Страница 150 из 161
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 Луны, 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 по химическому составу с веществом лунной поверхности, с ускорителя направляли мощный поток атомных частиц. Его интенсивность была так велика, что 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.