СКВОЗЬ АТМОСФЕРУ В МЕЖПЛАНЕТНОЕ ПРОСТРАНСТВО



Раньше чем рассмотреть вопрос о полёте в мировое пространство с точки зрения современной науки и техники, познакомимся с нашим «уголком» вселенной — солнечной системой, а также с воздушной оболочкой Земли, которую непременно придётся пронизать в самом начале космического путешествия.

*   *
*

Свойства земной атмосферы представляют для нас интерес главным образом с точки зрения того сопротивления, которое будет испытывать межпланетный корабль при взлёте и возвращении.

При взлёте атмосфера является препятствием, при спуске она может быть использована для торможения.

Неизбежное нагревание аппарата при движении в воздухе с очень большой скоростью не может не вызывать опасений. Пример метеоров — «падающих звёзд» — показывает, что возвращение космического корабля на Землю является достаточно сложной задачей. Решающее значение имеет состав воздуха в высших слоях атмосферы. Преобладание водорода или азота будет определять степень нагревания космического корабля. В первом случае оно будет невелико, во втором — огромно.

В атмосфере существуют два примыкающих друг к другу слоя, резко различающихся между собой по характеру происходящих в них явлений. В нижнем слое, в тропосфере, происходят все метеорологические явления, в частности, образование облаков. Над этим слоем простирается прозрачная область стратосферы. Вблизи полюсов стратосфера начинается уже на высоте примерно 8—9 километров, а на экваторе её нижняя граница находится на высоте порядка 15 километров и даже выше.

Особенно резко тропосфера и стратосфера отличаются друг от друга в тепловом отношении. В тропосфере температура воздуха уменьшается с высотой в среднем приблизительно на 6° Цельсия при подъёме на каждый километр. В восходящих потоках температура воздуха понижается вследствие его расширения, в нисходящих, наоборот, происходит нагревание воздуха вследствие сжатия.

Стратосфера в своей нижней части, простирающейся до высоты примерно 30 километров, имеет температуру почти постоянную, равную в среднем около 56° холода. Однако с высоты около 30 километров температура в стратосфере начинает повышаться и на высоте 50—60 километров достигает 60—75° тепла. Такое повышение температуры происходит, повидимому, вследствие того, что на указанной высоте находится слой озона, задерживающий большую часть ультрафиолетовых лучей Солнца. Над слоем озона температура опять уменьшается, но затем вновь начинает возрастать. В ионосфере, т. е. в электропроводящем слое стратосферы, начинающемся с высоты примерно 100 километров, температура возрастает очень резко. Так, например, по некоторым наблюдениям, требующим, впрочем, проверки, температура на высоте 122 километров равна около 100° тепла, а на высоте 170—180 километров она достигает уже 700° тепла.

На высоте 10 километров плотность воздуха в 3 раза меньше, чем у поверхности Земли, на высоте 20 километров — в 14 раз, на высоте 60 километров — в тысячи раз меньше. На высоте 120 километров воздух настолько разрежён, что не представляет заметного сопротивления даже при космических скоростях.

Вследствие незначительной плотности воздуха в ионосфере температура её будет играть второстепенную роль при взлёте космического корабля.

Соотношение составных частей воздуха в нижних слоях атмосферы в общем постоянно вследствие непрерывного перемешивания воздуха. По объёму в тропосфере содержится: азота 78,06%, кислорода 20,90%, аргона 0,94%, Других газов 0,1%.

Состав ионосферы, повидимому, существенно отличается от состава тропосферы и меняется с высотой. Кинетическая теория газов даёт возможность вычислить процентное содержание различных газов на любой высоте в ионосфере, если известен её состав у нижней границы. Но определение содержания водорода в ионосфере затруднительно; различные исследователи, занимающиеся этим вопросом, получали разные результаты. Поэтому мы пока не можем предусмотреть, в какой степени будет нагреваться космический корабль в ионосфере при своём возвращении на Землю (при взлёте космический корабль будет двигаться через атмосферу со скоростью, значительно меньшею, чем при возвращении, поэтому вопрос о нагревании корабля при взлёте не имеет столь существенного значения).

Следует признать, что наши познания о высоких слоях атмосферы ещё недостаточно полны и требуют основательного углубления.

До последнего времени исследование атмосферных слоев на высотах свыше 40 километров могло производиться исключительно косвенными методами — путём спектрального анализа лучей, испускаемых Солнцем и звёздами, измерением рассеяния искусственного светового пучка молекулами атмосферных газов, путём наблюдения над атмосферой во время зари и в сумерках, путём наблюдения падающих звёзд и полярных сияний и т. д. Неудивительно, что полученные результаты иногда получались противоречивыми. Например, некоторые учёные, основываясь на спектроскопических исследованиях полярных сияний, а также исходя из наблюдений над загоранием и затуханием падающих звёзд, полагали, что на высоте 120—600 километров должен существовать слой твёрдого азота, находящийся в мелко распылённом состоянии. Другие учёные оспаривали это утверждение; они доказывали, что такой же спектр может быть получен от смеси гелия с кислородом, подвергнутой действию электрического разряда. В последние годы гипотеза о существовании слоя твёрдого азота была отвергнута.

В настоящее время сделана попытка использования реактивных снарядов «Фау-2» для изучения высоких слоев атмосферы прямыми методами. Однако собранный таким путём материал ещё недостаточно богат, и некоторые полученные результаты, которые сегодня кажутся достоверными, могут в дальнейшем оказаться неточными.

В заключение заметим, что те данные об атмосфере, которыми мы располагаем в настоящее время, совершенно недостаточны для расчётов, относящихся к посадке космических кораблей, но вполне достаточны для приближённых расчётов, относящихся к вертикальному пересечению атмосферы при взлёте.

*   *
*

Наша солнечная система является, как известно, ничтожно малым уголком вселенной. В эту систему входят следующие небесные тела: Солнце, планеты и их спутники, астероиды, кометы и метеорные тела.

Вокруг Солнца обращаются девять больших планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Они движутся по орбитам,представляющим собой эллипсы, очень незаметно отличающиеся от окружности (отношение малой оси эллипса к большой для всех орбит больше 0,96). Солнце более или менее смещено относительно центров этих эллипсов: оно находится в одном из их фокусов.

Расстояние Земли от Солнца равно приблизительно 150 миллионам километров.

Для того чтобы наглядно представить расстояние от Солнца до других планет, допустим, что новорожденный отправляется в путь по прямой от Солнца к ближайшей планете (рис. 1) со скоростью движения первого спутника Марса — Фобоса (2,138 километров в секунду, т. е. около 7700 километров в час). Допустим также, что ему посчастливилось встретить на своём пути все планеты. Идя с указанной скоростью, на одиннадцатый месяц своей жизни он пройдёт мимо Меркурия, через 19 месяцев — мимо Венеры, а спустя 26 месяцев и 2 недели достигнет Земли. На пятом месяце четвёртого года своей жизни он минует планету Марс, а на двенадцатом году встретит Юпитер. Двадцать один год исполнится ему, когда он покинет Сатурн с его характерными кольцами. Ещё через двадцать один год он дойдёт до Урана. Не отдыхая ни одного мгновения, беспрерывно идя вперёд, седым 66½ стариком он прибудет к Нептуну. Пожелаем ему теперь долголетия, так как свою задачу— дойти до последней планеты нашей солнечной системы — он сумеет выполнить только на 88-м году своей жизни. Тогда только, на пороге смерти, он достигнет Плутона, не помня ни Меркурия, ни Венеры, ни Земли, виденных им в своём раннем детстве.

Рис. 1. Расстояние от Солнца до планет и до ближайшей звезды в годах жизни «скорохода». Расстояние от Солнца до Земли равно приблизительно 149,5 миллиона километров.

Предположим теперь, что наш старичок бессмертен и что он предпринимает путешествие к наиболее близкой от нас звезде, к так называемой «Ближайшей» из созвездия Центавра. Тогда, при указанной выше скорости его движения, он завершит своё путешествие лишь спустя 600 000 лет.

*   *
*

Вернёмся к нашей солнечной системе. Наглядное представление о массах отдельных планет и о массе Солнца можно получить, оценивая их в рублях. Предварительно заметим, что средняя плотность Земли в 5½ раз больше плотности воды. Следовательно, масса Земли равна массе 5½ шаров воды, имеющих такие же размеры, как и Земля. Допустим, что масса Земли стоит 1 рубль. Тогда Меркурий стоил бы не больше пятачка, Марс — около гривенника, а Венера, примерно, 80 копеек. Уран стоил бы около 15 рублей. Нептун — 17 рублей, Сатурн — около сотни, Юпитер — свыше трёхсот рублей, а Солнце — одну треть миллиона.

Более точное представление о размерах и других характеристиках Солнца, планет и их спутников можно найти в таблицах 1 и 2 (стр. 20, 21).

*   *
*

Все планеты вместе имеют 29 спутников. Между планетами они распределяются следующим образом: Земля — 1, Марс—2, Юпитер — 11, Сатурн — 9, Уран — 5, Нептун — 1. Кроме того, Сатурн окружён кольцами, состоящими из огромного количества камней и пыли.

Несомненно, целью первого космического путешествия будет спутник Земли — Луна. Ведь она находится на расстоянии всего 384 000 километров от нас, т. е. свыше чем в сто раз ближе к нам, чем ближайшая из планет — Венера. Мощные телескопы уже раскрыли нам не одну из «тайн» Луны. Она лишена воды и сколько-нибудь значительной атмосферы. Большие лунные равнины, неправильно называемые морями, достигают в длину 1000 километров. Очертания гор, не размытых водой, весьма рельефны. Самая высокая лунная гора поднимается на высоту 8880 метров, т. е. достигает высоты Эвереста — величайшей из земных горных вершин. Диаметр Луны равен около 3500 километров, а её масса составляет ¹/₈₁ массы Земли. Ускорение свободного падения, а следовательно, и вес тел на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на Земле.

Астероиды, или так называемые планетоиды, являются малыми планетами, обращающимися вокруг Солнца. В большинстве случаев расстояние их от Солнца больше, чем расстояние Марса, но меньше, чем Юпитера.

В настоящее время известно до 1600 малых планет, причём их общий объём меньше, чем объём Луны. Самые малые из них не улавливаются даже мощными телескопами. Наименьший занесённый в каталог астероид имеет диаметр около 1 километра, наибольший, открытый ещё в начале XIX века, — 770 километров. Астероиды имеют самую разнообразную геометрическую форму. Возможно, что некоторые из них смогут служить промежуточной базой для космических путешествий (см. стр. 108).

Кометы обычно состоят из головы в виде ядра, окружённого туманной оболочкой, и из длинного хвоста. Как исключение, встречаются кометы с несколькими головами или с несколькими хвостами. Ядро представляет собой скопление твёрдых тел более или менее крупных размеров и окружено оболочкой пыли, имеющей значительно большую плотность, чем вещество хвоста.

По мере приближения к Солнцу голова кометы сжимается, в то время как хвост её, отбрасываемый по направлению от Солнца, удлиняется. Последний представляет собой настолько разрежённое тело, что космический корабль при проникновении через него не ощущал бы никакого сопротивления.

Кометы движутся в самых разнообразных направлениях. Посещение их представляет более трудную и менее интересную задачу, чем посещение других тел солнечной системы.

*   *
*

Согласно новейшим исследованиям мировое пространство наполнено молекулами натрия, а также кальция, находящимися друг от друга на очень больших расстояниях. Частицы газа, оторвавшиеся от звёзд, также являются составной частью космической материи. Материальные частицы сгруппированы в своего рода космические облака, которые распределены в пространстве очень неравномерно.

Космическая материя, ввиду её ничтожной плотности, не может оказать влияния на нагрев межпланетного корабля и его сопротивление при движении. По той же причине ни один звук не может нарушить глубокого безмолвия, господствующего в межзвёздных пространствах.

Мировое пространство пронизывается так называемыми космическими лучами, которые обладают проникающей способностью, большей чем все нам известные излучения. Эти лучи легко проникают не только через всю земную атмосферу, но и через слой воды толщиной до 500 метров.

Таблица 1

Некоторые характеристики Солнца и планет

Название светила	Масса относительно массы Земли	Среднее расстояние от Солнца		Радиус в километрах	Плотность относительно воды	Период обращения вокруг Солнца в годах	Среднее напряжение силы тяжести (ускорение свободного падения) на поверхности светила в метрах в секунду за секунду
		В астрономи- ческих единицах	В миллионах километров
Солнце. .	333 432	—	—	695 500	1,416	—	275,18
Большие планеты
Меркурий Венера . . Земля . . Марс . . Юпитер . Сатурн . . Уран . . Нептун . Плутон .	0,056 0,818 1 0,108 318,356 95,223 14,580 17,264 ?	0,387 0,723 1 1,524 5,203 9,539 19,191 30,071 39,457	57,9 108,1 149,5 227,8 777,8 1 426,1 2 869,1 4 495,7 5899,1	2 400 6 100 6378 (на экваторе) 6 367 (на полюсах) 3390 71 370 (на экваторе) 66 620 (на полюсах) 60 400 (на экваторе) 54 050 (на полюсах) 24 800 26 500 ?	5,599 5,160 5,527 3,947 1,341 0,690 1,359 1,326 ?	0,241 0,615 1 1,881 11,862 29,458 84,015 164,788 247,697	3,79 8,79 9,81 (на экв.) 9,88 (на пол.) 3,74 24,95 (на экв.) 28,64 (на пол.) 10,43 (на экв.) 13,01 (на пол.) 9,43 9,82 ?
Некоторые малые планеты
Эрот . . . Веста . . Церера Паллада .	— — — —	1,458 2,362 2,767 2,770	218 354 414 419	— 190 380 240	— — — —	1,760 3,630 4,603 4,610	— — — —

¹) Астрономической единицей длины называется среднее расстояние Земли от Солнца, принимаемое равным 149,5 миллиона километров.

Таблица 2

Некоторые характеристики спутников планет

Планета	Спутник	Масса относительно массы планеты	Среднее расстояние от планеты в тысячах километров	Радиус в километрах	Плотность относительно воды	Напряжение силы тяжести (ускорение свободного падения) на поверхности в метрах в секунду за секунду
Земля	Луна	1/81,495	384,4	1 738	3,34	1,62
Марс	Фобос Деймос		9,4 23,5	6 4,5
Юпитер	5-й спутник1) 1-й (Ио) 2-й (Европа) 3-й (Ганимед) 4-й (Каллисто) 6-й спутник 10-й спутник 7-й спутник 11-й спутник 8-й спутник 9-й спутник	1/22 240 1/39 430 1/12 520 1/22 200	180,5 421,5 670,7 1 069,8 1 881,7 11 453 11 562 11 738 22 550 23 502 23 637	80(?) 1 700 1 500 2 630 2 530 65(?) 10(?) 25(?) 12(?) 25(?) 7(?)	4,09 3,34 1,95 1,24	1,98 1,43 1,46 0,90
Сатурн	7-й (Мимас)1) 6-й (Энцелад) 5-й (Фетида) 4-й (Диона) 3-й (Рея) 1-й (Титан) 8-й(Гиперион) 2-й (Япет) 9-й (Феба)	1/16 340 000 1/4 000 000 1/921 500 1/536 000 1/250 000 1/4 700	185,4 237,8 294,4 377,1 526,6 1 220,9 1 479,0 3 557,8 12 946,0	300 370 600 720 925 2 860 225 850 100	0,32 0,67 0,67 0,67 0,69 1,24	0,26 0,69 1,12 1,35 1,78 9,92
Уран	5-й спутник1) 3-й (Ариель) 4-й (Умбриель) 1-й (Титания) 2-й (Оберон)		123(?) 191,7 266,0 438,1 585,9	? 450(?) 350 850 750
Нептун	Тритон	1/290	353,4	2500(?)

1) Спутникам Юпитера, Сатурна и Урана присвоена нумерация, соответствующая порядку их открытия. Некоторые из этих спутников ие получили названий.

Однако вредное действие на организм того или иного излучения зависит не от его проникающей способности, а главным образом от его интенсивности. Между тем, интенсивность космических лучей весьма незначительна. Во время межпланетного полёта, может быть, и не придётся защищаться от этих лучей, так как даже при прямом действии на человека их физиологическое влияние на организм, повидимому, ничтожно.

*   *
*

На земле в затенённых от Солнца местах абсолютная темнота не наступает, так как атмосфера рассеивает солнечный свет, и он в той или иной мере попадает в полосу тени. Межпланетные же пространства, расположенные в тени какого-нибудь тёмного тела, погружены в полный мрак. Небесный свод там представляется совершенно чёрным. Звёзды не мерцают и постоянно отчётливо видны, если только глаза защищены от непосредственного действия солнечных лучей; в противном случае глаз приспосабливается к яркому свету Солнца и теряет способность различать звёзды.

---

в начало назад