Евгений Брандис - Комментарий к романам Жюля Верна "Властелин мира", "Драма в Лифляндии" и "В погоне за метеором"
Не является фантастическим и предположение о возможности захвата крупного метеорита земным притяжением.
Пролетая по своему вековечному пути вблизи Земли, задев, пронизав вскользь ее атмосферу, такой метеорит потеряет благодаря трению часть своей скорости. Притяжение Земли изменит его траекторию, круто изогнет ее и сомкнет ее ветви в виде вытянутого эллипса. Однако часть этого эллипса неизбежно будет проходить через атмосферу. При каждом таком проходе метеорит будет замедлять свою скорость, эллипс будет становиться все менее вытянутым, все более приближающимся к кругу. А затем потерявшее свою скорость космическое тело попадет в более плотные слои атмосферы и сгорит в них. «Очередной метеор», — скажут наблюдатели с Земли, любовавшиеся яркой полоской, перечеркнувшей черный полог неба.
На какой высоте над Землей может двигаться космическое тело без опасения, что скорость его затормозится о воздух и ему суждено будет упасть на Землю? Точно ответить на этот вопрос пока невозможно, хотя для ученых знать это и очень важно. Ведь в ближайшее время будут запущены в высотные слои атмосферы первые искусственные спутники Земли, и знать время, в течение которого они смогут там находиться, просто необходимо.
Можно предположить, что на высоте свыше 1000 километров искусственный спутник сможет обращаться практически неограниченное время. На высоте в 300–350 километров он будет держаться в течение нескольких недель. А для того чтобы обращаться вокруг Земли на высоте в 120–150 километров, необходимо поддерживать скорость спутника периодическим включением реактивного двигателя.
Ближайшее будущее покажет, насколько правильным был этот прогноз, насколько трудна борьба с сопротивлением воздуха, вступившим в союз с земным притяжением.
3Земное притяжение — одно из проявлений закона всемирного тяготения. Эта сила с железной неумолимостью проявляет себя повсюду. Нет на земном шаре места, где бы мы не могли заметить ее проявления. Нет во вселенной места, где бы ее вековечным законам не подчинялась материя. От этой силы нельзя заслониться никаким экраном. От нее нельзя убежать: с расстоянием она слабеет, но никогда не исчезает совсем.
По поверхности земных материков текут реки. Они всегда неизбежно стекают с гор и устремляются в низины — к морям и океанам. Существует даже крылатое выражение: «реки вспять не текут». Не текут потому, что их течение сверху вниз направляет земное тяготение.
Земной шар окружает легкая воздушная оболочка — многослойная смесь нескольких газов, атмосфера. В ее различных слоях часто происходят взаимные перемещения, вызывающие ветер, бурю, ураган. Эти перемещения происходят не только в горизонтальных направлениях, но и в вертикальном. Но никогда устремившаяся вверх от Земли воздушная волна не покинет земного шара. Ее движение постепенно замедляется, направление искривляется, и она возвращается, успокоенная, в родной воздушный океан. Задержала этот воздушный поток та же сила, которая удерживает толстый слой легких летучих газов над поверхностью Земли, — сила тяготения.
Человек очень давно заметил эту силу и начал ее использовать. Еще в древнем Риме существовали самотечные водопроводы: поднятая на возвышенное место вода под влиянием силы тяжести растекалась по трубам городского водопровода. Очень давно были известны песочные часы, в которых тонкая струйка песка, проходя сквозь узкое отверстие, насыпала холмик; уровень песка в верхнем сосуде заменял стрелку наших часов.
Но, догадываясь о существовании этой силы, человек очень долго не мог ее объяснить. Первым это сделал великий английский ученый Исаак Ньютон.
Всем известна легенда о том, что Ньютон открыл закон всемирного тяготения, наблюдая за падением яблока. Рассказывают, что ученый сам придумал этот эпизод, отбиваясь от любопытных. Действительно, закон, известный сейчас каждому школьнику VII класса, кажется таким очевидным, что непонятно, как о его существовании не догадывались раньше. Между тем эта простота только кажущаяся. Нужен был гений Архимеда, чтобы рассчитать потерю в весе у тела, погруженного в жидкость, и гений Ньютона, чтобы открыть закон всемирного тяготения.
Закон всемирного тяготения гласит, что все материальные тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Ньютон начал применять закон тяготения к самым различным явлениям. Он смело распространил его действие на всю известную вселенную. И оказалось, что этот закон одинаково справедлив не только на поверхности Земли, но и в небесных просторах.
За 60–70 лет до Ньютона великий немецкий ученый Иоганн Кеплер открыл основные законы движения планет вокруг Солнца. Их также знает сейчас каждый школьник. Но тогда они еще не были обоснованы. Да, планеты двигаются именно так, как должны были двигаться по этим законам, но почему они движутся так, никто объяснить не мог.
Ньютон доказал, что их движение определяется всемирным тяготением, и вывел, исходя из этого утверждения, все формулы Кеплера.
Блестящим подтверждением справедливости закона всемирного тяготения было открытие планеты Нептун. Ученые давно заметили, что планета Уран на некоторых участках своего пути вокруг Солнца, пути, строго предопределенного законом всемирного тяготения, начинала проявлять какие-то неправильности в своем движении. Она то замедляла без всякой видимой причины свой бег среди светил, то вдруг, словно кто-то начинал усиленно тащить ее вперед, ускоряла движение. Раздумывая над этим явлением, русский астроном Лексель в конце XVIII века пришел к убеждению, что за Ураном находится еще какая-то неизвестная планета, воздействующая на него своим притяжением. В 1846 году французский ученый Леверрье вычислил местоположение новой планеты на небесном своде. И она вскоре была обнаружена астрономами.
Таковы были знания о всемирном тяготении в те времена, когда был написан роман «В погоне за метеором». Поистине огромную смелость надо было иметь, чтобы просто фантазировать об управлении этой могучей силой, о природе и происхождении которой не существовало даже гипотез.
Ну, а сегодня приблизились ли мы к познанию этой силы? Можно ли управлять всемирным тяготением?
4Классическая теория всемирного тяготения Ньютона казалась непогрешимой. Однако со временем начали накапливаться факты, которые никак нельзя было объяснить, опираясь только на закон всемирного тяготения Ньютона. К числу их относится так называемый парадокс Зеелигера. Сущность его заключается в следующем.
Вселенная бесконечна и во времени и в пространстве. Просторы вселенной более или менее наполнены материальными телами, то есть вселенная имеет какую-то среднюю плотность материи. Зеелигер решил попробовать определить силу тяготения, создаваемую массой всей бесконечной вселенной в ее какой-нибудь точке, используя закон Ньютона.
И вот, применив формулу, выражающую этот закон, произведя соответствующие преобразования, Зеелигер получил, что сила тяготения в случае постоянной плотности вещества во вселенной пропорциональна радиусу вселенной, а раз он бесконечно большой, ибо вселенная не может иметь конца в пространстве, то и сила всемирного тяготения в каждой точке вселенной должна быть бесконечно большой. Однако практически мы этого не наблюдаем. Так, значит, закон всемирного тяготения несправедлив в масштабах всей вселенной?
Было высказано много разнообразных предположений для объяснения этого кажущегося противоречия. Первое, напрашивающееся само собой, — это то, что плотность распределения материи убывает с расстоянием и где-то очень далеко материи нет совсем. Представить себе это — значит допустить возможность существования пространства без материи; но это абсурд: ведь пространство можно мыслить только как форму существования материи. Следовательно, приведенное объяснение парадокса Зеелигера не выдерживает никакой критики.
Кроме парадокса Зеелигера, ученые обнаружили и другие явления, для которых выводы теории всемирного тяготения не вполне точно соответствовали данным практических наблюдений и опытов.
Планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце, — этот закон сформулировал Кеплер и подтвердил на основе закона всемирного тяготения Ньютон. Точные вычисления показали, что перигелии — наиболее близкие к Солнцу точки планетных эллипсов — должны со временем смещаться в направлении обращения планет. Для Меркурия, согласно вычислениям, это смещение должно было быть равно 531 угловой секунде за 100 лет. Между тем наблюдения астрономов показали, что это вековое смещение составляет 573 угловые секунды.
Откуда же берутся дополнительные 42 секунды?
