Астрономия. Популярные лекции - Владимир Георгиевич Сурдин

могу найти объяснения), пока наконец ошибки в расчетном движении спутников не превысили допустимую величину. Только тогда стали искать причину — и разобрались, что действует эффект радиационной отдачи, а потом выяснили, что Ярковский предсказал этот эффект сто лет назад. Вот как важно читать старые книжки: люди прошлых веков были не глупее нас.

Рис. 9.13. Автоматическая станция серии «Пионер». Рисунок: NASA.

Есть еще интересная история, связанная с эффектом отдачи. Два первых космических аппарата, которые ушли за пределы Солнечной системы, — «Пионер-10» и «Пионер-11» — как-то странно отклонялись от траектории, при расчете которой учитывалась только гравитация: их иногда что-то притормаживало. Этот парадокс «Пионеров» четверть века «висел» перед небесными механиками и требовал объяснения. Чтобы его разрешить, пытались даже модернизировать теорию гравитации, но безуспешно: запуск последующих зондов не подтвердил предположений.

Наконец выпускник физфака МГУ В. Г. Турышев, ныне сотрудник американской лаборатории JPL, догадался о причине явления, и его версия стала общепризнанной. У зондов «Пионер» в качестве источников электричества используются радиоизотопные термоэлектрические генераторы. В них распадается плутоний 238Pu, в этом процессе выделяется тепло, поэтому генераторы всегда горячие, их излучение падает на тыльную сторону рефлектора радиоантенны и отражается от него. Получается своеобразный фотонный двигатель. А поскольку антенна постоянно направлена на Землю, т. е. на центр Солнечной системы, реактивная сила притормаживает полет аппарата.

Влияние атмосферы

И наконец о последнем негравитационном возмущении. Космические тела летают не в абсолютном вакууме, а в среде, хотя и очень разреженной, так что обычное газодинамическое сопротивление тоже играет роль. Наша МКС издали кажется «парусником», летящим по космическим волнам (рис. 9.14), но на самом деле солнечные панели станции — вовсе не паруса, а тормоза: станцию они всегда тормозят об атмосферу Земли, и, чтобы она не упала, надо периодически включать реактивные двигатели и восстанавливать высоту орбиты.

Рис. 9.14. Международная космическая станция похожа на парусный корабль. Но ее «паруса» не разгоняют станцию, а тормозят.

Рис. 9.15. Искусственный спутник GOCE, работал в 2009–2013 гг. Фотоколлаж ESA

То же самое со спутниками, запускаемыми на низкую орбиту. Несколько лет назад для измерения гравитационного поля Земли на очень малую высоту (220 км) был запущен спутник GOCE. Атмосфера там вполне ощутимой плотности, и необходимо было постоянно держать двигатель включенным, а панели солнечных батарей развернуть вдоль направления полета, иначе они очень сильно тормозили бы спутник и он быстро упал бы. Четыре года он летал — и все-таки упал, а случилось это в 2013 г. Почему именно в этом году? Для астрономов это не тайна: это был год максимума солнечной активности. А когда Солнце бьет по Земле ультрафиолетом и рентгеном, наша атмосфера «вспухает» и особенно интенсивно тормозит низколетящие спутники.

Рис. 9.16. Количество объектов размером более 10 см на околоземных орбитах высотой 200–2000 км по настоящее время и в будущем при реализации двух сценариев космической активности человечества.

Однако большинство спутников на землю не падают и, перестав работать, остаются на орбите. Иногда они сталкиваются друг с другом и с останками ракет и распадаются на куски разных размеров. Сейчас в околоземном пространстве на орбитах высотой до 2000 км кружится около 12 тысяч осколков размером от дециметра и крупнее; за ними всеми следят, чтобы какой-нибудь из них не налетел на действующий космический аппарат. Китайцы пытались сбить свой спутник с орбиты, но тем самым только добавили мусора в космосе. Если частота запусков космических аппаратов сохранится на сегодняшнем уровне, количество обломков в многолетнем тренде будет увеличиваться. Хотя каждые 11 лет (период колебаний активности Солнца) будет наблюдаться небольшой спад: те спутники, что летают низко, будут падать на Землю.

10. Солнце

Самая детально изученная звезда — это наше Солнце. Оно весьма полезно для нас: без него не было бы жизни на Земле. Из предыдущей лекции мы знаем, что оно очень большое: по диаметру в 10 раз крупнее самой большой планеты нашей системы — Юпитера — и почти в 110 раз крупнее Земли. А по массе Солнце с Юпитером различаются почти в 103 = 1000 раз, поскольку их плотность примерно одинакова, около 1,5 г/см3 — это чуть больше, чем у морской воды, т. е. привычная для нас величина. Но надо понимать, что это среднее значение по всему объему: на поверхности Солнца плотность газа намного меньше, а к центру она нарастает так, что становится в 20 раз больше, чем у железа.

Как смотреть на Солнце

Мы ощущаем Солнце благодаря его излучению. А какова его полная мощность? Если поместить Солнце в точку фокуса гигантского космического рефлектора и тем самым сконцентрировать всю его световую мощь на нашей планете (рис. 10.1), то через четыре минуты все океаны не просто закипят — они полностью улетучатся в космическое пространство. Представьте: всего четыре минуты — и нет больше воды на Земле: вот что такое солнечное излучение. А через 10 суток испарился бы весь земной шар.

К счастью, на нас попадает не всё солнечное излучение, а его микроскопическая доля, поэтому Земля и жизнь на ней не сильно от него страдают. Но учтите: прямой солнечный свет очень опасен для зрения. Конечно, можно на мгновение глянуть — и сразу же отвести взгляд. Но лучше этого не делать. Даже если вы собираетесь наблюдать за солнечным затмением, то смотреть на него длительно без темных очков нельзя. И очки нужны не пляжные, а специальные, с очень плотной светозащитной пленкой (рис. 10.2), которая примерно в тысячу раз ослабляет световой поток: в таком случае сетчатка ваших глаз не пострадает от наблюдения Солнца.

Рис. 10.1. Полная мощность излучения Солнца