3. Человек штурмует космос
Академик А. Н. Несмеянов весьма образно сравнил процесс научного познания природы с боем на улицах города. В сражении за многоэтажный дом особенно трудно осуществить прорыв на очередной этаж. Но, как только подобный прорыв совершен, атакующие быстро растекаются по этажу, то тут то там завязывая бои, а в образовавшуюся брешь устремляются все новые и новые силы. Так и в развитии науки бывают этапы, которые знаменуют собой прорыв на новый этаж, в новую область. Подобные периоды особенно плодотворны: открытия следуют одно за другим, проблемы, казавшиеся необычайно трудными, находят самые неожиданные решения, быстро растет число практических применений. Не так давно, на наших глазах, подобный прорыв в мир атома совершила физика. Бои за этот этаж еще продолжаются, но они в короткий срок уже принесли человечеству целый ряд выдающихся открытий.
В настоящее время не менее знаменательный период в своем развитии переживает и наука о небесных телах, о строении вселенной.
И прежде всего это связано с осуществлением космических полетов.
Совсем недавно, в 1957 году, австрийский католический патер Ленц писал:
«Полет в космическое пространство… — это древнейшая мечта сынов Земли. Но далее наш технический век еще не в состоянии надежно поручиться, что эта мечта… сможет осуществиться… Гордый своей техникой, человек — и сейчас и всегда в будущем — имеет достаточно оснований, чтобы молитвенно склониться перед инженером, архитектором и создателем всего мира…»
Однако не прошло и года, и в «священные небеса» устремился первый советский искусственный спутник Земли. А вслед за этим советские люди начали настоящий штурм космоса. Ракеты к Луне, космические корабли, межпланетные автоматические станции и, наконец, замечательные полеты советских космонавтов без всякого сомнения могут быть поставлены в один ряд с величайшими научными достижениями в истории человечества, явившимися важными вехами в его движении по пути прогресса.
Но в то время как великие географические открытия, изобретение паровой машины и электродвигателя и другие научные достижения прошлого являлись следствием стихийного развития общества, освоение космического пространства представляет собой результат сознательного, планомерного развития науки и техники нашего социалистического государства.
Какие же блага может принести человечеству дальнейшее освоение космоса? Какие научные и практические задачи способны разрешить космические полеты? Какие новые тайны вселенной помогут они открыть?
Быть может, человека влечет в космос лишь одно извечное стремление к познанию неведомого? Конечно, наука всегда стремится вперед. Ее наиболее характерная особенность и состоит в том, что, изучая явления природы, она старается вырвать у нее все новые и новые тайны. Но в то же время очередные задачи науки и возможности их решения возникают не случайно, не по прихоти людей — они закономерно созревают в процессе развития общества, его производительных сил.
Так, овладение атомной энергией было бы невозможно без предшествовавших ему успехов физики и химии, а космическая ракета не могла бы быть построена без использования новейших достижений радиотехники, электроники, металлургии и целого ряда других наук.
Но это лишь одна сторона дела. Эра космических полетов наступила не только потому, что в наши дни появились технические возможности их осуществления. Дело еще и в том, что многие современные науки для своего дальнейшего развития нуждаются в сведениях, которые можно добыть только в просторах вселенной.
Успехи советской науки и техники в освоении космоса, создание тяжелых космических кораблей и спутников Земли, способных вместить большое количество разнообразной измерительной аппаратуры и доставить ее на любую высоту, дали возможность перейти от пассивного изучения космических явлений к непосредственным экспериментам и наблюдениям в верхней атмосфере и в межпланетном пространстве. А экспериментальное исследование — это наиболее быстрый и эффективный путь научного познания.
Наблюдение и эксперимент
Ученый, только наблюдающий то или иное явление, должен, что называется, сложа руки ожидать, когда в природе возникнут необходимые условия. Экспериментатор же создает нужные условия сам. Вспомните, например, как стремятся ученые в полосу полных солнечных затмений. Только в эти короткие минуты можно в полной мере наблюдать и изучать солнечную корону — внешнюю оболочку нашего дневного светила. В обычное время этому мешает рассеянный земной атмосферой солнечный свет. Между тем, поднявшись за пределы плотных слоев воздуха, на достаточную высоту, наблюдение короны можно было бы вести непрерывно.
Наконец, еще одно преимущество экспериментального исследования заключается в том, что ученый может изменять по своему желанию ход опыта и наблюдать последствия таких изменений.
Сегодня непосредственные наблюдения на больших высотах с помощью летающих космических лабораторий уже начались. За сравнительно короткий срок они уже принесли такие новые данные, добыча которых прежними методами потребовала бы долгих лет упорного, а в ряде случаев, быть может, и бесполезного труда. Новые исследования советских ученых с помощью искусственных спутников Земли должны значительно расширить наши знания о космических процессах.
Современникам выдающихся научных открытий часто бывает трудно судить об их практических последствиях.
Открыв электромагнитные волны, известный физик Генрих Герц заявил, что, по его мнению, они никогда не будут иметь никакого практического применения. Прошло не так много времени, и в наши дни трудно назвать такую область физики, которая могла бы соперничать с радиотехникой по числу практических применений.
В свое время теория относительности казалась многим отвлеченной гипотезой, представляющей лишь чисто математический интерес. Подобные высказывания можно было услышать даже в сравнительно недавнем прошлом. А сегодня на основе теории относительности ведется расчет ускорителей ядерных частиц и других сложнейших установок атомной физики.
Нам, современникам и свидетелям первых шагов человечества в космическое пространство, трудно представить себе в полной мере, какие колоссальные последствия будет иметь освоение космоса для прогресса человечества.
Но мы знаем, что каждое выдающееся достижение пауки позволяет человечеству идти вперед более быстрыми темпами, чем раньше.
Целые тысячелетия понадобились людям, чтобы выяснить форму Земли и ее положение во вселенной. Многие сотни лет трудились они, чтобы заложить основы механики, физики, математики, астрономии, и этот титанический труд не пропал даром. Он подготовил тот поразительный бросок вперед, который совершила наука на протяжении последних десятилетий.
Буквально на наших глазах осуществился целый ряд замечательных открытий, совершился подлинный переворот в науке и технике. Люди, жившие всего 100 лет назад, не знали ни автомобилей, ни авиационного транспорта, ни радиоприемников, ни телевизоров… За последние десятилетия были достигнуты решающие успехи в изучении строения вещества, открыты и разработаны важнейшие разделы современной физики и химии.
А всего лишь за последние 20 лет люди овладели атомной энергией и построили первые атомные электростанции. За то же время развились реактивная и ракетная техника, радиолокация, автоматика и телемеханика, металлургия, органическая химия, родились совершенно новые области науки, такие, как кибернетика, радиоастрономия, радиохимия, астроботаника и т. п. Таким образом, за этот сравнительно короткий срок ученые добились таких колоссальных успехов в самых различных областях, что их можно сравнить с достижениями науки за несколько предыдущих столетий.
Давая могучий толчок развитию физики, астрономии, химии, биологии, математики и других точных наук, космические полеты явятся небывалым ускорителем прогресса человеческих знаний.
Дальнейшее развитие космических исследований с помощью ракет и спутников — одна из важнейших задач нашей науки и техники. Об этом прямо говорится в Программе Коммунистической партии, которая подчеркивает, что подобные исследования помогут нам открыть новые явления и законы природы, изучить небесные тела.
Спутники рассказывают
Еще в те дни, когда у нашей планеты появился первый искусственный спутник Земли, созданный советскими учеными, многочисленные радиостанции начали прием его радиосигналов. В этой армии радиоразведчиков космоса было немало радиолюбителей. Пожалуй, никогда еще не следили они за «эфиром» с таким вниманием. Еще бы: работал первый космический радиопередатчик. Его голос был отчетливо слышен. И вот однажды один из московских радиолюбителей, приняв радиосигнал спутника, заметил, что вслед за ним пришел еще один сигнал, но гораздо более слабый, напоминающий эхо. И действительно, это было своеобразное эхо. Наряду с прямым сигналом, пришедшим кратчайшим путем, в приемник попала радиоволна, обежавшая вокруг земного шара. Где-то на огромной высоте, там, где в этот момент находился спутник, в атмосфере возник своеобразный радиоканал, двигаясь по которому радиоволна смогла беспрепятственно преодолеть огромное расстояние.
Верхние слои атмосферы — это своеобразная фабрика магнитных бурь, полярных сияний, нарушений радиосвязи и многих других геофизических явлении, с которыми до сих пор все еще связано много загадочного. Исследования, проводимые с помощью искусственных спутников Земли, помогают ученым вплотную подойти к решению интереснейших проблем, имеющих важное научное и практическое значение.
Так тщательные радионаблюдения помогли установить, что моменты начала и окончания слышимости радиосигналов спутников, или, другими словами, моменты «радиовосхода» и «радиозахода», как правило, не совпадают с появлением и исчезновением самого спутника за горизонтом.
Обращали ли вы внимание на то, что в листке календаря от 21 марта, когда день равен ночи, указана продолжительность дня не 12 часов ровно, а 12 часов с минутами. Ошибки в этом нет. Дело в том, что солнечные лучи распространяются в земной атмосфере далеко не прямолинейно. Это связано с тем, что на различных высотах плотность воздуха не одинакова и световые лучи, переходя из одного слоя в другой, испытывают значительное преломление. Это явление, называемое рефракцией, и удлиняет светлое время суток. Благодаря рефракции мы видим по утрам Солнце за несколько минут до того, как оно в действительности появилось над горизонтом, а вечером — уже после того, как оно скрылось от нас за выпуклостью земного шара. Подобная же рефракция характерна для радиоволн, которые, так же как и лучи света, представляют собой электромагнитные колебания. При этом величина искривления радиоволн позволяет судить о распределении электрических зарядов на различных высотах.
За время существования советских искусственных спутников накопилось огромное количество радионаблюдений. Их обработка дала весьма интересные результаты. В свое время ученые считали, что ионосфера состоит из отдельных слоев заряженных частиц.
С помощью ракет и спутников удалось выяснить, что подобные представления были неточными и что в действительности количество свободных электронов плавно возрастает с увеличением высоты.
Интереснейшие проблемы связаны с магнитными силами Земли. Каждый новый результат в этой области представляет огромный интерес для науки. Поэтому советские ученые предусмотрели проведение геомагнитных измерений и на искусственных спутниках Земли. Впервые такой эксперимент был осуществлен на третьем советском спутнике. При этом особое внимание было обращено на изучение магнитного поля огромной Восточно-Сибирской аномалии. Третий советский спутник много раз пересекал ее район, и анализ полученных данных подтвердил, что ее источники находятся на довольно большой глубине. Этот результат является выдающимся вкладом в мировую науку.
Еще совсем недавно среди ученых шли оживленные дискуссии о степени так называемой метеорной опасности. Некоторые придерживались даже мнения о том, что будущие спутники в короткое время будут полностью уничтожены ударами многочисленных метеорных частиц. Космические исследования не подтвердили опасений. Наблюдения и расчеты показали, что встреча с достаточно крупным метеорным телом, способным причинить космическому кораблю сколько-нибудь серьезный вред, весьма маловероятна.
Во время полетов искусственных спутников и советских космических ракет было также обнаружено явление, о котором до этого никто даже не подозревал. Оказалось, что в непосредственной близости от нашей планеты располагаются два пояса, состоящие из большого количества быстро движущихся заряженных частиц. Это протоны — ядра атомов водорода и электроны. Нижняя граница первого радиационного пояса проходит приблизительно на высоте около 400—500 километров над земной поверхностью. Наблюдения, проведенные во время полета советских космических кораблей, показали, что этот уровень не является постоянным. Кроме того, в некоторых районах от него как бы свешиваются к Земле своеобразные гроздья.
Хотя природа радиационных поясов и происходящие в них физические процессы до конца еще не изучены, уже сейчас несомненна связь зон радиации и земного магнетизма. Магнитное поле Земли играет роль своеобразной ловушки, улавливающей заряженные частицы различного происхождения и не дающей им ускользнуть в космическое пространство. О связи радиационного ореола с магнитными силами планеты говорит и тот факт, что отростки нижнего пояса располагаются над земными магнитными аномалиями.
Изучение радиационных поясов играет чрезвычайно важную роль не только для понимания физических процессов, протекающих в околоземном пространстве, но и для полетов космических кораблей с человеком на борту. Дело в том, что быстрые заряженные частицы, взаимодействуя с обшивкой космического корабля, порождают так называемое жесткое рентгеновское излучение, обладающее большой проникающей способностью и вредным биологическим действием. Между тем уже полет к Луне связан с преодолением поясов радиации. Одним из возможных вариантов является использование своеобразных колодцев, расположенных над земными полюсами и свободных от заряженных частиц. Другой путь связан с созданием надежной биологической защиты кабины космического корабля. Однако для этого надо знать, какими энергиями обладают частицы радиационных зон, а также установить, как распределяются частицы по различным энергиям, то есть сколько частиц обладает определенной энергией. Кроме того, необходимо вычислить, какая связь существует между состоянием радиационного ореола, уровнем солнечной активности и другими факторами. Все это позволит точно оценить радиационную опасность при длительных космических полетах.
Еще одним замечательным достижением космонавтики явилось фотографирование невидимой с Земли обратной стороны Луны, казалось бы, совершенно недоступной научному исследованию. Эти фотографии, полученные и переданные на Землю советской межпланетной автоматической станцией, впервые позволили ученым от различных догадок и предположений о строении невидимой части лунной поверхности перейти к ее серьезному научному исследованию.
Прежде всего, оказалось, что строение невидимой с Земли стороны Луны в принципе ничем не отличается от известной. Но характер рельефа здесь все же несколько иной. В то время как на обращенной к Земле части Луны моря занимают около 35% всей площади, на противоположной стороне их значительно меньше — всего около 10%. Возможно, что подобное различие связано с тем, что действие земного притяжения оказывается несколько сильнее на той стороне Луны, которая обращена к Земле. На формирование рельефа могла также повлиять некоторая разница в условиях освещения Солнцем обеих сторон Луны. Дело в том, что на видимой стороне Луны бывают солнечные затмения. Это случается тогда, когда Луна погружается в земную тень и мы на Земле наблюдаем лунное затмение. Подобные явления сопровождаются, как мы уже знаем, резким изменением температуры лунной поверхности и могут приводить к разрушению горных пород.
Окончательный ответ на вопрос о различиях рельефа двух сторон лунной поверхности дадут лишь дальнейшие научные исследования.
Изучение верхних слоев атмосферы и околоземного космического пространства, исследование ультрафиолетовой и рентгеновской радиации, а также корпускулярного излучения Солнца, фотографирование обратной стороны Луны, изучение других небесных тел в непосредственной близости от их поверхности — вот далеко не полный перечень тех научных задач, которые могут быть решены с помощью ракет и спутников.
Еще увлекательнее перспективы, открывающиеся перед астрономической наукой. В частности, создание советскими учеными тяжелых космических кораблей, успешные полеты человека по орбитам искусственных спутников Земли, запуск советской автоматической межпланетной станции по направлению к планете Марс делают вполне реальным в недалеком будущем запуск орбитальных автоматических обсерваторий, постоянно обращающихся вокруг Земли и оборудованных разнообразной астрономической аппаратурой. Космические «платформы» для таких обсерваторий уже созданы. Теперь предстоит оснастить их специально разработанной астрономической аппаратурой с программным управлением. И тогда наши знания о процессах, протекающих в глубинах космоса, совершат небывалый скачок.
Интереснейшей проблемой, стоящей перед современной наукой, является изучение первичных космических лучей. Во время своих межзвездных скитаний многие частицы из состава космического излучения приобретают колоссальные скорости и энергии. Такие частицы представляют особый интерес для современных физиков. Ведь это ничем пока еще не заменимые снаряды ядерной артиллерии. Бомбардируя различные элементарные частицы вещества, они вызывают всевозможные ядерные превращения, изучение которых позволяет все глубже и глубже проникать в тайны строения материи.
К сожалению, в земных условиях подобные исследования сильно затруднены. Как и астрономам, физикам мешает атмосфера. Взаимодействуя с ядрами атомов воздуха, частицы космических лучей постепенно растрачивают свою энергию и до поверхности Земли практически не доходят. Сюда проникает лишь вторичное излучение, порожденное в атмосфере в результате подобных взаимодействий. И только на достаточно больших высотах первичное космическое излучение можно изучать непосредственно у самой поверхности.
Большой интерес представляет также изучение космических лучей на больших расстояниях от Земли, там, где не сказывается влияние земного магнетизма. Дело в том, что частицы космических лучей обладают электрическими зарядами. Поэтому при подлете к Земле они подвергаются воздействию магнитного поля нашей планеты. С одной стороны, это на руку физикам, так как магнитные силы Земли как бы сортируют космические частицы по знаку их заряда. Но, с другой стороны, это вмешательство искажает естественную картину. Космические спутники-лаборатории позволят физикам наблюдать космическое излучение в том самом виде, в каком оно существует в мировом пространстве.
Космические лучи сами по себе также являются вестниками далеких миров, способными поведать нам немало интересного о физических процессах, происходящих в таинственных глубинах вселенной. Они могут, например, рассказать нам о том, где находятся их источники, положение которых в мировом пространстве до сих пор точно не известно. Луч света, приходящий на Землю от какой-либо звезды, всегда указывает нам направление на это небесное светило. Другое дело — частицы космического излучения, которые обладают электрическим зарядом. Такие частицы подвержены воздействию со стороны межзвездных магнитных полей. Вследствие этого во время своего продолжительного путешествия в мировом пространстве они в конце концов теряют свое первоначальное направление, и к Земле со всех сторон приходит примерно одинаковое количество космических лучей. Вот если бы в космических лучах присутствовали частицы, не имеющие электрического заряда… Они свободно проходили бы сквозь межзвездные магнитные поля и могли бы сохранить начальное направление своего движения. Теория говорит, что подобные частицы в составе космических лучей должны быть. Это гамма-фотоны, частицы излучения, не имеющие электрического заряда. Однако с помощью наземных средств наблюдения фотоны космического излучения обнаружить не удается.
Можно надеяться, что специальные физические установки на будущих искусственных спутниках Земли и космических кораблях помогут решить эту задачу. Это означало бы рождение нового метода изучения вселенной.
Луна — космическая станция
Одним из самых грандиозных свершений, связанных с освоением космоса, бесспорно явится создание космической станции на поверхности нашего естественного спутника — Луны. С организацией такой станции ученые получат возможность использовать в целях дальнейшего развития науки своеобразные физические условия Луны, условия, совершенно непохожие на земные. Отсутствие воздушного океана позволит ученым изучать на Луне не только световые лучи и радиоволны, приходящие из космоса, но и все другие виды электромагнитных излучений, а также первичные космические лучи и потоки заряженных частиц, для которых земная атмосфера служит непреодолимым препятствием. Полное отсутствие облачности и воздушных потоков позволит проводить на Луне непрерывные наблюдения небесных светил с применением максимальных телескопических увеличений. И тогда наши знания о процессах, протекающих в глубинах космоса, совершат небывалый скачок.
Луна не только идеальная обсерватория, но и уникальная физическая лаборатория. Сама природа создала здесь идеальный вакуум, который так часто необходим физикам в их опытах и установках, например в ускорителях ядерных частиц.
Луна представляет собой также весьма удобный ракетодром. Космическим кораблям не придется преодолевать здесь сопротивление воздуха, а это позволит придавать им любую удобную в конструктивном отношении форму. Небольшая сила тяжести обеспечит значительную экономию ракетного топлива при старте космических кораблей с поверхности Луны. Кстати, это обстоятельство позволит монтировать на Луне телескопы-рефлекторы с зеркалами весьма значительных диаметров. На Земле такие зеркала под действием своей собственной тяжести давали бы значительный прогиб.
Кроме того, физики, химики и биологи получат возможность изучать в лунных лабораториях течение различных процессов и явлений в необычных условиях.
Наконец, Луна — настоящая кладовая энергии. Солнечные батареи смогут преобразовывать здесь в электрический ток солнечный свет. С помощью термогенераторов можно будет использовать огромную разницу температур между освещенными и теневыми частями лунной поверхности. Если оправдаются предположения о наличии на Луне горючих газов и нефти, они станут важнейшими энергетическими ресурсами для выработки электроэнергии, столь необходимой для освоения Луны.
Как показали данные последних радионаблюдений, проведенных советскими радиоастрономами, в лунной почве имеется кристаллическая вода — лед. Это обстоятельство может сыграть весьма важную роль при создании лунной станции.
Конечно, создание лунной станции потребует от ученых решения целого ряда весьма трудных проблем, связанных в первую очередь с обеспечением нормальных жизненных условий для людей и средств передвижения по лунной поверхности.
Не исключена возможность, что на первых порах создание скафандра для свободного передвижения по Луне окажется технически трудно разрешимой задачей. Ведь такой скафандр должен не только обеспечивать потребности дыхания, но и служить надежной защитой от первичных космических лучей и ударов метеоритных частиц. Поэтому вполне вероятно, что на первых порах астронавтам придется перемещаться по лунной поверхности в особых вездеходах с широкими гусеницами для передвижения по весьма пересеченной лунной местности.
Ввиду отсутствия магнитного поля на Луне нельзя будет пользоваться компасом с магнитной стрелкой. Вероятно, основными способами ориентировки на местности здесь будут служить астрономические наблюдения и специальные автоматические радиомаяки, размещенные в различных точках лунной поверхности.
При создании лунной станции весьма сложные задачи придется решать инженерам и строителям, которые должны будут спроектировать и построить на Луне жилые здания, обсерватории и лаборатории. Эти здания должны быть простыми в конструктивном отношении, прочными, герметичными, они должны служить падежной защитой от различных космических излучений, ударов метеоритных частиц и даже крупных метеоритов.
Вряд ли в ближайшие десятилетия будет иметь смысл доставлять с Луны на Землю имеющиеся там полезные ископаемые и сырье. Но, с другой стороны, так же нерационально доставлять с Земли на Луну все необходимые для строительства и нормального функционирования лунной станции материалы. Несомненно, ученым придется предусмотреть максимальное использование местных материалов. Главное слово здесь, вероятно, будет принадлежать химикам, которые должны будут разработать на основе лунного сырья ряд строительных материалов, обладающих определенными свойствами. В частности, меньшая сила тяжести на Луне открывает широкие возможности для применения в строительстве легких материалов типа пластмасс.
Созданию космической станции на Луне, вероятно, будет предшествовать целый ряд предварительных этапов. Вслед за полетами ракет и космических кораблей вокруг Луны, по-видимому, будут предприняты попытки плавного спуска на лунную поверхность контейнеров с разнообразной исследовательской аппаратурой, измерительными приборами и радиопередатчиками. Получая энергию от солнечных батарей, такие автоматические станции, размещенные в различных точках лунной поверхности, будут систематически сообщать на Землю важнейшие сведения о физических процессах, протекающих на Луне. Возможно, со временем будут созданы постоянные искусственные спутники Луны, движущиеся в разных направлениях на различных расстояниях от ее поверхности. Близится время, когда Луна покорится человеку.
Космос – человеку
Наряду с решением целого ряда важнейших научных проблем освоение космического пространства, и в первую очередь создание разнообразных искусственных спутников, поможет уже в сравнительно недалеком будущем разрешить целый ряд конкретных практических задач…
Какая погода будет завтра?
Ответ на этот вопрос волнует каждого. Еще важнее прогноз погоды на длительный период — на месяц, на сезон, на год. Даже в наше время, когда человек, и в особенности житель большого города, вполне надежно защищен от прихотей погоды, все же от нее зависят многие стороны нашей практической жизни.
Нормальная работа транспорта, авиации, энергосистем и, в особенности, сельское хозяйство и до сих пор во многом зависят от состояния погоды и точного предсказания ее изменений.
Густая сеть метеорологических станций покрыла всю территорию нашей страны. Они появились даже в таких местах, которые трудно доступны человеку. Здесь устанавливаются метеостанции-автоматы. В течение многих месяцев они без всякого вмешательства людей регулярно, по нескольку раз в сутки, передают по радио метеорологические данные.
На помощь исследователям пришла новейшая техника: самолеты-лаборатории, оборудованные измерительными приборами, шары-зонды, за полетом которых следят внимательные «глаза» радиолокаторов, чувствительные локационные установки для непосредственного наблюдения за состоянием атмосферы. Изо дня в день тысячи метеостанций в различных уголках нашей планеты ведут непрерывное наблюдение за погодой. Словно донесения с фронта, их регулярные сообщения наносятся на карту.
Для расчетов, необходимых при составлении прогнозов погоды, применяются быстродействующие электронные вычислительные машины. Однако для того, чтобы точно предсказывать погоду, надо охватить ее единым взором на всей планете. Но, увы, на карте погоды немало белых пятен — хотя бы потому, что значительную часть земной поверхности занимают моря и океаны. И даже там, где имеется достаточно густая сеть метеостанций, получаемые с их помощью данные о некоторых элементах погоды, в частности облачности и поступающей на Землю солнечной радиации, недостаточны для точного прогноза погоды.
Помочь человеку стереть белые пятна на карте погоды должны искусственные спутники Земли.
Как известно, все явления погоды протекают в нижних, приземных слоях атмосферы, на высоте до 10—15 километров, в так называемой тропосфере. Именно здесь возникают и перемещаются циклоны и антициклоны, образуется облачность, выпадают осадки. Но, как мы уже отмечали, земная атмосфера представляет собой единую физическую систему. В ее различных слоях на разных высотах протекают различные процессы, но все они тесно связаны между собой.
Мы говорили также, что все явления, происходящие в воздухе, тесно связаны с Солнцем. Наше дневное светило является главным поставщиком энергии для всех атмосферных процессов. При этом распределение солнечной энергии между различными слоями воздуха далеко не одинаково. Верхние слои атмосферы поглощают наиболее коротковолновую часть сложного по своему составу электромагнитного излучения Солнца — рентгеновские и ультрафиолетовые лучи. Под действием этих излучений, обладающих большой активностью, происходит ионизация атомов воздуха: образуются заряженные частицы — ионы и электроны. Остальная часть ультрафиолетового излучения поглощается на высотах около 50 километров слоем озона. Приземные слои воздуха получают тепловую энергию не только непосредственно от солнечных лучей, но и от нагретой Солнцем земной поверхности. А она, как и атмосфера, нагревается солнечными лучами весьма неравномерно. С одной стороны, на Земле происходит смена времен года. С другой стороны, суша нагревается быстрее, чем водная поверхность, но зато материки хранят тепло гораздо хуже, чем моря и океаны. Непосредственное влияние на распределение энергии в атмосфере оказывает и ее состав.
Наконец, если тепловое и световое излучения Солнца являются приблизительно постоянными, то интенсивность его невидимых излучений, как мы уже знаем, подвержена всевозможным изменениям.
Только глубокое знание соответствующих закономерностей, изучение механизма связи, существующей между солнечной активностью и атмосферой, а также между ее различными слоями, дают возможность предвидеть будущие состояния воздушного океана, предвидеть, в частности, развитие процессов погоды.
Чтобы решить эту задачу, необходимо систематическое изучение физики атмосферы на различных высотах, которое может быть осуществлено с помощью специально оборудованных искусственных спутников. Облетая Землю на различных высотах, метеорологические спутники будут поставлять ученым систематические данные о состоянии атмосферы. Это даст возможность проследить происходящие в ней изменения и вскрыть соответствующие закономерности.
Неоценимую помощь метеорологам могут оказать искусственные спутники Земли и при составлении краткосрочных прогнозов погоды.
Такие прогнозы составляются на основе изучения перемещений воздушных масс. В обычной метеорологии это достигается путем сопоставления многочисленных наблюдений различных станций за скоростью ветра, температурой, давлением и т. п. Но такая система, при всей своей сложности, дает, как мы уже говорили, весьма неполные представления об атмосферных процессах. Но может ли спутник, движущийся на большой высоте, дать общую картину состояния тропосферы? Да, это вполне возможно. Данные современной метеорологии свидетельствуют о том, что система прогнозирования погоды может быть основана на анализе расположения и движения облачных масс. Оказывается, различные атмосферные явления связаны с облаками различного типа. С другой стороны, перемещения облаков зависят от направления и скорости воздушных течений на различных высотах. А высота облаков может быть довольно точно определена по форме, так как между формой облачности и ее расстоянием от земной поверхности существует довольно тесная связь. Специальная аппаратура, установленная на спутниках, может по телевизионному каналу непрерывно передавать наземным станциям подробную информацию о состоянии облачного покрова. Не исключено также применение стереоскопического фотографирования, которое даст возможность непосредственно определять высоту облачных систем.
Помимо наблюдений за состоянием облачного покрова с помощью метеорологических спутников можно будет измерять ряд физических величин, характеризующих состояние атмосферы.
Еще в конце прошлого столетия замечательный русский климатолог А. И. Воейков писал: «…одна из важнейших задач физических наук… — ведение приходо-расходной книги солнечного тепла, получаемого земным шаром и его воздушной оболочкой».
Как известно, все окружающие нас предметы, обладающие температурой, отличающейся от абсолютного нуля, излучают тепловые электромагнитные волны. Такие волны излучают земная поверхность, облачные системы, а также водяной пар и углекислый газ, концентрирующиеся в тропосфере. Улавливая тепловое излучение различных объектов с помощью специальных приемников, можно измерить их температуру. Подобная аппаратура, установленная на борту метеорологического спутника, позволит получать тепловые карты поверхности Земли, а также «поверхностей» углекислого газа, водяного пара и озона. Наличие таких карт позволит вести систематическое наблюдение за перераспределением тепловой энергии в атмосфере.
С помощью искусственного спутника можно будет произвести также точное измерение величины суммарного потока энергии, излучаемой Землей в мировое пространство. Кроме того, искусственные спутники позволят определить так называемое альбедо, то есть отражательную способность отдельных участков земной поверхности, что имеет важное значение для метеорологических расчетов.
Можно себе представить, что в сравнительно недалеком будущем будет создана система специализированных метеорологических спутников, обращающихся скорее всего по полярным орбитам. Такие спутники, связанные с наземными станциями падежной системой радиосвязи, будут непрерывно следить за состоянием атмосферы и передавать на Землю всю необходимую информацию. Со вступлением в строй подобной системы прогнозы погоды станут гораздо более точными и оперативными.
Не исключена также возможность, что со временем, познав закономерности атмосферных процессов, человечество научится с помощью спутников оказывать непосредственное воздействие на погоду и климат Земли.
Вторая задача — осуществление всемирной навигационной системы. Специальные спутники, движущиеся вокруг Земли, оборудованные необходимой радиоаппаратурой, будут выполнять роль постоянно действующих радиокомпасов, с помощью которых корабли и самолеты в любой точке Земли, в любую погоду смогут безошибочно определять свое местоположение и вычислять курс.
А дальнее телевидение? Ведь на искусственных спутниках можно установить мощные ретрансляторы радиоволн. Получая энергию от солнечных батарей, три-четыре таких спутника обеспечат непрерывный всемирный обмен телевизионными передачами.
Развитие космических полетов поставило ряд новых задач, чисто прикладного характера, и перед астрономией. Подобно тому как синоптики сообщают в настоящее время штурману самолета о воздушных течениях, ветре, облачности, грозах и других метеорологических условиях, ожидающих самолет на маршруте, так астрономы должны определять наиболее благоприятные периоды и направления движения в космическом пространстве, заранее сообщать о возможных вспышках на Солнце, корпускулярных потоках, скоплениях метеорного вещества и других космических опасностях.
Так, в период, предшествовавший полету Г. Титова, велось тщательное наблюдение за состоянием солнечной активности и был выбран наиболее благоприятный период, когда радиационный фон вдоль орбиты корабля «Восток-2» не превышал нормального уровня. При организации экспедиций на другие небесные тела астрономы должны выяснить, с какими условиями встретятся космонавты после высадки. Только точное знание химического состава атмосферы небесного тела, атмосферного давления, температуры, величины силы тяжести и других физических условий позволит заранее разработать соответствующую аппаратуру, необходимую для обеспечения нормальной жизнедеятельности космонавтов.
При полетах в дальний космос астрономы должны вооружить космонавтов и методами астрономической ориентировки в космическом пространстве.
Таким образом, с развитием космических полетов астрономия превращается в своеобразную физическую географию космоса.
Дальше в космос
На первых порах наши ракеты и спутники были полностью автоматическими. Дальнейшее освоение космоса будет связано с непосредственным участием человека в космических полетах.
До сих пор в истории человечества почти всегда было так, что люди шли как бы впереди машины. Ту или иную новую работу они сначала выполняли своими руками и лишь затем приспосабливали к этому машину. Так, грузчика заменил подъемный кран, на смену лопате землекопа пришел экскаватор, на смену летчику — автопилот.
Однако на пути в космос человек и машина в известной степени поменялись ролями: полету человека предшествовала тщательная разведка заоблачных высот и роль разведчиков выполняли автоматы. Машина первой проникла в верхние слои атмосферы и за ее пределы и рассказала человеку, что ожидает его в космическом полете.
Но никакая машина, даже самая совершенная, не сможет полностью заменить человека в освоении космоса. Этого не произойдет никогда. Любая машина всегда останется только машиной, созданной человеком и выполняющей его задание.
Автомат способен исследовать только такие явления, о которых человек уже имеет какое-либо представление. А человек сможет принять правильное решение в заранее не предусмотренных обстоятельствах. Только человек сможет в полной мере использовать открывающиеся в процессе космического полета непредвиденные возможности научных наблюдений и исследований.
Вот почему полеты советских летчиков-космонавтов Юрия Гагарина, Германа Титова, Андрияна Николаева и Павла Поповича имеют такое огромное значение: они открыли новую эпоху в освоении космоса, открыли человеку путь в космос.
Перед человечеством развернулись новые горизонты, богатейшие перспективы овладения новыми тайнами природы, дальнейшего познания мира.
Видимо, именно по этой причине радио Ватикана передало в связи с полетом советского космонавта Юрия Гагарина следующее заявление: «Развитие техники, осуществленное человеческими руками, таит в себе огромную опасность. Человек может подумать, что именно он — созидатель, что все созданное его руками — дело только его ума и рук. Но человек — не созидатель: он открывает лишь то, что доступно ему и на что указывает ему господь бог. Технический прогресс должен заставить людей пасть на колени и с еще большей верой молиться богу».
Но защитникам религии не остановить прогресса науки, не задержать развития научных знаний.
В то же время никакие словесные ухищрения богословов не могут изменить того факта, что человек проник в «священные небеса».
И, пожалуй, не будет преувеличением утверждать, что до сих пор еще ни одна победа человека над природой не служила в такой степени укреплению веры в науку, в справедливость всех ее представлений об окружающем мире, как освоение космического пространства.
* * *
Рассказывают, что однажды Наполеон спросил астронома Пьера Лапласа, почему в его труде по небесной механике отсутствует какое-либо упоминание о боге, о творце вселенной. На это ученый ответил, что такая гипотеза ему не понадобилась.
И действительно, все происходящее в окружающем нас мире вполне может быть объяснено естественными причинами, без привлечения каких-то сверхъестественных сил.
Более того, весь опыт развития науки убеждает нас в том, что никаких сверхъестественных сил, никакого бога в окружающем мире вообще не существует. Мир — это материя, которая находится в непрестанном движении, происходящем по присущим ей естественным законам. И единственной реальной силой, способной сознательно преобразовывать природу, является человек, познавший ее законы, а также другие разумные обитатели вселенной. Не бог, а человек — подлинный хозяин мира. И пусть сегодня многое в мире еще не подвластно человеку, но могущество его растет, растет с каждым днем, с каждым годом. Многое уже достигнуто, но еще больше будет сделано завтра. Человек штурмует природу, переделывает ее в своих интересах. В авангарде этой титанической борьбы идет наша страна, страна, в которой созданы такие общественные отношения, которые наилучшим образом отвечают этой великой цели — преобразованию мира для блага человека.
Содержание
- ВСЕЛЕННАЯ И БОЖЕСТВО
- 1. Земля и вселенная
- 2. Вселенная - это материя
- 3. Вселенная бесконечна
- 4. Чем занят бог?
- ВСЕЛЕННАЯ ВЕЧНА
- 1. Бог и творение
- 2. Всегда ли бывает начало?
- 3. Вера и "вера"
- 4. Еще раз о бесконечности вселенной
- 5. Они идут в атаку!
- 6. Обесценивается ли тепло?
- 7. Вселенная и жизнь
- 8. "Расширяющаяся вселенная"
- 9. У колыбели элементов
- 10. Вселенная неисчерпаема
- НЕБЕСА - ЧЕЛОВЕКУ
- 1. Земля - космическое тело
- 2. Вестники далеких миров
- 3. Человек штурмует космос