Маленькие рассказы о большом космосе

Естественный вопрос: почему же планеты не падают на Солнце? Ответ: они падают! Однако траектории их «падения» — это замкнутые эллипсы. Падая, планеты как бы все время промахиваются. Все дело в величине и направлении скорости движения. Если скорость тела мала, то тело, конечно, упадет (в прямом смысле этого слова) на Солнце.

Почти 300 лет назад открыты были эти законы. Небесная механика как наука далеко продвинулась вперед, но законы Кеплера и Ньютона остаются лучшими страницами ее.

Пути, которые мы выбираем

Этот стадион не слышал команды: «Внимание! На старт!» Здесь нет судей. Яркий свет солнца всегда заливает безмолвное поле, и по девяти дорожкам всегда бегут одни и те же планеты солнечной системы. В алой майке мчится Марс, ослепительно бела Венера.

А дальше — полосатый Юпитер, Сатурн. Но нет здесь ни победителей, ни побежденных. Итог предрешен. Меркурий бежит по внутренней дорожке — орбите самой короткой; ему легче всего. 88 суток — круг сделан. А Плутону нужно в 1000 раз больше времени, чтобы обогнуть огромное поле.

Эти незримые пути, по которым мчатся планеты, неодинаковы. Одни из них почти круговые, другие вытянуты, как петли лассо. И все-таки орбиты планет однообразны. Их плоскости неизменны и мало наклонены друг к другу. То ли дело орбиты искусственных спутников! Переплетаясь и пересекаясь под разными углами, они причудливой сеткой опоясывают земной шар.

Форма орбит искусственных спутников зависит от скорости при выводе на орбиту. Спутники, которым сообщается первая космическая скорость, движутся по почти круговым орбитам. С увеличением скорости и орбита все более вытягивается. Особенно сильно вытянуты орбиты «Электронов». Если ракету разогнать до второй космической скорости, эллиптическая орбита превратится в параболу. Еще выше скорость — и траектория становится гиперболической.

Вечно движение во вселенной, бесчисленны его формы. И человек вносит свой «посильный» вклад. Ибо только «пути господни неисповедимы». А пути небесные вполне поддаются не только расчету, но и освоению.

Вдали и около…

Чтобы появилось понятие «афелий», понадобилась научная революция. Коперник «заставил» Землю вместе с другими планетами кружиться вокруг Солнца. Кружиться? 20 лет Тихо Браге следил за Марсом и ругал Коперника: планета явно не хотела танцевать по кругу и подозрительно кривила. 9 лет Кеплер «высчитывал эту кривизну». Оказалось, планета движется по эллипсу, притом такому, у которого Солнце в одном из фокусов. Тогда-то и родился афелий (греческое «вдали от Солнца») — точка планетной орбиты, наиболее удаленная от Солнца. Здесь утомленные светила замедляют свой бег, чтобы собраться с силами и ринуться навстречу Солнцу — к перигелию (греческое «около Солнца»).

Это ближайшая к Солнцу точка планетной орбиты. Видимо, самая неприятная для планет. Понимая, что уклониться некуда, они ускоряют свой бег и, торопливо кивнув, уносятся прочь. И чем ближе к Солнцу, тем больше спешки. Спокойней всех Венера: гордой красавице нечего беспокоиться — она движется почти по кругу. Зато особенно нервничает Меркурий, то приближаясь к Солнцу на 46 миллионов километров, то удаляясь на 70 миллионов километров. Энергичный и горячий, он восстал против ньютоновского закона тяготения: старая небесная механика была бессильна объяснить изменение долготы его перигелия на 42 секунды

в столетие. Но человечество не в обиде за строптивую планету: именно наблюдения за движением ее перигелия подтвердили правильность общей теории относительности. Видимо, иногда полезно наблюдать за нарушением законов, по крайней мере небесных!

Вокруг старого фокуса

Луну воспевали в стихах. Ею любовались. Восхищались… И недоумевали. Вела она себя все-таки странно: то ближе подходила к Земле, то удалялась от нее. Потом узнали, что Луна предпочитает двигаться не по кругу, а по эллипсу, а Земля располагается в одном из его фокусов. У лунного эллипса, как и у всякого, есть две замечательные точки — наибольшего и наименьшего удаления от фокуса. Люди дали им звучные названия: апогей и перигей. Слова эти вполне земные. «Апогей» в переводе с греческого означает «от Земли», а «перигей» — «возле Земли». Проходили века, а перигей и апогей гордо считали себя единственными и неповторимыми. Ведь они принадлежали Луне, и только ей одной!

4 октября 1957 года по самолюбию Луны был нанесен чувствительный удар: у Земли появился еще один спутник — искусственный. Как и Луна, он двигался по эллипсу, и у него были свой апогей и свой перигей.

А потом спутники стали появляться один за другим. Сроки их жизни различны. Ясно, что для спутников с круговой или с почти круговой орбитой срок жизни зависит от высоты полета над Землей: чем выше спутник, тем меньше тормозится он, тем дольше его жизнь.

А для спутников с вытянутой орбитой? Было неясно, что влияет на продолжительность их жизни — апогей или перигей?

Сначала думали — только перигей: ведь в перигее атмосфера плотнее, а скорость движения наибольшая. В действительности картина старения и смерти спутника примерно такова: постепенно начинает уменьшаться апогей, перигей же почти не меняется. Орбита становится все менее вытянутой, все больше приближаясь к окружности. Наконец перигей и апогей сравниваются, и тогда по спирали спутник постепенно погружается в атмосферу, пока не сгорает совсем.

17 ночей в сутки

Известно, что у истории есть заветное колесо, которое нельзя повернуть назад. Оно весело кружится только вперед и, видимо войдя во вкус, делает это все быстрей и быстрей.

Меняются стили в искусстве. Меняются жизнь людей и их представления о ней. Растут скорости. 96 минут 9 секунд — таков период обращения первого искусственного спутника Земли, запущенного 4 октября 1957 года.

Первые несколько витков, пока не сильно влияет атмосфера, спутник движется по замкнутой круговой или эллиптической орбите.

Отметим положение спутника относительно неподвижных звезд. Заметим, через сколько времени он вернется в ту же точку, сделав полный оборот вокруг Земли. Это время и есть период обращения. Иногда его называют сидерическим (звездным) периодом обращения. Человек, находящийся на одном из полюсов, если только он будет поворачиваться сам со скоростью суточного вращения Земли в сторону, обратную вращению, легко измерит этот период. Ведь относительно этого наблюдателя звезды неподвижны.

А что, если наблюдатель находится на экваторе и спутник движется в плоскости экватора с запада на восток? Пока спутник сделает полный оборот относительно небосвода, наблюдатель тоже повернется вместе с Землей и опередит спутник. Через некоторое время спутник нагонит наблюдателя и опять будет у него над головой. Время, прошедшее между двумя одинаковыми положениями экваториального спутника относительно наблюдателя, называется синодическим периодом.

Вообразим, что на Земле нет атмосферы и спутник летает по круговой орбите прямо у поверхности. Сидерический период его обращения был бы равен 84 минутам 25 секундам. Это самый короткий период. Чем больше радиус круговой орбиты спутника, тем меньше сила земного тяготения, тем медленнее движется спутник, да и путь ему нужно проделать больший. На высоте 265 километров ему нужно полтора часа, чтобы обогнуть Землю. Луне требуется для этого около четырех недель.

А можно ли так подобрать радиус орбиты спутника, чтобы сидерический период его обращения был равен 24 часам? Тогда спутник будет «висеть» над одной и той же точкой экватора. Оказывается, такой спутник должен находиться на высоте 35 800 километров над экватором. Он удобен для телевизионных передач на огромные расстояния.