Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 05
Что касается Деймоса, то у Ф.Сингера есть несколько интересных предложений по поводу его возможного использования. Именно на нем, а не на Марсе следует создавать постоянную космическую базу.
«Исследовать Марс люди все равно смогут только с помощью роботов и планетоходов, — считает профессор. — Безопаснее это будет делать в режиме дистанционного управления с Деймоса. Оттуда же можно совершать и кратковременные вылазки на поверхность планеты…
По расчетам Ф.Сингера реализация этого проекта займет 15 лет и потребует около 30 млрд. долларов — по 2 млрд. в год. Это вполне приемлемая сумма для бюджета НАСА.
ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ
Путешествия к центру Земли
Помните, как герои Жюля Верна, расшифровав таинственную записку, спустились в древний кратер и подземными ходами добрались к центру Земли? В действительности даже через самую глубокую пещеру попасть к ядру планеты нельзя. А потому ученые осуществляют свои «путешествия» к центру Земли иными способами. Вот, например, какие исследования ведутся в Институте физики высоких давлений имени Л.Ф. Верещагина, которым руководит член-корреспондент РАН С.М. СТИШОВ.
Сквозь почву, горные породы не видно, что творится у нас под ногами, а уж тем более — глубоко в недрах. Знать же это необходимо. И не только потому, что люди по своей природе — существа любознательные. Земля — наш дом, а каждый хороший хозяин должен знать, что происходит в каждом из уголков его жилища. Вот поэтому люди издавна и копаются в земле самым буквальным образом, открывая все новые секреты и тайны.
Однако лопатой, киркой и даже самым совершенным буром далеко в глубины не проникнуть. Работа сверхглубокой скважины на Кольском полуострове, построенной специально для исследования недр, остановилась после того, как были пройдены первые 12 км — чудовищные давления и температуры не дают бурить дальше.
Поэтому более глубокую разведку приходится вести косвенными способами. Геофизики, например, зондируют недра Земли излучениями различной частоты. Время от времени и сама наша планета «подает голос»: во время землетрясений, извержений вулканов по всей толще горных пород расходятся сейсмические колебания. Наталкиваясь на горные слои разной плотности, они преломляются, отражаются. Фиксируя эти волны на земной поверхности, ученые получают нечто вроде «рентгенограмм» нашей планеты.
Так удалось узнать, что под наружным твердым слоем планеты — земной корой, имеющей толщину от 30 до 70 км, находится мантия, состоящая из пород раскаленных или даже расплавленных. Слои мантии простираются до глубины почти в 3000 км, а дальше — до самого центра — располагается земное ядро.
Так выглядит строение планеты в самых общих чертах. Специалисты же могут уточнить: земная кора вместе с верхней мантией составляет литосферу. Кроме того, и мантия, и ядро делятся еще на несколько слоев, отличающихся и по составу горных пород, и по температуре, и по давлению…
Но что же все-таки там, в самом центре Земли?
Взгляните при случае на таблицу Менделеева. Все элементы, указанные в ее клетках, содержатся как на поверхности планеты, так и в ее недрах. Только физические условия там другие, и свойства знакомых нам элементов под действием высокого давления и температуры, конечно, меняются.
Как? Ответ на этот вопрос можно найти в лаборатории. Ведь соответствующее давление, как и температуру, можно создать и не опускаясь в глубины планеты.
По этому пути и пошли в свое время ученые. Академик Леонид Федорович Верещагин, чье имя носит сейчас институт, еще до войны получил рекордное по тем временам давление — 10 тысяч атмосфер, создав вместе с двумя научными сотрудниками и одним механиком уникальный пресс.
Пресс тот (его фотографию сотрудники института хранят и сейчас) занимал всего лишь угол лаборатории. Потом давления стали измерять сотнями тысяч и миллионами атмосфер. Существенно «подросли» и создававшие их прессы. Например, для одного пресса-рекордсмена в 70-е годы прошлого века пришлось даже строить специальное здание, напоминающее своими размерами зимний стадион: длина строения — 84 м, ширина — 36, высота — 30 м.
И сама эта махина весом 5000 т будто прибыла из страны великанов. Один лишь цилиндр «поршня», с помощью которого пресс развивал давление до 3 млн. атмосфер, имел массу в 60 т и высоту в два человеческих роста. Однако сейчас огромные давления ученые получают более эффективными способами.
Возьмите в руки иголку и воткните, например, в книгу. Хотите верьте, хотите нет, но на кончике иглы вы развили давление около 3 т! Примерно так концентрируют усилия и современные исследователи. В рабочей камере гидравлического пресса на острие алмазной наковальни они получают такие же давления, как на глубине в сотни и даже тысячи километров.
А когда мощи гидравлики недостаточно, призывают на помощь удар или даже взрыв. Именно с помощью взрывов, проводимых опять-таки в особых камерах, в свое время были получены из графита первые промышленные алмазы, сейчас завершена серия исследований свойств серы при высоких давлениях. Этот химический элемент, представляющий собой в обычном состоянии почти идеальный диэлектрик, под давлением переходит в металлическое состояние, более того — приобретает сверхпроводящие свойства.
Эта работа имеет большое фундаментальное и практическое значение. Возможно, что с помощью металлической серы будет создано новое поколение сверхпроводящих сплавов, работающих при высоких температурах.
Сейчас исследователи готовятся к следующему шагу в познании глубинных тайн Земли. Вскоре должно стать ясно, как ведут себя различные вещества при тех давлениях, которые царствуют в самом центре Земли.
Эта проблема чрезвычайно важна с познавательной точки зрения. Сейсмические волны показывают, что в глубинах залегают плотные вещества. Какие?
Об этом шел многолетний спор. Многие исследователи считали, что ядро Земли слагают породы с очень богатым содержанием железа. Причем одни полагали, что ядро это жидкое, другие считали его твердым. Истина, пожалуй, где-то посередине.
Если бы ядро Земли было жидким, то процессы, происходящие внутри нашей планеты, напоминали бы скорее атмосферные явления — смерчи, торнадо… На практике же ученые видят сходство этих процессов с океаническими — тихими, плавными и спокойными.
В общем, скорее всего, ядро нашей планеты по вязкости напоминает застывающее стекло или… густой мед. Более точные выводы можно будет сделать, когда исследователи создадут в лаборатории условия, сравнимые с существующими в недрах планеты. Кроме того, очередные эксперименты, бесспорно, дадут много новых сведений о возможном состоянии вещества не только в ядре нашей Земли, но и в недрах Юпитера, Сатурна, других планет.
Владимир БЕЛОВ
КСТАТИ…
Из пушки по ядру
Об одном из способов моделирования условий, царящих в недрах планет, рассказал недавно американский журнал «Дискавер».
Предметом законной гордости профессора Калифорнийского технологического университета Тома Аренса является коллекция… пушек. Аренс — знаток взрывчатых веществ, а еще больше — мощных пушек. Их у Аренса четыре штуки, и за последние 20 лет он выпустил из них тысячи снарядов по тысячам мишеней. Он разбивал вдребезги силикаты и металлы, сжимая их при давлении, достигающем 3 млн. атмосфер. То есть, таком, что существует, по расчетам, внутри земного ядра — объекте исследований Аренса.
Начинал когда-то профессор свои эксперименты с помощью артиллерийского орудия, снятого со сторожевого корабля. Новый предмет его гордости — шестидюймовая, двухступенчатая пушка длиной 32 м и весом 35 т, специально приспособленная для научных экспериментов.
Рабочий цикл начинается с воспламенения в казенной части ствола взрывчатого вещества. Образовавшиеся газы толкают 20-килограммовый поршень, напоминающий огромную бейсбольную биту, вдоль первой ступени ствола пушки, заполненной водородом.
По мере перемещения поршня по стволу, он сжимает водород, который сдерживается тонкой металлической диафрагмой, отделяющей первую ступень от второй.
На другой стороне диафрагмы помещается пуля. Когда давление на диафрагму достигает тысячи атмосфер, она лопается, выбрасывая пулю с огромной скоростью через вторую ступень пушки в сторону мишени. Мишень помещается в вакуумной камере в 60 см от дульного среза пушки. Мишенью служит материал, который профессор в данный момент испытывает, а выбор снаряда зависит от давления, которое требуется создать. Поскольку ударная волна может вообще пойти, куда не следует, все эксперименты профессор ведет в железобетонном бункере с толстыми стенами.
