Помоги проекту - поделись книгой:
Общая теория относительности, лежащая в основе современной физики и астрономии, допускает существование пространственно-временных туннелей, называемых кротовыми норами. Они возникают и исчезают внезапно, соединяя между собой отдаленные участки Вселенной или соседние вселенные. Если бы люди их нашли и научились ими пользоваться, то путешествия на невообразимые расстояния со скоростью света стали бы реальностью. Кроме того, гипотетически эти туннели могут связывать прошлое и будущее, то есть с их помощью можно путешествовать во времени.
Изучение космоса
№ 77
На трех китах или на четырех слонах? Космология дремучих времен
Древние люди считали Землю плоской, покоящейся на четырех слонах, которые, в свою очередь, стоят на спине огромной черепахи. Черепаха плавает по бескрайнему мировому океану, а над ней возвышается подобие шатра, к которому прикреплены звезды. Это одна из многочисленных теорий строения Земли, созданных за тысячи лет.
Но уже в древние времена человечество совершало настоящие научные открытия. Так, жрецы государства Вавилон во II–I тысячелетиях до нашей эры умели составлять астрономические таблицы, дали названия большинству созвездий, создали лунный календарь. Астрономы Древнего Китая так хорошо изучили движение Солнца и Луны, что могли предсказывать затмения.
Впервые о том, что Земля является не плоским диском, а шаром, заговорили древние греки. Они же создали гелиоцентрическую систему мира, забытую в Средневековье и возрожденную Коперником.
№ 78
Курс на север. Как найти Полярную звезду
Чем интересно созвездие Большой Медведицы, почему его знали все древние народы, хоть и называли по-разному? Дело в том, что с его помощью можно найти Полярную звезду — указатель северного направления. Если соединить две крайних звезды «ковша», которые находятся на противоположной стороне от его «ручки», и продолжить прямую линию, то она дойдет до яркой звезды, которая и будет Полярной.
Полярную звезду называют полюсом вращения, потому что только она остается на своем месте, а все остальные звезды в течение суток вращаются вокруг нее. На самом деле вращаются не звезды, а наша планета, и воображаемая ось, вокруг которой происходит это вращение, упирается в Полярную звезду. Нетрудно догадаться, что эта ось проходит через полюса Земли, а Полярная звезда расположена как раз над Северным полюсом.
№ 79
Компьютер древних астрономов. Астролябия
Старейший астрономический прибор, созданный две тысячи лет назад, в те времена, когда Земля считалась центром Вселенной, называется астролябия. Этот древний «компьютер», предназначенный для определения широты, был изобретен в Древней Греции. Через пять столетий христианская Европа объявила прибор «сатанинским», он был повсеместно запрещен на много веков. В это время астролябией продолжали пользоваться на Востоке, применяя ее для расчетов продолжительности дня и ночи и для составления астрологических таблиц. В эпоху Возрождения астролябия вернулась в Европу и стала одним из главных инструментов астрономов.
Что же представляет собой астролябия? Это плоская круглая «тарелка» с градусами по краю, диском внутри и линейкой, которую поднимают вертикально для измерения расстояния между светилами и их высоты над горизонтом.
№ 80
Звезды на глобусе. Экваториальная система координат
Для того чтобы найти звезду или созвездие на небе, нужно знать координаты. Чем же отличаются небесные координаты от земных? В первую очередь тем, что для них нужно учитывать дополнительные факторы: сферическую форму Земли и ее вращение.
С нашей точки зрения, звезды постоянно движутся. Но при этом их расположение относительно друг друга не меняется на протяжении сотен тысяч лет. Чтобы можно было находить их на небе, был создан небесный глобус. По внешнему виду он напоминает земной, только на нем изображены не материки и океаны, а скопления звезд, видимые с Земли.
Ось глобуса звездного неба проходит через Северный и Южный полюсы. Вокруг этой оси происходит вращение всех небесных объектов. Есть у небесного глобуса и свой экватор, он перпендикулярен оси и совпадает с земным. Экватор разделяет сферу неба на два полушария, северное и южное. Чтобы понять, как располагаются и движутся звезды по небу, нужно представить, что земной шар находится внутри небесного глобуса.
Система координат звездного неба схожа с земной, здесь тоже есть широта и долгота, только называются они по-другому. Координата, аналогичная широте, — это склонение. На экваторе звездного глобуса склонение равно 0°, на полюсе — 90°. При этом если светило располагается в южном полушарии, то склонение приобретает отрицательное значение, то есть на Южном полюсе оно равно –90°.
Вторая важная координата на небесной сфере — прямое восхождение — это аналог земной долготы. Отсчитывают ее по экватору от 0 до 360°. Нулевой отметкой для прямого восхождения считается точка весеннего равноденствия, то есть место, где Солнце пересекает экватор 20 марта, когда день равен ночи.
Итак, Земля не является плоской, как думали Эмпедокл и Анаксимен, ни тимпанообразной, как считал Левкипп, ни ладьеобразной, как у Гераклита…
№ 81
Земля — не пуп Вселенной. Гелиоцентрическая система Коперника
В то время, когда жил Коперник, господствовала геоцентрическая система мира. Земле отводилось место неподвижного центра Вселенной, вокруг которого вращаются Солнце, Луна и планеты.
Если считать Землю неподвижным объектом, то видимое движение планет кажется очень причудливым: они перемещаются между звездами, на первый взгляд, совершенно хаотично. Птолемей придумал этому объяснение: планеты движутся не непосредственно вокруг Земли, а вокруг некоей точки. А точка вращается вокруг Земли по круговой орбите. Изучая таблицы Птолемея, Коперник обнаружил: вся система неверна. Планеты должны двигаться по простым орбитам, но не вокруг Земли, а вокруг Солнца. А наша планета — это не центр мира, а один из многих объектов, вращающихся вокруг светила.
Коперник много лет вел наблюдения и сделал следующие выводы: Земля не только движется по орбите вокруг Солнца, но и вращается вокруг своей оси. Благодаря этому на планете происходит смена дня и ночи и видимое изменение положения звезд, Луны и Солнца. Вращением Земли вокруг Солнца объясняется его перемещение в течение года среди созвездий. Планеты находятся на разном расстоянии от Солнца и поэтому движутся вокруг него с разной скоростью. При наблюдении с Земли кажется, что они делают по небу петлеобразные движения. Все эти «зигзаги» объяснялись при помощи гелиоцентрической системы очень просто, и не нужны были запутанные птолемеевские вычисления.
Труд Коперника «Об обращении небесных сфер», изданный в 1543 году, сразу после его смерти, стал поворотным в истории астрономии. Идеи, изложенные в книге, казались современникам фантастическими, а церковь сочла книгу еретической и запретила ее.
Тем, кто… слишком малодушен, чтобы без ущерба для своей набожности верить Копернику, я могу лишь посоветовать покинуть школу астрономии…
№ 82
Приблизить звезды. Кто придумал первый телескоп?
В начале XVII века голландские стеклодувы придумали невиданную диковину: они укрепили внутри полой трубки пару линз, и это позволило приближать далекие объекты. Изобретение, в тот момент еще несовершенное, взяли на вооружение моряки и военные. А еще о нем прослышал итальянский астроном Галилео Галилей. Он сразу понял, какие возможности зрительная труба может дать астрономам, и взялся за ее совершенствование.
Несколько лет он проводил эксперименты с линзами разной шлифовки, большими или меньшими диаметрами трубы. В итоге у него получилась зрительная труба, увеличивающая объекты в 32 раза. Это было невероятным прорывом. Галилей первым в истории человечества направил телескоп в небо и сразу сделал массу удивительных открытий: Млечный Путь состоит из отдельных звезд, у Юпитера есть спутники, а поверхность Луны испещрена горами и впадинами.
№ 83
Битва линз и зеркал. Рефракторные и рефлекторные телескопы
Первый в мире телескоп, созданный Галилеем, был рефракторным, то есть линзовым. Чтобы усовершенствовать его, астрономы применяли все более крупные линзы и увеличивали длину трубы, но им не удавалось избавиться от главного недостатка — размытости изображения. Исаак Ньютон нашел решение этой проблемы: он стал использовать вместо линзы, собирающей свет, металлическое зеркало — сплав меди, мышьяка и цинка. Зеркальные телескопы стали именоваться рефлекторными.
Это случилось в XVIII веке, и на протяжении следующих трех столетий между рефлекторными и рефракторными телескопами велась нешуточная война. Для каждого вида находились новые технологические решения, позволяющие еще больше приблизить объекты и улучшить изображение. Размытость рефракторов была устранена, когда придумали двухлинзовые объективы. А главный прорыв для рефлекторов случился тогда, когда для зеркал стали использовать стекло, теперь можно было строить телескопы с огромными зеркалами. Именно благодаря огромным рефлекторным телескопам в начале XX века в астрономии случился прорыв: стало очевидно, что Вселенная имеет невообразимо огромные размеры.
Битва телескопов завершилась компромиссом — была создана зеркально-линзовая система, в которой зеркала используются для фокусировки, а линзы — для коррекции изображения.
Новая астрономия — это исследование волн и излучений, идущих из космоса. Для этого используются радио-, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и другие виды телескопов, позволяющие изучать Вселенную при помощи волн, которые она излучает. Так как большая часть этих волн не проходит через атмосферу Земли, современные телескопы часто устанавливают на спутниках и орбитальных станциях.
На вопрос, для чего он родился на свет, он [Анаксагор] ответил: «Для наблюдения Солнца, Луны и неба».
№ 84
Роковое яблоко Ньютона. Сила тяготения
Все слышали историю о том, как на голову Ньютону упало яблоко и ученого посетило внезапное озарение. Произошло это так: Ньютон сидел вечером в яблоневом саду, на небе светила полная луна. Неожиданно с ветки упал спелый фрукт прямо ему на макушку. В этот момент он понял, что сила, заставляющая яблоко падать вниз, и сила, удерживающая Луну на орбите, — одна и та же. На самом деле никаких подтверждений этой истории нет, скорее всего, это просто красивая легенда. Из дневников ученого становится понятно, что к своей теории он шел постепенно, на протяжении нескольких лет.
В чем же заключается знаменитая теория Ньютона? Из законов движения планет, открытых Кеплером, Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который стал основополагающим для такого раздела астрономии, как небесная механика. В этом разделе законы механики используются для расчетов движения небесных тел.
Фундамент механики — это три закона движения, сформулированных Ньютоном. Первый из них — закон инерции. Согласно ему, любое тело либо остается неподвижным, либо сохраняет прямолинейное равномерное движение, если на него не действует никакая сила. Второй закон — закон силы. Если к телу будет приложена сила, то его движение ускорится; чем больше будет эта сила, тем сильнее ускорение. Ускорение также зависит от массы тела. Третий закон — закон противодействия. Любое действие вызывает равное по силе и противоположное по направлению противодействие.
Закон всемирного тяготения объяснял, почему планеты движутся вокруг Солнца, а спутники — вокруг планет, почему небесные тела имеют шарообразную форму, а на Земле происходят приливы.
Гравитацию я определяю как силу, подобную магнетизму — взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому.
№ 85
Разложить по полочкам. Каталог Шарля Мессье
Шарль Мессье составил свой каталог еще в XVIII веке, но он до сих пор пользуется популярностью у астрономов-любителей — потому что в их распоряжении телескопы приблизительно такой же мощности, какой был у французского ученого. Мессье описал самые близкие, интересные и хорошо изученные на сегодняшний день астрономические объекты. Он называл их туманностями, но сегодня мы знаем, что большая часть из них — галактики, звездные скопления, остатки сверхновых и т. п. Хотя туманности тоже имеются.
Сам Мессье был охотником за кометами, он выискивал на небе эти движущиеся объекты, а туманности мешали его наблюдениям. При той мощности телескопа, которая была ему доступна, и те и другие выглядели размытыми пятнами, только кометы двигались, а туманности оставались неподвижными. Шарль Мессье составил каталог для того, чтобы иметь возможность отличать одни от других.
№ 86
Сколько километров в году? Космические расстояния
Космические расстояния поражают своими масштабами, и, конечно, для их измерения не годятся наши земные километры. Одна из важнейших единиц измерения в астрономии — световой год. Это расстояние, которое проходит свет за год.
Если учесть, что скорость света составляет 300 тысяч километров в секунду, то получается 9400 миллиардов километров. Эта поражающая воображение цифра и используется астрономами при измерениях и вычислениях. Есть в астрономии и более мелкая, чем год, единица измерения. Она равна среднему расстоянию от Земли до Солнца (149 600 000 км) и называется астрономической единицей.
Самый далекий от нас космический объект, который можно увидеть невооруженным глазом, — туманность Андромеды. Расстояние до нее от Земли составляет 2 миллиона световых лет. То есть тот свет, который мы видим сейчас, покинул туманность 2 миллиона лет назад. Мы видим ее такой, какой она была тогда. Как она выглядит сейчас, мы никогда не узнаем, у нас нет такой возможности.
Получается, что астрономия, по крайней мере тот ее раздел, который занимается далекими объектами, — это наука о прошлом. Глядя на ночное небо, мы видим прошлое звезд. Возможно, некоторые из них уже не существуют, но их свет только сейчас достиг нашей Солнечной системы.
Свет ближайшей к нам звезды, Солнца, доходит до Земли за 8 минут. Это не очень много, но все же и Солнце мы наблюдаем не в реальном времени. Замечая при помощи специальных приборов вспышку на Солнце, астрономы знают: на самом деле она произошла 8 минут назад. Самые отдаленные галактики, о существовании которых известно астрономам, находятся в 10–15 миллиардах световых лет от нас.
Всегда чти следы прошлого.
№ 87
Кто рано встает, тот… видит Меркурий. Когда смотреть в телескоп
Начинающему астроному легче всего обнаружить на небе планеты земной группы — Меркурий, Венеру и Марс. Первые две планеты ближе к Солнцу, чем Земля, то есть они находятся внутри орбиты нашей планеты. Чтобы найти их на небе, нужно обратить внимание, в какой стороне располагается светило. Если наблюдения происходят перед восходом, значит, нужно смотреть на восток, если после заката — на запад. Меркурий расположен ближе к Солнцу, Венера — чуть дальше. Помните об этом, чтобы не перепутать эти две планеты.
Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, он удален от нашей планеты на значительное расстояние (в среднем 225 миллионов километров), поэтому наблюдать его лучше в периоды противостояний, когда он максимально приближается. Сближения Земли и Марса случаются каждые 2 года и 50 дней, великое противостояние — раз в 15–17 лет.
№ 88
Вырваться за атмосферу. Дирижабль-звездолет Циолковского
Многие ученые и изобретатели, начиная с Иоганна Кеплера, открывшего в XVI веке законы движения планет, думали о полетах в космос. Но только основоположник теоретической космонавтики Константин Циолковский смог разработать проекты космических кораблей, близкие к современным.
Он понимал: чтобы преодолеть притяжение и вырваться за пределы атмосферы, нужна очень большая скорость, но при этом космонавты должны выдержать перегрузки. Для осуществления этой задачи Циолковский предлагал строить так называемые «ракетные поезда» — многоступенчатые ракеты. Когда одна ракета сжигала топливо, она отсоединялась, в дело вступала следующая и т. д. В итоге в космос летел легкий аппарат. Еще один значимый проект ученого — «дирижабль-звездолет», очень похожий на современные космические корабли многоразового использования.
№ 89
Человек в космосе! Полет Юрия Гагарина
12 апреля 1961 года Юрий Гагарин, первый космонавт в истории человечества, произнес «Поехали!» и отправился в неведомое на корабле «Восток-1». Подготовка к этому знаменательному событию велась много лет, ракеты подвергались сложнейшим испытаниям, будущие космонавты проходили экстремальную подготовку, на грани человеческих возможностей.
Ситуацию усугубляло соперничество с американскими ракетостроителями: нужно было опередить их и закрепить за СССР первенство в космосе. В других обстоятельствах конструкторы не стали бы спешить, потратили бы еще несколько лет на испытания, чтобы увеличить надежность корабля. Но времени не было, и полет состоялся в 1961 году. Несмотря на некоторые вне штатные ситуации (ракета-носитель отключилась с опозданием, разделение отсеков при приземлении тоже произошло не сразу), полет прошел нормально. Человечество вступило в новую эру.
№ 90
Летающая лаборатория. Орбитальные станции
Конструкторы-теоретики за много лет до первого полета человека в космос начали разрабатывать проекты орбитальных станций, искусственных спутников Земли. Они проектировали целые космические города (с гостиницами для космонавтов, оранжереями и спортзалами), которые, кроме всего прочего, должны были служить перевалочными пунктами. Планировалось, что на станциях ракеты будут получать дозаправку и лететь дальше в космос.
В реальности все выглядит гораздо скромнее, и не потому, что построить космический город невозможно, а потому, что это очень дорого. Тем не менее орбитальные станции выполняют множество важнейших задач: с них ведется наблюдение за космическими объектами и за нашей планетой (изучается ее геофизическое, метеорологическое состояние), проводится множество уникальных научных экспериментов, невозможных в условиях Земли.
№ 91
Наши за границей Солнечной системы. Космическая одиссея «Вояджеров»
Поделиться книгой: