Искусственный спутник Земли

Искусственные спутники Земли помогут значительно увереннее предсказывать погоду, что имеет большое народно-хозяйственное значение.

Весьма интересны геофизические исследования, которые можно осуществить с применением спутников.

Геофизика, как известно, изучает физическое состояние различных оболочек Земли — атмосферы, гидросферы, литосферы. Первая из них может быть подвергнута разнообразным исследованиям. Во-первых, важно детально изучить характер и природу полярных сияний. Заатмосферные геофизики увидят эти сияния «сверху», т. е. из мирового пространства. Такая необычная позиция облегчит их исследования (так как наблюдателям не будет мешать облачный покров Земли) и, вероятно, позволит открыть ряд новых свойств этих загадочных явлений.

В связи с полярными сияниями подвергнется исследованию и магнитное поле Земли. Можно будет установить, по каким траекториям несутся вблизи Земли частицы, вызывающие полярные сияния. Тем самым будут проверены теоретические расчеты, сделанные «земными» геофизиками.

Как уже говорилось, по движению спутников Земли можно определить величину ее сжатия. Допустим теперь, что в каком-нибудь месте Земли, над которым периодически пролетает спутник, находятся неизвестные залежи полезных ископаемых.

Как это ни странно, но спутник может выступить в роли разведчика земных недр. Пролетая над районом, где в земной коре есть плотные, тяжелые породы (например, железные руды), спутник притянется к Земле сильней, чем в других частях своей орбиты. Это увеличит скорость движения спутника, что может быть обнаружено наземными наблюдателями.

Большое практическое значение имеют наблюдения за дрейфом льдов. До сих пор такого рода исследования затруднялись суровой обстановкой Арктики и Антарктики. С «меридианного» спутника (т. е. со спутника, орбита которого проходит над полюсами Земли) исследования околополярных районов станут сравнительно легкой задачей.

Особое научное значение приобретает радиосвязь между спутником и Землей. Кроме чисто служебного назначения (передача сведений с Земли на спутник и обратно) она преследует и иные цели.

Ионосфера, задерживающая значительную часть радиоволн, состоит из нескольких слоев ионизированных газов. Состояние этих слоев, их высота над Землей, толщина и пропускная способность не остаются постоянными. Солнечное излучение и другие причины порождают изменчивость ионосферы.

«Прощупывание» различных «радиоокон» в ионосфере, наблюдения за силой радиоприема, выяснение связи между явлениями на Солнце и характером радиосвязи между спутником и Землей, — таковы научные проблемы, над решением которых будут работать радиотехники и геофизики.

Нельзя при этом не упомянуть, что спутники Земли расширят возможности телевидения (рис. 27). Как известно, прием изображений по радио можно вести только в зоне прямой видимости антенны передающего телецентра. Так, например, передачи Московского телецентра можно принять лишь в тех пунктах, которые удалены от Москвы не более, чем на 200 км.

Рис. 27. Из одного телецентра с помощью четырех спутников можно вести телепередачу для всей Земли.

Вообразим себе теперь, что на спутнике, удаленном от поверхности Земли на расстояние 36 000 км и совершающем оборот вокруг Земли за 24 часа, установлена радиостанция, которая ретранслирует телепередачу с Земли. Тогда, послав из телецентра радиоволны на спутник, мы можем направить их на огромную территорию, почти равную площади полушария Земли.

Как видите, возможности телевидения сильно возрастут.

Заметим, что такая ретрансляционная космическая станция должна двигаться по орбите, лежащей в плоскости земного экватора.

Вполне мыслимо, что в будущем удастся построить не одну, а несколько подобных станций. Тогда можно будет из одного телевизионного центра обслужить передачей население всего земного шара.

Перейдем теперь к той части научной программы спутника, которая относится к области физики.

Для некоторых физических исследований безвоздушное пространство исключительно удобно. Здесь легко получить как очень низкие, так и чрезвычайно высокие температуры, между тем как в земных условиях достижение таких температур сопряжено с большими трудностями.

Вокруг спутника — мировое пространство, где получить температуру, близкую к абсолютному нулю (–273°C) очень просто. Для этого достаточно испытуемое тело поместить в тень от спутника. В безвоздушном пространстве нет перемешивания воздушных слоев (конвекции), которое в земных условиях сглаживает контраст температуры «на Солнце» и в тени. Поэтому, если небольшой покрытый сажей шар, выброшенный со спутника в пространство, нагреется солнечными лучами до +3°C, то его температура «в тени» упадет почти до абсолютного нуля. Физики непременно воспользуются этими удобствами.

Известно, что при температурах близких к абсолютному нулю у тел появляются необычные свойства. Так, например, проводники становятся сверхпроводниками, т. е. их сопротивление электрическому току падает практически до нуля. Другие вещества, как, например, жидкий гелий становятся сверхтекучими, т. е. пропадает их внутреннее трение, или вязкость.

Изучение свойств веществ при температурах, близких к абсолютному нулю, имеет огромное значение. Оно раскрывает перед наукой природу атомных и молекулярных сил. Оно, возможно, позволит в будущем передавать электроэнергию по «сверхпроводящей» сети без всяких потерь на сопротивление.

В земных условиях физики бьются над получением вакуума — искусственной «пустоты». Создание высоких степеней разрежения вещества — исключительно сложная техническая задача.

На спутнике к услугам физиков будет почти идеальный вакуум. Межпланетное пространство наполнено настолько разреженной средой, что плотность ее не превышает . Это значит, что даже наиболее совершенный из современных технических вакуумов настолько же плотнее «пустоты» межпланетного пространства, во сколько свинец плотнее такого вакуума!

Наряду с получением сверхнизких температур можно получить и очень высокие температуры. Для этого достаточно поместить тело в фокус какого-нибудь огромного вогнутого зеркала. Всем известная школьная забава — выжигание увеличительным стеклом — здесь будет воспроизведена в грандиозных масштабах.

В фокусе зеркала, поперечником в несколько метров, можно легко получить температуру в тысячи градусов. Это означает, что солнечные лучи расплавят, обратят в пар любой металл! Отсюда понятно, что на спутнике в широких масштабах будут применятся методы гелиосварки. Несомненно, что гелиосварка получит со временем распространение и в земном строительстве.

Рис. 28. Физическая лаборатория на спутнике.

Физическая лаборатория на спутнике поставит одной из своих основных задач изучение космических лучей. О значении подобных исследований мы уже говорили. Добавим к сказанному, что в отличие от современных ракет и первых спутников, большие космические лаборатории дадут возможность вести наблюдение за космическими лучами не кратковременно, а постоянно. К тому же отсутствие веса на стационарном спутнике позволит создать там грандиозные физические установки любой конструкции.

Разгадка природы космических лучей и источников их происхождения — вот что можно ожидать от «заатмосферных» физиков.

Как ни увлекательны возможности, которые раскроются в будущем для метеорологов, геофизиков, радиотехников и физиков, все же, пожалуй, самыми плодотворными исследованиями на спутнике будут работы в области астрономии.

Атмосфера для астрономических наблюдений является серьезной помехой. Во-первых, преломление в атмосфере лучей, идущих к нам от светил, так называемая рефракция, искажает их форму, размеры и цвет. Так, Солнце у горизонта кажется сплюснутым и красноватым, а в некоторых случаях и очень искаженным.