Чтение онлайн

К сожалению, наряду с миллионами людей, правильно понимающими развитие науки, есть еще сотни читателей, не понимаюп^их этого.

Как правило, авторы таких безграмотных рукописей никогда не соглашаются с указанием ошибок и пересылают их от одного несчастного специалиста, вынужденного отвечать, к другому, а сами испытывают только разочарование...

Часть 1. Мир твердого вещества

С твердым веществом мы у себя на Земле знакомы больше всего, но в мировом пространстве оно встречается в гораздо меньшем количестве, чем газ. Однако твердое вещество сложнее по своей структуре, и жизнь требует под собой «твердой почвы».

Твердую кору имеют планеты (возможно, что не все и не всегда), твердыми являются маленькие ядра огромных газовых комет и мелкие небесные тела (вплоть до пылинок), носящиеся в мировом пространстве.

Перейдем же к знакомству с ними.

Глава 1. Главные члены солнечной семьи

Далекие земли - спутники Солнца

Земля - спутник Солнца в мировом пространстве, вечно кружащийся около этого источника тепла и света, делающего возможной жизнь на Земле. Вокруг Солнца кружатся и другие спутники - планеты Солнечной системы; на каждую из них солнечного тепла и света приходится больше или меньше, в зависимости от ее расстояния от Солнца, а расположены они в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Мы к Солнцу в сорок раз ближе, чем Плутон, и в 2 1/2 раза дальше, чем Меркурий. Почти в каждой книжке по астрономии есть описание наглядной модели Солнечной системы, где Солнце и планеты изображаются разными фруктами всевозможных размеров, а орбиты, т. е. пути планет вокруг центрального светила, - кругами разной величины. Нет нужды описывать всю такую модель снова. Главное ее назначение - показать сравнительные размеры планет и Солнца и помочь представить себе огромность расстояний между планетами в сравнении с их размерами. Ограничимся напоминанием, что если 149 600 000 км, представляющих (округленно) расстояние Земли от Солнца, и составляющих астрономическую единицу расстояний, изобразить в нашей модели длиной одного метра, то Солнце будет изображаться вишней, Земля изобразится пылинкой, меньше десятой доли миллиметра, наибольшая из планет Юпитер - булавочной головкой, а наименьшие из планет Меркурий и Марс - пылинками, вдвое-втрое меньшими по диаметру, чем пылинка-модель Земли. Их даже не будет видно глазом. Кроме главных членов Солнечной системы, перечисленных выше, в солнечную семью входят спутники планет, в том числе Луна, сопровождающая земной шар и любезно его освещающая по ночам. Входит в нее и множество малых планет - астероидов, мелких и крупных комет, о которых речь будет впереди. Но еще меньше, чем астероиды, метеориты. Это камни всевозможной величины, преимущественно мелкие, носящиеся в мировом пространстве. Ежегодно некоторые из них падают на Землю.

В этой главе мы расскажем немного о больших планетах, но зато дальше мы расскажем много о малых планетах.

Бег планет вокруг Солнца и спутников вокруг своих планет близок к равномерному движению по кругу, но немного отличается от него, как нашел еще три столетия назад Кеплер, уточнивший великое открытие гениалыфго польского ученого Коперника.

Законы Кеплера

Кеплер открыл три закона движения планет, которые это движение вполне определяют. Он указал в первом законе, что планеты обегают Солнце по эллипсам, у которых один из двух фокусов непременно совпадает с Солнцем (Как известно, эллипсом называется кривая, сумма расстояний до любой точки которой от двух заданных точек (их называют фокусами эллипса) одна и та же)). Во втором законе Кеплер говорит, что при движении планеты отрезок прямой, соединяющей планету с Солнцем, в единицу времени всегда описывает одну и ту же площадь. Третьим законом Кеплер установил, что квадраты времен обращения планет Р пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца а, т. е.

P21/P22=a31/a32

где значки 1 и 2 относятся к двум любым планетам.

Рис. 28. Порядок расстояний планет от Солнца и их сравнительные размеры. Размеры планет по сравнению с расстояниями и между ними увеличены в 10 000 раз. Маленькими кружками схематически показаны спутники планет

Все эти три закона - следствие всемирного тяготения, как показал Ньютон. Они справедливы и для движения спутников вокруг своих планет и для движения любого тела под действием притяжения к другому. Только в некоторых случаях движение может происходить не по эллипсам, а по другим, уже незамкнутым кривым - параболе или гиперболе (см. рис. 30). Они также имеют фокусы, и главное тело всегда будет в фокусе такой орбиты. Если тело движется не по замкнутой орбите, то тогда, конечно, о периоде обращения нельзя говорить и третий закон Кеплера для таких орбит не имеет смысла. В случае же движения по эллипсу, как показал Ньютон, третий закон правильнее писать так:

P21(M1+m1)/P22(M2+m2)=a31/a32

Его можно применить к любым двум массам M1 и М2, из которых первая имеет спутник с массой m1, обращающийся вокруг нее с периодом Р1 на среднем расстоянии a1, a вторая масса М2 имеет свой спутник массы m2 с периодом обращения Р2 на среднем расстоянии а2. По этой формуле можно сравнить, например, движение Луны около Земли с движением Земли около Солнца или с движением спутника Нептуна около своей планеты. Если массы спутников ничтожно малы в сравнении с массами своих центральных тел, то ими в формуле можно пренебречь. Тогда, применяя ее, например, к двум планетам - спутникам Солнца, мы можем сократить массу Солнца в числителе и в знаменателе, и формула получит тот вид, в каком ее и дал сам Кеплер. Его формула - приближенная, но она достаточно точна для планет Солнечной системы, так как масса их всех, вместе взятых, в 750 раз меньше массы Солнца. Уточнение же, приданное ей Ньютоном, необычайно важно тем, что позволяет определять массы небесных тел, введенные им в формулу третьего закона Кеплера.

Притяжение планет друг другом невелико по сравнению с их притяжением к Солнцу, но оно вызывает отклонения в движении, несколько меняет вид и положение орбит. Эти отклонения называются возмущениями. На много лет вперед величину возмущений можно вычислить, зная массы взаимодействующих тел и их орбиты в некоторый момент.

Движение планеты легко себе представить, если знать форму и положение ее орбиты в пространстве, а также положение планеты на орбите в какой-нибудь момент. Величин; характеризующих эти данные, шесть, они называются элементами орбиты. Но для нас достаточно будет познакомиться только с четырьмя из этих элементов.

Элементы орбит

Размер орбиты характеризуется величиной большой полуоси эллипса а, выражаемой в астрономических единицах. На рис. 29 - это отрезок ОА или ОН, от центра эллипса до его вершины. Вершина эллипса 17, ближайшая к Солнцу S, называется перигелием; здесь планета ближе всего к Солнцу и движется всего быстрее. Противоположная, самая далекая от Солнца точка называется афелием.

Чем больше вытянут эллипс, тем больше различие между расстояниями планеты от Солнца в перигелии и афелии, тем дальше фокус эллипса отстоит от его центра О. Эту вытянутость эллипса характеризуют эксцентриситетом е, представляющим отношение расстояния от фокуса до центра к длине большой полуоси.

Рис. 29. Эллиптическая орбита планеты и второй закон Кеплера. Солнце находится в точке S

Для окружности е=0, а когда е достигает единицы, то центр эллипса уходит в бесконечность. Иначе говоря, эллипс бесконечно растягивается, так что его ветви стремятся стать параллельными друг другу, и получается незамкнутая кривая, называемая параболой. Еще более разомкнутая кривая называется гиперболой; у нее е больше 1.

Кратчайшее расстояние от Солнца до орбиты, т. е. до ее перигелия, называется пери-гелъным расстоянием.

Рис. 30. Типы орбит

Третий элемент i - это угол, под которым плоскость орбиты светила наклонена к плоскости земной орбиты (к эклиптике); он называется наклонением. Для планет, которые все движутся около Солнца в одинаковом направлении, наклонения орбит очень невелики. Если наклонение больше 90° (например, для некоторых комет), то это означает, что направление обращения тела противоположно направлению обращения планет.

Четвертым элементом мы назовем какой-нибудь из моментов, когда светило проходит через перигелий. Его обозначим через Т.

Эксцентриситеты орбит больших планет невелики, наибольшие у Плутона: 0,249, затем у Меркурия: 0,206. У Земли эксцентриситет орбиты всего 0,017, или 1/60, и если начертить орбиту Земли с большой полуосью в целый метр, то малая полуось будет всего на 1/7 мм меньше.

Космос в окрестностях нашей родной планеты

Граница, за которой начинается космическое пространство, разными людьми понимается очень различно. Некоторые считают, что космическое пространство начинается уже на высотах 150-200 тсж, другие - что граница находится за пределами земной атмосферы. Но где кончается атмосфера - понятие такое же неопределенное: ведь она разрежается при удалении от Земли постепенно и незаметно переходит в межпланетную юреду. Пространство между планетами в житейском Смысле представляет полный вакуум, пустоту. Однако и в нем, кроме радиации (световых, тепловых и других лучей), имеются частицы газов, электроны и космическая пыль. Плотность всех этих частиц измеряется теперь на разных расстояниях от Земли и Солнца при помощи приборов, установленных на искусственных спутниках Земли и на межпланетных автоматических станциях. За несколько лет их запусков наши представления об окрестностях Земли существенно пополнились, В задачу нашей книги не входит описание земной атмосферы и методов ее исследования. Представление о ней нужно нам лишь для сравнения с другими планетами, и мы ограничимся немногими сведениями.

Обычные облака из водяных капелек или кристаллов льда сосредоточены в нижнем, конвективном слое воздуха, имеющем толщу от 8 до 15 км, в зависимости от условий. Так называемые ночные серебристые светящиеся облака, представляющие весьма благодарную задачу для научных любительских наблюдений, плавают в атмосфере на высоте около 80 км. Лучи полярных сияний, представляющих собой электрическое свечение воздуха вследствие его бомбардировки быстрыми корпускулами, приходящими извне, простираются иногда до высот в сотни километров. Плотность верхних слоев атмосферы меняется значительно в зависимости от активных процессов, происходящих на поверхности Солнца, а также ото дня к ночи. На высоте 1500 км она в среднем составляет около 5•10-18 г/см3. Ощутимые еще следы атмосферы прослеживаются до высот более 3000 км.