Мир путешествий и приключений - сайт для нормальных людей, не до конца испорченных цивилизацией

| планета | новости | погода | ориентирование | передвижение | стоянка | питание | снаряжение | экстремальные ситуации | охота | рыбалка
| медицина | города и страны | по России | форум | фото | книги | каталог | почта | марштуры и туры | турфирмы | поиск | на главную |


OUTDOORS.RU - портал в Мир путешествий и приключений

На суше и на море 1967-68(8)


КОСМОС НА ЗЕМЛЕ

Космические полеты открыли науке непосредственный доступ в лабораторию Вселенной. Появилась возможность доставлять разнообразную измерительную аппаратуру и приборы в различные точки космического пространства и вести прямое наблюдение за многими процессами, протекающими во Вселенной.

В то же время совершенствуются астрономические методы исследования космических объектов с Земли.

Сейчас для изучения явлений, происходящих в космосе, стали использовать и метод моделирования, то есть искусственного воспроизведения космических процессов в условиях земных лабораторий.

Небесные тела на Земле

...Специальное сложное устройство разгоняло один за другим небольшие стальные шарики и метало их в массивную металлическую мишень. С огромной, почти космической, скоростью, достигающей семи с половиной километров в секунду, шарики врезались в металл. В это время за ними внимательно следил глаз кинокамеры, производящей сверхскоростную съемку. На множестве кинокадров можно было проследить, что происходит с веществом мишени в месте удара.

Эти необычные опыты проводились в лаборатории американского ученого Чартерса. Может быть, это были испытания новейшего сверхтвердого металла или специальной брони, предназначенной для создания неуязвимого танка?

Нет, опыты, о которых идет речь, носили совершенно мирный характер. Ученых интересовали следы, которые оставляют метеориты на поверхности Луны. Около двух третей обращенной к Земле стороны Луны покрыто горами и горными хребтами. Среди них особенно выделяются кольцеобразные горы — кратеры, или цирки, отдаленно напоминающие кратеры земных вулканов, но гораздо больших размеров. Некоторые из этих кратеров достигают сотен километров в поперечнике.

Многие ученые объясняют образование кольцевых гор на Луне вулканической деятельностью, которая в отдаленном прошлом могла быть весьма оживленной. Существует, однако, и другая точка зрения, согласно которой лунные кратеры образовались в результате ударов гигантских метеоритов.

Для ответа на этот вопрос и понадобились опыты с «бомбардировкой» мишени стальными шариками. Было обнаружено, что в момент удара вещество мишени как бы «растекается» во все стороны, образуя круглую воронку. Таким образом, удар гигантского метеорита, с огромной скоростью врезающегося в незащищенную атмосферой поверхность Луны, может привести к заметному сдвигу грунта в радиальных направлениях. А это в свою очередь способно вызвать образование вала вокруг углубления.

Действительно, многие лунные кратеры напоминают взрывные воронки. Однако есть одно«но». Дело в том, что внутри некоторых кольцевых кратеров имеются центральные горки, напоминающие маленькие сопки.

Как может образоваться подобная горка в самом «центре удара»? Ответить на этот вопрос попытался с помощью оригинальных экспериментов астроном-любитель из города Иваново А. Беневоленский. На плоскую доску он наносил слой застывающего гипса или цемента, и на эту массу с разной высоты сбрасывал небольшие тела из камня и металла. В результате ударов иногда получались типичные лунные кратеры с центральной горкой. Ее образование было связано с особым явлением — так называемой кумуляцией. Если в жидкость попадает капля, движущаяся с большой скоростью, то на поверхности жидкости образуется воронка, из которой с еще большей скоростью выбрасывается другая, новая капля. Вот такая встречная «капля» в опытах Беневоленского и создавала центральную горку кратера. Но почему иногда «кратеры» получались с горкой, а иногда без нее? Все дело в том, насколько успевал затвердевать гипс или цемент к моменту удара.

Под ударом быстро движущегося тела твердое вещество на какое-то мгновение приобретает свойства жидкости. А следовательно, образование центральных горок у лунных кратеров с точки зрения метеоритной гипотезы должно зависеть от вязкости материала на этом участке лунной поверхности.

Существенную роль играет моделирование и при изучении состава и строения пород, из которых сложена лунная поверхность. На протяжении многих лет такие исследования проводились в лаборатории планетной астрономии при обсерватории Ленинградского университета под руководством профессора В. Шаронова.

Основная задача этих исследований состояла в том, чтобы найти среди земных пород такие, оптические свойства которых были бы наиболее близки к оптическим свойствам лунного грунта.

В ходе этих экспериментов были изучены сотни различных образцов, в том числе и образцы вулканических лав, пепла и шлаков, взятых на Камчатке и Курильских островах.

В результате многочисленных опытов в лаборатории профессора Шаронова искусственным путем получили «лунное вещество», то есть такой образец породы, которая отражала солнечный свет точно так же, как его отражает поверхность нашего естественного спутника. Это был темный пористый материал, способный выдержать значительное давление. Советская автоматическая станция «Луна-9», впервые осуществившая мягкую посадку на поверхность Лупы, а также станция «Луна-13» показали, что выводы ленинградских астрономов, по-видимому, соответствуют действительности.

Интересные лабораторные опыты проводились за рубежом для уточнения теоретических предположений о химическом составе лунного грунта. Ученые считают, что на его формировании должна, вероятно, сказываться бомбардировка лунной поверхности различными атомными частицами, в том числе протонами. Расчеты показывают, что на каждый квадратный сантиметр поверхности Луны ежесекундно попадает несколько десятков миллиардов подобных частиц. В результате такой бомбардировки многие атомы веществ, составляющих лунный грунт, могут оказаться выбитыми из него и при этом получить настолько большие скорости, которые не позволят им вернуться обратно. Чаще всего это, по-видимому, происходит с более легкими атомами. Поэтому в результате бомбардировки, вероятно, поверхность Луны обогащается тяжелыми элементами.

Чтобы проверить это предположение, на материал, сходный но химическому составу с веществом лунной поверхности, с ускорителя направляли мощный поток атомных частиц. Его интенсивность была так велика, нто в течение одного часа лабораторной обработки на вещество попадало столько же частиц, сколько на Луну за 6 тысяч лет. Результат опыта подтвердил, что поверхностный слой лунного грунта должен постепенно терять легкие химические элементы.

Советские ученые для исследования лунного радиоизлучения создали еще одну модель Луны. В Крыму на высокой скале они установили черный диск диаметром около пяти метров. Этот диск — «искусственная Луна» — служил своеобразным эталоном радиоизлучения. Сравнивая с ним радиоизлучение настоящей Луны, советские ученые добились более высокой точности измерений.

Моделирование помогает астрономам изучать и Солнце. Оригинальную установку создали, например, ученые Крымской астрофизической обсерватории под руководством члена-корреспондента АН СССР А. Северного. Ее назначение — моделирование магнитных полей солнечных пятен.

Установка представляет собой набор соленоидов с выдвижными стержнями. После того как при помощи специальных наблюдений определяются магнитные характеристики пятен или групп пятен, регулирующие стержни устанавливаются в определенных положениях. На горизонтальный лист, расположенный над соленоидами, насыпаются металлические опилки. Они образуют картину магнитных силовых линий, повторяющую магнитное поле пятна. Непосредственное измерение этого поля на модели позволяет определить ту точку, в которой может произойти хромосферная вспышка, и дать прогноз времени ее возникновения.

Искусственный Марс

Одна из самых увлекательных проблем науки, которая многие десятилетия волнует ученых, — это проблема жизни на Марсе. Однако из-за того, что наименьшее расстояние между Землей и Марсом составляет около 60 миллионов километров, до сих пор не удалось обнаружить на нем хотя бы растительного покрова. Изучать Марс можно на Земле. Для этого надо в лаборатории создать физические условия, близкие к марсианским, и выяснить, способны ли в них существовать и развиваться земные живые организмы. Такая установка, которую можно назвать искусственным Марсом, создана в АН СССР. Здесь в специальной камере, за прозрачным стеклом, по астрономическим данным воссоздается марсианский климат, а также те изменения, которые происходят в течение суток на поверхности планеты. Учтены температура, давление, влажность, газовый состав атмосферы, характер ультрафиолетовой радиации и другие условия.

Если на таинственной красноватой планете действительно существует жизнь, то там непременно происходит круговорот органического вещества. А этот круговорот невозможен без участия микроорганизмов — различных микробов и бактерий. Поэтому первая задача, которую поставили перед собой ученые, — выяснить, могут ли земные микроорганизмы, и если могут, то при каких обстоятельствах, приспособиться к марсианским условиям.

Ученые и раньше ставили опыты, в которых микроорганизмы подвергались воздействию высоких и низких температур и ультрафиолетовой радиации. Многие бактерии хорошо перенесли их. Однако если во всех этих опытах определяли влияние на микроорганизмы лишь какого-то одного фактора, то «искусственный Марс» позволил проверить их совокупное воздействие.

Уже первые наблюдения принесли интересные результаты. В .частности, оказалось, что окрашенные микроорганизмы лучше переносят марсианский климат. Пигмент защищает их от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. В связи с этим не исключена возможность, что наблюдаемые на Марсе изменения окраски каким-то образом связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов.

Аналогичные исследования проводятся на специальной установке «Фотостат-1», созданной по идее профессора Л. К. Лозина-Лозинского.

В этой установке есть камера, в которой с помощью программного устройства можно воспроизводить суточный ход температуры, а также необходимое разрежение на поверхности другого небесного тела, например Марса.

Камера освещается специальными светильниками, способными воссоздать весь спектр солнечного излучения.

Как известно, земные организмы весьма чувствительны к проникающей ионизирующей и ультрафиолетовой радиации. Но на поверхности других небесных тел интенсивность радиации может оказаться значительно выше, нем на Земле. Однако лабораторные опыты показали, что, чем ниже содержание кислорода в окружающей среде, тем выше устойчивость живой клетки радиационному излучению. Более того, оказалось, что одноклеточные организмы можно постепенно приучить к повышенной радиации. Для этого они должны пройти курс специальной «тренировки», заключающейся в многократном облучении малыми дозами. Любопытно, что приобретенную таким образом устойчивость клетки передают по наследству последующим поколениям и она даже усиливается.

При этом оказалось, что живые клетки, получив заведомо смертельную дозу ультрафиолетовых лучей, погибают, если их после этого поместить в темноту, и выживают, если их осветить солнечным светом. Вероятно, видимый свет Солнца вызывает какие-то сложные биохимические процессы, которые возвращают клетке жизнь. Очевидно, результаты подобных опытов будут иметь важное значение для изучения космических форм жизни, для освоения космоса .человеком.

Опыты по созданию искусственного марсианского климата проводили и зарубежные ученые. Они заметили, что приспосабливаются к необычным условиям высшие растения. На этом основании некоторые исследователи сделали сенсационный вывод о том, что растения Марса — это не мхи и лишайники, как предполагалось раньше, а высокоразвитые организмы. Однако подобное заключение весьма проблематично, ибо оно игнорирует весьма важное обстоятельство. Одно дело — приспособление уже сложившихся организмов к изменившимся в худшую сторону условиям и совсем другое — их возникновение и формирование в неблагоприятных условиях. И если не удается установить, что физические условия на Марсе в эпоху возникновения и развития жизни были более благоприятны, чем сейчас, то, несмотря на опыты в установках искусственного климата, все же придется предположить, что жизнь на этой планете скорее всего находится па низших ступенях развития.

В лабораторных условиях имитировался климат не только Марса, но и других небесных тел, в частности Юпитера. Например, американские ученые ставили такой опыт. Герметическая камера заполнялась смесью метана, водорода и аммиака. В камере поддерживалось атмосферное давление и температура в пределах 22 — 24°. Внутренность камеры освещалась тусклым светом, едва пробивавшимся сквозь толстые стеклянные стенки. По мнению исследователей, в газовой оболочке Юпитера имеются слои со сходными условиями. Затем в камеру помещались так называемые ксерофиты: лишайники, кактусы и другие растения, способные существовать па весьма ограни-неином водном «пайке». После длительного (иногда до двух месяцев) пребывания в необычных условиях растения извлекали из камеры и подвергали тщательному микроскопическому исследованию. Оказалось, .что многие из бактерий, обитающие на поверхности растений, не только выжили в суровых условиях, по даже размножились.

Это свидетельствует о том, что в космосе жизнь растений и микробов может быть более распространенной, чем мы предполагаем.

Дальнейшие наблюдения на всевозможных установках, моделирующих космические условия, вероятно, помогут пролить свет на многие вопросы, связанные с проблемой существования жизни на таинственной планете.

Интересные опыты по моделированию проводились также в лаборатории профессора Шаронова. Ученых и на этот раз интересовал Марс. Но но... гипотетические живые организмы, обитающие на этой планете, а характер ее поверхности. Каким веществом она покрыта.

Производились сотни, тысячи опытов. Среди различных земных пород ученые искали такие, которые отражали бы солнечные лучи так же, как марсианские породы. В конце концов такой минерал был найден. Им оказался бурый железняк — лимонит, или охра. Причем выяснилось, что это сходство сохраняется и тогда, когда лимонит находится в пылеватом состоянии. А это говорит о том, что знаменитые марсианские «песчаные бури», быть может, представляют собой не что иное, как тучи мельчайшей лимонитной пыли, которую даже легкий ветерок может легко вздымать над поверхностью планеты.

Может быть, в этом и кроется решение загадки, так как до сих пор было непонятно, как в очень разрешенной атмосфере Марса могут возникнуть такие сильные ветры, которое поднимают тучи тяжелых песчинок.

Гипотезы, родившиеся в лабораториях

До сих пор мы говорили о воспроизведении и моделировании в земных лабораториях явлений, наблюдающихся в космосе. Но бывает и так, что результаты исследований, осуществляемых в земных условиях, открывают возможность более глубокого проникновения в закономерности космических процессов. Еще в 1958 году член-корреспондент АН СССР Р. Сагдеев разработал теорию распространения ударных волн в разрешенной плазме. Казалось бы, что в разреженной плазме, когда длина свободного пробега частиц велика и они сталкиваются очень редко, что практически не играет никакой роли, — ударная волна вообще возникнуть не может.

Однако из расчетов Р. Сагдеева следовало, что и в разреженной плазме ударные волны все же могут распространяться. Это объясняется тем, что плазма состоит из электрически заряженных частиц, которые обладают собственными электрическими и магнитными полями и которые чутко реагируют даже на очень слабые электрические и магнитные воздействия.

Благодаря этому разрежению плазма и обладает своеобразной электромагнитной «упругостью». Ударная волна возникает в ней при распространении электромагнитных воздействий, а но при передаче столкновений от одних частиц к другим.

Р. Сагдеев разрабатывал свою теорию в связи с практическими задачами ядерной физики. Однако предсказанные ею явления были обнаружены и в космосе. Космические исследования показали, что в межпланетном пространстве, которое как раз и заполнено разреженной плазмой, при определенных обстоятельствах действительно возникают ударные волны, предсказанные Сагдеевым. Это происходит при вспышках па Солнце, сопровождающихся мощными всплесками магнитных волн. Таким образом, эксперименты подтвердили теорию. Наблюдаемая ширина фронта космической ударной волны и скорость нарастания магнитных возмущений вблизи Земли совпали с расчетными.

В последние годы физики создали особые устройства лазеры — приборы, способные «перерабатывать» внешнюю энергию в энергию мощного электромагнитного излучения со строго определенной длиной волны. В настоящее время наряду с кристаллическими лазерами созданы различные типы газовых лазеров, в которых процесс возбуждения и «разрядки» атомов происходит в газовой среде.

Казалось бы, лазеры — искусственные устройства, созданные в земных лабораториях, — не могут иметь никакого отношения к космическим процессам. Однако газовые лазеры давно были обнаружены и в космосе. Нет, их создали не таинственные высокоразвитые разумные обитатели других миров, а сама природа.

В космических туманностях и в межзвездном пространстве обнаружены скопления молекул ОН. Эти молекулы должны излучать радиоволны определенной длины. Однако когда радиоастрономы начали изучать эти излучения с помощью радиотелескопов, то на месте радиолиний ОН они обнаружили весьма странные линии. Они были столь необычны и непонятны, что неизвестные космические объекты, служащие источниками таинственного излучения, было предложено даже называть «мистериумом».

Однако дальнейшие наблюдения показали, что ничего таинственного в странном излучении нет. Оно порождается теми же молекулами ОН, но находящимися в возбужденном состоянии. Источником этого возбуждения служит свет соседних звезд. Характер происходящих при этом физических процессов такой же, как в газовых лазерах.

Так лабораторные исследования физиков по созданию квантовых генераторов позволили понять физическую природу сложного космического процесса и установить существование в космическом пространстве естественных газовых лазеров огромной протяженности, лучи которых распространяются на миллионы миллионов' километров.

Еще один пример использования результатов лабораторных исследований для объяснения космических процессов. Он относится к области химической физики. Около десяти лет назад советские химики, изучая закономерности выпадения осадков из растворов, обратили внимание па одно любопытное обстоятельство.. Оказалось, что процесс образования в растворе твердых частиц обязательно проходит через стадию возникновения аморфных шариков, которые уже затем постепенно кристаллизуются. Дальнейшие исследования показали, что промежуточная стадия аморфных шариков характерна для весьма широкого класса растворов. Более того, подобные шарики возникают не только в жидких растворах, но и в газовых смесях при образовании в них пылеватых частиц.

Советские ученые В. Левин и Г. Слонимский сопоставили это открытие с космическим явлением, не получившим до сих пор удовлетворительного объяснения. Известно, что существует целый класс метеоритов (так называемые углистые хондриты), которые в основном состоят из аморфных силикатных шариков.

Многие астрономы придерживаются мнения о «горячем» происхождении таких метеоритов. Однако для этого требуются высокие температуры и высокие давления. Где в солнечной системе могли складываться такие условия, пока неясно. Кроме того, «горячая» гипотеза сталкивается и сдругими трудностями.

Всех этих трудностей можно избежать, если предположить, как это сделали Левин и Слонимский, что аморфные силикатные шарики, имеющиеся в хондритах, образовались «холодным» путем, то есть при формировании метеоритов из того первоначального облака, из которого, согласно современным представлениям, возникла вся паша солнечная система. Затем постепенно шел процесс кристаллизации шариков, который до сих пор не завершился. Поскольку из лабораторных наблюдений известно, что скорость кристаллизации шариков зависит от температуры, то по процентному отношению аморфного и кристаллического веществ в составе хондритов можно определить их возраст. Полученные результаты соответствуют и существующим представлениям о возрасте солнечной системы.

«Холодная» гипотеза образования хондритов позволяет объяснить происхождение пылевой части того до-планетного облака, которое дало «жизнь» планетам солнечной системы. Не исключена возможность, что первоначально облако было чисто газовым, а затем из него в результате соударений и соединения газовых молекул выделилась пылевая составляющая.

С этой гипотезой связан еще один интересный вопрос. Известно, что существуют метеориты силикатные и метеориты железные. Но никто никогда не наблюдал силикатно-железного метеорита. Следовательно, если «холодная» гипотеза верна, то возникавшие в допланетном облаке силикатные и железные аморфные шарики, сталкиваясь друг с другом, но должны были слипаться. Для того чтобы проверить это предположение, необходим эксперимент. Однако до недавнего времени его нельзя было поставить в лабораторных условиях, так как мы не умели создавать космический вакуум. Теперь эта трудность преодолена.

Из герметического сосуда при помощи специальных вакуумных насосов откачивают воздух до высокой степени разрежения. Но это еще не космический вакуум. Чтобы получить его, применяют так называемый криогенный способ. По специальным ребристым трубам, напоминающим радиаторы парового отопления, пропускают жидкий водород или жидкий гелий. Температура труб понижается настолько, что оставшийся в камере воздух вымерзает и оседает на ребрах в виде инея. В такой камере и надо было бы провести опыт. На стеклянную или какую-нибудь силикатную пластинку направить пупок атомов железа и проверить, будут ли они прилипать к поверхности пластинки. Если атомы силиката и железа будут слипаться при любой температуре, то это докажет несостоятельность «холодной» гипотезы: ведь в таком случае силикатно-железные метеориты обязательно должны были бы существовать. Но если бы атомы не слипались вообще или слипались при определенных температурах, то «холодная» гипотеза получила бы хорошее подтверждение. Более того, с помощью подобного эксперимента можно было бы приблизительно определить температуру в допланетном облаке.

В. Комаров


 
Рейтинг@Mail.ru
один уровень назад на два уровня назад на первую страницу