В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся] - Рудольф Сворень

Можно наметить немало конкретных работ, которые позволили бы уточнить полную массу Вселенной. В их числе и тщательное изучение наблюдательных данных, уже имеющихся в мировой литературе, и ряд новых специальных наблюдений с помощью совершенных чувствительных спектрографов. В нашей стране такие наблюдения можно было бы проводить на нескольких обсерваториях, в частности в Алма-Ате, в Бюракане, в Крыму. Мы тоже планируем наблюдательные эксперименты, надеясь главным образом на длинные зимние ночи, когда обычно хмурое эстонское небо становится прозрачным. Новые исследования, и прежде всего изучение движения галактик в больших скоплениях, могут дать очень интересные результаты. Так, например, есть основания думать, что в таких скоплениях количество «скрытой массы» в сравнении с видимой значительно больше, чем в двойных галактиках. Сложных галактических скоплений очень много, и поэтому вполне может быть, что плотность Вселенной весьма близка к критической или даже больше ее. Судя по всему, уже сейчас нет оснований сомневаться в существовании во Вселенной большой «скрытой массы», хочется верить, что вскоре удастся более или менее точно и, конечно, более уверенно ответить на вопрос «сколько?»

Похоже, что наступило время, когда астрофизики перестают говорить о «скрытой массе» в сослагательном наклонении, с применением частицы «бы». Не сразу, а точнее, не все сразу, но перестают. В этой связи уместно, как это, кстати, и было обещано, вспомнить еще об одной, третьей точке зрения на последние работы по взвешиванию Вселенной. В достаточно вольном пересказе эта точка зрения выглядит так: «Обнаружение «скрытой массы»? Но, помилуйте, здесь нет никакой сенсации!.. Если не изобретать по всякому поводу новую физику и не придумывать патологических моделей, то давно уже нужно было признать, что масса Вселенной значительно больше, чем это кажется с первого взгляда. Тот факт, что долгое время эту массу не находили, приводит лишь к одному выводу: нужно лучше искать. А если «скрытая масса» действительно обнаруживается, то это вполне закономерно. Это еще одно дополнение к огромному списку известных уже примеров того, как хорошие наблюдения рано или поздно подтверждают правильную теорию».

Когда эта книга готовилась к печати, пришло интереснейшее сообщение: группа советских физиков получила экспериментальные данные, позволяющие считать, что масса покоя элементарной частицы нейтрино не равна нулю, как это считалось раньше. Нейтрино во Вселенной очень много — их, в частности, должно быть в десятки раз больше, чем электронов. И вполне может оказаться, что именно нейтрино создают огромную скрытую массу Вселенной.

Пятьсот тысяч бит с Венеры

Советский космический аппарат „Венера-9“ открыл новую страницу в исследовании планет Солнечной системы, осуществив телевизионную передачу прямо с поверхности Венеры.

Когда мы называем эти эксперименты фантастическими, непостижимыми, то здесь скорее простая констатация факта, чем литературная гипербола. Вспомните: большая сравнительно машина, размером с автомобиль, быстро удаляясь от Земли, четыре месяца летит в безжизненном океане космоса, точно попадает в плывущую по своей орбите Венеру. И оттуда по линии связи длиной в 70 млн. км гонит на Землю радиограммы и зашифрованные в электрических сигналах картины, которые на самой планете рассматривает бесстрастное электронное око…

Представить себе все это трудно, не хватает воображения. Природа тысячелетиями строгала и шлифовала лучшее свое творение— человека, приспосабливая его к решению совсем иных задач. Песчинка на ладони, камень размером с кулак, на горизонте лес, два дня перехода до ближайшей реки — вот те масштабы, которые мы получили в наследство от своих предков, которыми привыкли мыслить. А тут на наш мозг обрушивается одно за другим: «…миллиард световых лет… записано в структуре белка… наносекунда… мягкая посадка на Венеру… линия связи длиной 70 млн. км… квантовый переход…» — не успеваешь отдать дань восхищения одному открытию или свершению, как нужно привыкать к новым словосочетаниям, и просто не хватает времени осмыслить их, задуматься, поинтересоваться подробностями. А ведь бывает, что несколько подробностей лучше всего другого помогают нам прорисовать новый сложный фрагмент в картине мира.

Автоматическая станция «Венера-9», большая сравнительно машина (масса 4936 кг), быстро удаляется от Земли (начальная скорость удаления 11 км/ с; двигаясь с такой скоростью, из Москвы в Ленинград можно добраться за 1 мин и за 3 мин в Ташкент). До этого был космодром, огромная ракета, бесконечные проверки и испытания, торжественность и напряженность старта, несколько минут активного полета, завершившегося выводом станции на близкую околоземную орбиту. И уже с этой орбиты после еще одного комплекса проверок, тщательного прицеливания и точного выбора момента — окончательный разгон последней ступени, решающий выстрел. Но не в Венеру, а совсем в другую сторону.

Почему?

Существует много разных маршрутов, по которым космический аппарат может попасть с Земли на Венеру (рис. 1–3 на цветной вклейке, примыкающей к с. 113). Естественней всего, казалось бы, просто упасть на планету (рис. 1). Для этого нужно нейтрализовать скорость V→з, которую аппарат имеет, двигаясь вместе с Землей (орбитальная скорость Земли — 29,76 км/с), и одновременно сообщить ему скорость V→с в направлении на Солнце. Тогда аппарат, преодолев земное притяжение и падая на Солнце, встретится с Венерой в месте, где ее орбита пересекается с прямолинейной (а потому кратчайшей) траекторией аппарата. В этом варианте время перелета может составлять всего 25 сут, протяженность маршрута — 42 млн. км. Однако же у такого кратчайшего маршрута есть свои недостатки, и по крайней мере с одним из них трудно не считаться — аппарату необходимо сообщить начальную скорость 31,8 км/с, а такие скорости ракетной технике пока недоступны.

Из всех слов, какими пользуются специалисты при обсуждении вариантов космического эксперимента, самое весомое — масса. За массу полезного груза приходится платить массой стартовой ракеты, при этом цена за килограмм зависит и от выбора космической трассы: если выбрать трассу, на которую ракета выходит с большим расходом топлива, то на долю аппарата достанется малая доля общей массы, его придется делать небольшим и легким. А если выбрать экономичную трассу и топлива понадобится немного, то сэкономленную массу можно будет передать в фонд аппарата.

При запуске на Венеру массу, выведенную на околоземную орбиту, приходится делить между самим межпланетным аппаратом и последней ступенью ракеты, которая с околоземной орбиты окончательно разгоняет аппарат. Самый выгодный вариант такого последнего выстрела, т. е. вариант с минимальным расходом топлива, а значит, с максимальной полезной массой, выглядит так: разгоняя аппарат, его направляют с таким расчетом, чтобы он не спеша летел по сложной кривой, приближаясь к орбите Венеры (рис. 2), а планета тем временем сама подходит к месту встречи. Основные данные полета: длина пути — 600 млн. км, время полета — 6 месяцев. На практике таким экономичным вариантом никогда не пользовались — полет тянется очень долго. А из-за этого затрудняется точное попадание в цель, возрастает вероятность всяких дорожных неприятностей, скажем, встречи с микрометеоритами или повреждения электронных приборов случайными вспышками космического излучения. Кроме того, в момент посадки аппарата на Венеру она будет на расстоянии 90 млн. км от Земли, а с ростом расстояния все труднее создавать надежную линию радиосвязи.

Скрупулезное взвешивание всех «за» и «против» приводит к некоторым компромиссным вариантам полета (рис. 3), которые, правда, ближе к последнему, самому выгодному, чем к первому, самому короткому. Основные данные промежуточных маршрутов: время полета — около 4 месяцев, протяженность примерно 360 млн. км, расстояние Земля — Венера в момент посадки около 70 млн. км. По таким маршрутам летали к Венере все советские межпланетные станции, в том числе и «Венера-9», и «Венера-10», впервые передавшие на Землю изображение поверхности планеты.

Долгие месяцы перелета для автоматической станции — это вовсе не зимняя спячка. Станция живет, работают многие ее системы. В частности, по сигналам датчиков температуры включаются и выключаются бортовые вентиляторы обдува, открываются и закрываются заслонки воздуховодов системы терморегулирования, поддерживая температуру около 20 °C. Один из непрерывно включенных дежурных приемников готов в любую минуту принять сигналы с Земли, расшифровать их, передать на командный пункт станции, в блок управления. В блок памяти записываются показания многочисленных научных приборов, данные от системы астронавигации, сведения о том, что происходит на самой станции. Во время очередного сеанса связи вся эта информация может быть передана на Землю. В нужный момент по собственной программе или по командам с Земли начинает действовать в одном из своих режимов система ориентации. Всматриваясь приборами астронавигации в свет небесных маяков, станция определяет свое место в звездном мире, положение в пространстве. С ювелирной точностью производится коррекция орбиты — станция крепко держит невидимую тропу, ведущую к Венере.