шествие в космическое пространство. Суть проблемы состоит в следующем: кто, когда, куда, зачем, сколько это будет стоить и какова логическая последовательность планируемых шагов?

Разумеется, приоритеты следующего шага, который должен последовать за этапом долговременных околоземных космических станций, обдумываются уже давно. Рассматривая космические исследования с участием человека, на начало грядущего третьего тысячелетия мы имеем только две реальные возможности: полеты на Луну или Марс, причем аргументация в пользу выбора Марса чрезвычайно сильна. Это представляло бы собой наиболее впечатляющий научно-технический вызов.

Среди других планет Марс отличается завидным количеством нераскрытых тайн. Поверхность Марса является наиболее благоприятной средой, где посланцы человечества, используя на месте необходимые для целей развития сырьевые ресурсы, могут развернуть свою деятельность в грандиозном масштабе. Благодаря энергичной рекламе, созданной преимущественно Планетным обществом США с привлечением видных деятелей других стран, кампания в пользу международной пилотируемой экспедиции на Марс обрела силу и получила серьезную политическую поддержку. Внимание к этому проекту было привлечено с советской стороны в ходе встречи на высшем уровне Генерального секретаря ЦК КПСС М. С. Горбачева с Президентом США Р. Рейганом в Москве летом 1988 г.

В полной мере отдавая должное значимости исследований Марса с участием человека в качестве перспективной долгосрочной цели, мы считаем своим долгом подчеркнуть огромные трудности в реализации подобной программы. Марс очень удален от Земли, а уровень достигнутой на сегодня космической технологии все еще недостаточно высок. Пилотируемая экспедиция на Марс будет сопряжена с весьма серьезным риском для жизни космонавтов и чрезвычайно высокой стоимостью, притом, что все средства придется вкладывать безо всякой перспективы на их экономическую отдачу. Непредсказуемые «подводные камни», отсутствие очевидных экономических стимулов – все это в совокупности даже в случае успеха экспедиции может возродить синдром, который возник в США после программы «Аполлон»: «Ну и что же дальше?…».

Вспомним, что решение Президента США Джона Кеннеди о полете американца на Луну было смелой политической инициативой, однако обратная сторона медали заключалась в том, что оно не предлагало человечеству оптимального пути в Космос ни в инженерном, ни в экономическом плане. За этот просчет пришлось заплатить слишком высокую цену, чтобы повторять его вновь, поспешив с экспедицией на Марс.

Развертывание обитаемой лунной базы составляет альтернативу, которая предпочтительнее экспедиции на Марс по нескольким соображениям. В первую очередь следует постоянно помнить, что Луна в 100 раз ближе Марса даже при его наибольшем приближении к Земле. Это обстоятельство непосредственно связано с длительностью полетов. Луну можно достичь всего за несколько дней, между тем как экспедиция на Марс и обратно требует нескольких лет. Длительность полета, в свою очередь, резко усложняет системы жизнеобеспечения и повышает требования к надежности всех остальных систем. Даже в организации радиосвязи между Землей и Луной или между Землей и Марсом существует заметная разница. Если переговоры с Луной осуществляются лишь с трехсекундной задержкой, то интервал между вопросом с Земли и ответом с Марса будет колебаться примерно от пяти минут до более чем получаса. Какие-либо медицинские или другие срочные вопросы, которые легко решаются на Луне при участии земных специалистов, в ходе экспедиции на Марс могут оказаться фатальными, поскольку космонавты вынуждены будут полагаться на самих себя в течение трех лет.

Что касается чисто экономических факторов, то при освоении Луны в обозримом будущем может быть достигнут совершенно новый уровень коммерческого и промышленного использования космического пространства. Так, в частности, Луна может стать наиболее дешевым источником получения больших объемов кислорода для заправки космических кораблей даже на околоземных орбитах. Если на Луне будут развернуты надлежащие производственные мощности, то, по-видимому, окажется намного дешевле отправлять в другие районы космического пространства металлы, керамику, стекло – именно с Луны, а не с Земли. Более крупное в экономическом масштабе освоение Космоса в следующем тысячелетии окажется в серьезной степени зависящим от лунных ресурсов.

В свете этих соображений именно создание обитаемой лунной базы может стать прологом регулярной международной космической деятельности XXI века.

Луна всегда помогала астрономам проверять свои научные концепции. В древние времена фазы Луны служили измерителем времени и контролем точности календарей. Луна послужила Ньютону «пробным камнем» для проверки закона всемирного тяготения. Она была одним из первых объектов исследований для молодой астрофизики. Она сыграла ту же роль в начале космической эры. Место Луны в ряду альтернативных приоритетов и в прошлом, и в настоящем, и в будущем зависит от того, отдаем ли мы предпочтение рекогносцировочным исследованиям или ставим на повестку дня проблему практического освоения завоеванных у природы рубежей. На примере Арктики, Антарктики, Мирового океана мы знаем, что за рекогносцировкой неминуемо должен последовать этап освоения. Крупномасштабное картографирование поверхности, включая картографирование физических свойств, геологическое районирование, геофизическую съемку, – этот рекогносцировочный этап для Луны был в основном пройден более полутора десятилетий назад. Переход к освоению не состоялся, поскольку слишком богатые возможности «снять сливки» в других направлениях сохранялись на основе уже достигнутой технологии. Освоение же Луны требовало совершить новый технологический скачок. В порядке соперничества это уже не имело смысла, а эпоха сотрудничества тогда еще не наступила.

Первые полеты к Луне советских автоматов носили триумфальный характер. Их выдающееся научное значение не вызывало споров. Не вызывали споров и полеты по программам «Рейнджер», «Сервейор», «Лунар орбитер». Острые разногласия начались при оценке научных итогов программы «Аполлон»: оправдала ли она 25 миллиардов долларов, которые были израсходованы на ее осуществление?

Главные итоги программы «Аполлон», как их формулировал Президент США в послании к Конгрессу, заключались не в научных результатах. Она стимулировала скачок в прогрессе космической техники, решала политические и престижные задачи. Если резюмировать кратко, программа «Аполлон» – дитя соперничества, а не сотрудничества. В ходе программы «Аполлон» было продемонстрировано, что человек может работать на поверхности Луны, однако требуется еще громадный дополнительный опыт, чтобы научиться создавать и эксплуатировать эффективные системы для жизнедеятельности человека в господствующих на Луне специфических условиях пониженной силы тяжести и полного отсутствия атмосферы. Совершенно очевидно, что Луна может служить полигоном для приобретения подобного опыта, который понадобится участникам пилотируемой экспедиции на Марс, чтобы прожить на его поверхности достаточно длительное время перед возвращением на Землю. Говоря совершенно серьезно, такой опыт в надлежащем объеме можно приобрести только и только на Луне.

Конечно, прагматические аспекты приобретения технологического опыта ни в коей мере не исчерпывают значения нового возможного шага на пути освоения Луны. Во второй половине XX века человечество, обретя зримые черты общепланетной цивилизации, столкнулось с рядом проблем общепланетного характера. Как мы уже отмечали, наряду с острыми социальными коллизиями приходится констатировать истощение минеральных ресурсов, острую нехватку в ряде регионов планеты запасов питьевой воды, нежелательные изменения климатических условий, необратимые нарушения экологической обстановки и многое другое. Способность человечества своевременно предвидеть надвигающиеся угрозы и мобилизовать требуемые энергетические ресурсы для поддержания необходимого равновесия с внешней средой – это, пожалуй, основной критерий его научной зрелости. Поэтому проблема наиболее полного изучения окружающей человека внешней космической среды – как с целью повышения сопротивляемости ее изменениям в различных масштабах, так и с целью поисков наиболее рационального использования природных ресурсов, – представляет собой одну из центральных проблем современной науки. Важное место в ее решении должно принадлежать исследованиям Луны.

Изучение Луны, не подвергавшейся эрозионному воздействию атмосферы, гидросферы и биосферы, по общему признанию, служит ключом к пониманию происхождения и эволюции Солнечной системы. Если в условиях Земли геологи имеют возможность проследить лишь последние 600 миллионов лет ее развития, только в исключительных случаях сталкиваясь с отдельными образцами пород большего возраста, то уже первые образцы лунных пород представили ученым информацию о событиях в Солнечной системе, происходивших 3-4 миллиарда лет назад. Некоторые наиболее сложные в геологическом отношении участки лунных материков могут оказаться, по всей вероятности, ровесниками «дня творения». Согласно господствующим ныне представлениям, они могут отражать тот космогонический период, когда происходило формирование Земли.

Изучение Луны помимо данных о ранних этапах эволюции нашей планетной системы, в частности об исходном распределении химических элементов в недрах планетных тел, дает неоценимую информацию и о тех современных процессах, которые могут вызывать на Земле, например, образование гигантских рифтовых впадин в срединно-океанических хребтах и дрейф континентов. Таким образом, дальнейшее изучение Луны представляет собой фундаментальную научную задачу, которая носит наиболее актуальный характер, поскольку она открывает пути к пониманию общих процессов формирования и развития тел Солнечной системы как ближайшего космического окружения Земли и одновременно ведет к пониманию многих основных современных процессов в недрах и на поверхности Земли в глобальном масштабе.

Изучение Луны, в первую очередь, поможет дать развернутый ответ на вопрос о сравнительной роли эндогенных и экзогенных факторов на разных этапах формирования и эволюции небесного тела. Решение более конкретных научных задач в условиях лунной базы должно достигаться теми же средствами, которые применяются на Земле науками о Земле. Это обычные средства полевой геологии, геофизики, геохимии. В целом район, прилежащий к лунной базе, должен пониматься как эталонный геофизический полигон. Данные, полученные «полевиками», будут распространяться на всю поверхность Луны путем экстраполирования их на основе площадных съемок оптических, физических и прочих характеристик местности с лунной орбиты.

Большую роль в изучении Луны станет играть целенаправленный отбор образцов пород, который следует дополнить глубинным бурением. Именно это предприятие является наиболее сложным и энергоемким. На первом этапе представляется достаточным оснастить лунную базу мобильной буровой установкой с глубиной действия 1-2 км.

Геофизический полигон на Луне – база с длительным пребыванием человека, который в состоянии реагировать на уникальные, не предусмотренные жесткой программой явления, – единственный путь к поискам принципиально новых планетологических обобщений. Важно и то, что лунная база, решая проблемы планетологии, даст возможность накопления данных в области изучения межпланетной среды, космологии, астрофизики, астрометрии. Она представляет несомненный интерес также и с точки зрения развития медико-биологических исследований.

Для того чтобы служить трамплином в подготовке экспедиции на Марс, программа лунной базы с первых же ее шагов должна включать в себя широкий круг технологических исследований по строительству, утилизации местных минеральных ресурсов, обеспечению эффективного энергоснабжения, использованию регенерационных циклов в системах жизнеобеспечения и т. п.

Выбор территории для лунной базы потребует учета нескольких противоречивых факторов. В первую очередь должна оставаться доступной для наблюдений поверхность Земли. То же требование имеет силу и для упрощения связи с Землей.

Следовательно, база должна располагаться на видимой стороне Луны. Вместе с тем интересы селенологии диктуют необходимость обеспечить геологические траверсы на обратную сторону Луны, и поэтому базу, вероятнее всего, следует располагать в краевой зоне видимого полушария. Геологи лунной базы в этом случае могут эффективно вести сравнительное изучение видимой и невидимой стороны Луны.

Космодромы мира: 1 – Капустин Яр (СССР), 2-Плесецк (СССР), 3 – Байконур (СССР), 4 – Восточный испытательный полигон (США), 5 – Западный испытательный полигон (США), 6 – Уоллопс (США), 7-Куру (Франция), 8 – Хаммагир (Франция), 9-Чанчэнцзе (КНР), 10-Сичан (КНР), 11 – Утионура (Япония), 12 – Танегасима (Япония), 13 – Шрихарикота (Индия), 14 – Сан-Марко (Италия), 15 – Вумера (Австралия); на схеме еще не отмечены два полигона КНР, о которых говорится на с. 324-325

В интересах изучения собственно Луны база должна располагаться вблизи от сложного в геологическом отношении района, характерного для Луны в целом, между тем как по соображениям строительства базу проще разворачивать на спокойной по рельефу территории. Наиболее перспективным представляется расположение базы в прибрежной части какого-либо лунного моря, т. е. в зоне контакта моря с материком. При этом по мере возможности должно быть доступным наиболее разнообразное по лунным условиям минеральное сырье.

Разумеется, должны быть приняты во внимание интересы астрономии. Наиболее благоприятным в этом отношении является расположение базы близ экватора, что делает доступным наблюдения объектов на всей небесной сфере; чем дальше отступление от экватора, тем больше размеры закрытых для наблюдений околополярных зон. На экваторе проще утилизировать приходящую к поверхности солнечную энергию, что полезно для упрощения систем жизнеобеспечения.

 

Работать сообща

Глубокой аналогией проблемы исследования и освоения Луны служит проблема исследования и освоения бескрайних скованных льдами просторов Антарктиды. После ее открытия выдающимися русскими мореплавателями Ф. Ф. Беллинсгаузеном и М. П. Лазаревым во время кругосветной экспедиции 1819-1821 гг. Антарктический материк долгое время оставался ареной лишь единичных героических экспедиций с целью достижения Южного полюса Земли. В дальнейшем период деятельности отдельных путешественников-первопроходцев сменился этапом планомерного и целеустремленного исследования различных участков Антарктического материка учеными разных стран. Было выяснено большое значение антарктических условий для формирования многих глобальных процессов в атмосфере и гидросфере Земли, понята необходимость изучения Антарктиды для выработки надежных научных представлений о характере эволюции поверхности Земли. Следующим этапом в изучении Антарктиды стало заключение соответствующих международных правовых соглашений о ее статусе и широкое сотрудничество ученых разных стран.

В изучении Луны, как и в изучении Антарктиды, недостаточно ограничиться данными, собранными в нескольких разрозненных точках ее поверхности. Чтобы лучше уяснить это важное обстоятельство, попытаемся представить себе, смогли бы составить ясное представление о Земле воображаемые внеземные исследователи на основании лишь нескольких коротких визитов на поверхность нашей планеты. Разве можно было бы судить об условиях сибирской тайги, побывав лишь в африканской саванне, или экстраполировать условия Антарктики на сельву долины Амазонки? Конечно, условия на поверхности Луны гораздо более однородны, нежели на Земле, но это не только не облегчает, а, напротив, значительно осложняет задачу исследователя.

Ранжировка актуальных научных проблем, оптимальный выбор методов и средств их решения – все это требует серьезных скоординированных международных усилий. Международное сотрудничество в наиболее полном виде предполагало бы формирование всемирной организации по лунной базе, несущей полноту ответственности за ее развертывание и эксплуатацию. Такой организации понадобился бы собственный бюджет, который складывался бы из взносов стран-участниц, а также понадобилось бы право взаимодействия с национальными космическими агентствами всех стран – даже не только тех, которые вступят в эту организацию. Хотя такой подход обеспечивает наибольшую эффективность в распределении средств и в снижении взаимной враждебности, он не является ни скорейшим, ни наиболее дешевым путем развития лунных исследований. А если иметь в виду все еще царящую в мире всеобщую подозрительность, то такой подход в обозримом будущем и вовсе вряд ли осуществим.

На более низком уровне международного сотрудничества мы имеем в качестве удачного примера упоминавшуюся выше координацию работ между национальными станциями СССР, США и многих других стран в Антарктике. Исследовательские цели разных стран на этом континенте являются близкими. Между учеными налажен обмен информацией и оборудованием, взаимные визиты нарушают монотонность будней малых групп исследователей, а в случае непредвиденных обстоятельств зимовщики с разных станций приходят на выручку друг другу. Такой путь сотрудничества как вариант вполне приемлем и для Луны.

В отдаленной перспективе, когда космические полеты станут менее трудоемкими и лунные исследования наберут силу, действительно возможно появление ряда общих баз и поселений нескольких стран, но есть, однако, серьезный вопрос: правильным ли с точки зрения стоимости, преодоления технологических трудностей, затрат времени и соображений безопасности было бы такое начало уже сегодня?

Будем же реалистами. В настоящее время космические программы с длительным участием людей концентрируются на долговременных орбитальных станциях; к их числу относится советская станция «Мир» и задуманная на Западе международная станция «Фридом». Запуски, связанные с осуществлением этих программ, выполняются на жидкостных ракетах. Прогрессивные технологии, включающие, например, самолеты типа «Хотол» или ракеты с электрореактивными двигателями, окажутся доступными лишь в отдаленном будущем. В этой связи мы имеем основания предполагать, что начальные полеты к лунной базе целесообразно осуществлять при помощи жидкостных ракет, включая и созданные сегодня. Такие полеты к Луне в следующем десятилетии могут выполняться так же, как и создание долговременных орбитальных станций, и проще всего планировать их осуществление национальными космическими агентствами как экспедиционные полеты. Пожалуй, впредь до полной победы нового политического мышления и достижения более высокого уровня космического сотрудничества с этого и можно было бы начинать.

Три десятилетия назад все эти планы резонно сочли бы в некоторой мере прожектерством. Но теперь, имея за плечами богатый опыт, мы твердо знаем – это будни космического века. И осуществлять новые планы предстоит идущим в жизнь молодым поколениям ученых.

Производственные отношения людей диалектически связаны с производительными силами. А важным критерием развития производительных сил общества является его энерговооруженность, по которой можно судить, чего же добилось человечество и вся земная наука в целом.

Когда Фарадея, который ставил первые примитивные опыты по электричеству, спросили, зачем нужно электричество, он растерялся и предположил, что оно вероятно, понадобится, чтобы мастерить хорошие детские игрушки. Со временем же электричество стало главным энергетическим ресурсом в руках людей, и всем памятен крылатый ленинский лозунг: «Коммунизм – это есть Советская власть плюс электрификация всей страны».

Нечто подобное имеет место и в космических исследованиях. Мы не всегда еще можем сегодня четко ответить, что именно даст в будущем тот или иной космический эксперимент. Однако в общем виде этот ответ ясен – космические исследования помогают человеку значительно расширить свою власть над окружающей природой.

Космические исследования, помогающие овладевать тайнами Вселенной, должны служить на благо всех людей на Земле. Советский Союз решительно и последовательно выступает против использования космического пространства в милитаристских целях, выступает сторонником объединения усилий ученых всех стран, сторонником мирного сотрудничества в космосе. Эта точка зрения Советского Союза нашла воплощение в тексте подписанного в 1967 г. первого международного Договора о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела.

«Государства – участники настоящего договора, воодушевленные великими перспективами, открывающимися перед человечеством в результате проникновения человека в космос, признавая общую заинтересованность всего человечества в прогрессе исследования и использования космического пространства в мирных целях,.. будучи убежденными, что договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, будет способствовать осуществлению целей и принципов Устава Организации Объединенных Наций, согласились о нижеследующем:

…Исследование и использование космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, осуществляются на благо и в интересах всех стран, независимо от степени их экономического или научного развития, и являются достоянием всего человечества…

… Космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, не подлежит национальному присвоению ни путем провозглашения на них суверенитета, ни путем использования или оккупации, ни любыми другими средствами…

…Государства-участники договора рассматривают космонавтов как посланцев человечества в космос и оказывают им всемерную помощь…»

Договор «О принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела» был подписан в январе 1967 г. в столицах стран-депозитариев Москве, Вашингтоне и Лондоне. В Белом доме 19 января 1967 г. договор за Советский Союз подписал посол СССР в США А. Ф. Добрынин (на фото сидит в первом ряду слева). Присутствует при подписании Президент США Линдон Джонсон (сидит в первом ряду справа). Подписывает договор государственный секретарь США Дин Раск. В дальнейшем договор был открыт для присоединения к нему других государств

Советские ученые имеют богатый опыт сотрудничества в области космических исследований с учеными братских социалистических стран. 14 октября 1969 г. после двухлетней подготовки с космодрома Капустин Яр под Волгоградом стартовал искусственный спутник Земли «Интеркосмос-1» – первенец программы «Интеркосмос». За последующие полтора десятилетия вышли на околоземные орбиты 22 спутника серии «Интеркосмос», среди которых возвращаемый на Землю космический аппарат «Интеркосмос-6» (ВНР, МНР, ПНР, СРР, СССР и ЧССР; 1972 г.), спутник для изучения спорадического радиоизлучения Солнца «Интеркосмос – Коперник-500» (ПНР и СССР; 1973 г.), спутник для исследования ионосферы и магнитосферы Земли «Интеркосмос – Болгария 1300» (НРБ и СССР; 1981 г.) и другие.

Сотрудничество социалистических стран в космических исследованиях предусматривает не только выполнение совместных научных экспериментов на автоматических аппаратах, но также и полеты на советских космических кораблях космонавтов-исследователей из стран – участниц программы «Интеркосмос». С 1978 по 1981 гг. орбитальные полеты на советских космических кораблях совершили 9 граждан социалистических стран. Вот имена участников этих международных экипажей.

1. Гражданин Чехословацкой Социалистической Республики Владимир Ремек («Союз-28», март 1978 г.).

2. Гражданин Польской Народной Республики Мирослав Гермашевский («Союз-30», июнь – июль 1978 г.).

3. Гражданин Германской Демократической Республики Зигмунд Иен («Союз-31», август – сентябрь 1978 г.).

4. Гражданин Народной Республики Болгарии Георгий Иванов Иванов («Союз-33», апрель 1979 г.).

5. Гражданин Венгерской Народной Республики Берталан Фаркаш («Союз-36», май-июнь 1980 г.).

6. Гражданин Социалистической Республики Вьетнам Фам Туан («Союз-37», июль 1980 г.).

7. Гражданин Республики Куба Арнальдо Тамайо Мендес («Союз-38», сентябрь 1980 г.).

8. Гражданин Монгольской Народной Республики Жугдэр-дэмидийн Гуррагча («Союз-39», март 1981 г.).

9. Гражданин Социалистической Республики Румынии Думитру Прунариу («Союз-40», май 1981 г.).

Важное значение для дела разрядки международной напряженности имел в 1975 г. совместный полет советского космического корабля «Союз-19» (экипаж в составе А. А. Леонова и В. Н. Кубасова) и американского космического корабля «Аполлон» (Т. Стаффорд, Д. Слейтон и В. Бранд). После встречи и стыковки на орбите советские и американские космонавты в течение двух суток посещали друг друга и выполняли ряд заранее намеченных научных и инженерных работ. Ценность этого полета заключалась, в частности, в испытании на практике усовершенствованных, совместимых друг с другом систем управления маневрами и стыковкой космических кораблей, а также систем, обеспечивающих переход космонавтов из одного корабля в другой. При наличии таких систем в будущем космические корабли каждой из стран всегда смогут прийти на выручку находящемуся в опасности кораблю другой страны.

В июне 1982 г. в составе экипажа советского корабля «Союз Т-6» впервые принял участие в космическом полете гражданин Французской Республики Жан-Лу Кретьен, а в апреле 1984 г. на «Союзе Т-11»-гражданин Республики Индии Ракеш Шарма. В составе экипажа посещения корабля «Союз ТМ-2» в июле 1987 г. работал на орбитальной станции «Мир» гражданин Сирийской Арабской Республики Мухаммед Ахмед Фарис.

С 1988 г. полеты иностранных космонавтов на советских космических кораблях заметно участились. В составе экипажа космического корабля «Союз ТМ-5» в июне 1988 г. работал на станции «Мир» второй болгарский космонавт Александр Панайотов Александров – бывший дублер Г. Иванова. Следом за ним. в экипаже «Союза ТМ-6» прибыл на станцию «Мир» гражданин Демократической Республики Афганистан Абдул Ахад Маманд. В ноябре-декабре 1988 г. вторично принял участие в международном космическом полете на «Союзе ТМ-7» французский космонавт Жан-Лу Кретьен.

Как при выполнении пилотируемых полетов, так и в осуществлении экспериментов без участия человека Советский Союз приглашает к сотрудничеству в космических исследованиях специалистов многих стран мира.

С помощью советских ракет-носителей выводились на орбиты искусственные спутники Земли, спроектированные в Индии, благодаря чему эта великая страна Азии уже давно вступила в число космических держав. Лаборатории многих стран мира получили для исследования образцы лунного вещества, автоматически доставленного на Землю советскими станциями серии «Луна». В создании научной аппаратуры станций «Вега» для изучения кометы Галлея совместно с советскими учеными бок о бок трудились специалисты из Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Франции, ФРГ и Чехословакии. Еще больше количество участников программы «Фобос»: Австрия, НРБ, ВНР, ГДР, Ирландия, ПНР, СССР, США, Финляндия, Франция, ФРГ, ЧССР, Швейцария, Швеция, Европейское космическое агентство. Советский Союз призывает к сотрудничеству в Космосе все миролюбивые народы мира.

Значение полетов в межпланетном пространстве не ограничивается «зримыми» результатами научного и инженерного экспериментирования. Успехи космических исследований – показатель технического прогресса. Космические исследования стали одним из важнейших разделов современной науки, неотъемлемой частью бытия человеческого общества. И это бытие во многом определяет сознание современного человечества – оно подчеркивает великую ответственность нашего времени перед грядущими поколениями, оно свидетельствует о неуклонном движении человечества по пути прогресса, вселяет уверенность в торжество разума и труда.

Есть, впрочем, во всякой проблеме «оборотная сторона медали». Выход человечества в Космос и реальная угроза уничтожения космическим оружием всего живого на Земле вновь со всей остротой подчеркнули необходимость, чтобы развитие науки и техники отвечало общечеловеческим ценностям. Эдгар Митчелл, американский астронавт, полтора дня прошагавший по Луне в составе экипажа «Аполлона-14» много лет спустя сделал неожиданное признание: «Мы отправились на Луну повелителями техники, технократами, а вернулись домой гуманистами». Научно-технический прогресс, в том числе, конечно, прогресс космонавтики должен отвечать нравственным, гуманистическим идеалам, служить во благо, а не во зло человечеству. Этика науки – одна из наболевших тем современности. Ибо неконтролируемое, безнравственное использование достижений науки и техники кратчайшим путем ведет к гибели человеческой цивилизации.