«Знание - сила» №10 1959 год
С того момента, когда космическая ракета выведена на заранее намеченную орбиту и без затраты топлива продолжает свой полет, она превращается в небесное тело. Освещаемая солнечными лучами, ракета доступна для астрономических наблюдений, как движущаяся звездочка с постепенно ослабевающим блеском.
Для наблюдений космической ракеты астрономы пользуются специальными телескопами, и при каждом удобном случае стараются сфотографировать искусственное небесное тело. Главная цель таких наблюдений — определение положения ракеты в пространстве для любого момента времени.
Подобно географам, астрономы пользуются воображаемой сеткой сферических координат.
Небо представляется нам огромной сферой, в центре которой расположен земной шар. На небе, как и на Земле, есть воображаемая линия, которую называют экватором. Небесный экватор и является той основной линией, от которой отсчитываются небесные координаты.
Положение каждого пункта на поверхности Земли определяется, как известно, его географическими координатами — широтой и долготой. Напомним, что первая из этих координат, географическая широта — есть угол между направлением из центра Земли на данный пункт земной поверхности и плоскостью земного экватора. Что же касается географической долготы, то она равна углу между плоскостью начального меридиана, проходящего через Гринвич (вблизи Лондона), и плоскостью того меридиана, который проходит через данный пункт.
Небесные координаты очень похожи на географические. Та координата, которую астрономы называют склонением, полностью соответствует широте, а прямое восхождение как две капли воды похожа на долготу. При этом в качестве начального пункта отсчета астрономических координат астрономы используют точку весеннего равноденствия — так называется точка неба, через которую Солнце, двигаясь на фоне звезд, проходит 21 марта. Она выполняет ту же роль, что и Гринвич на земной поверхности.
В дни сенсационного полета советского «Лунника» оба эти термина — склонение и прямое восхождение — неоднократно приводились в памятных всем сообщениях ТАСС и газетных публикациях.
В результате наблюдений ракеты получают ее астрономические координаты, а затем вычисляют положение ракеты в пространстве. Чем точнее измерены прямое восхождение и склонение ракеты, тем точнее можно определить ее движение и предсказать дальнейший путь.
При удалении от Земли яркость ракеты постепенно ослабевает. Для характеристики яркости или, точнее, блеска небесных тел, астрономы вводят условные единицы — звездные величины. И этот термин мы не раз встречали в сообщениях ТАСС. Что он означает?
Интервал в одну звездную величину соответствует разнице блеска в 2,5 раза. Наиболее яркие из звезд считаются звездами первой величины, самые слабые из звезд, еле доступные невооруженному глазу — звездами шестой величины. При точном определении яркости небесных тел пользуются не только целыми, но и дробными звездными величинами.
Космические ракеты так стремительно удаляются от Земли, что очень скоро после старта они становятся недоступными для невооруженного глаза. Например, первая советская космическая ракета, запущенная 2 января 1959 года, с расстояния 113 000 км выглядела звездочкой четырнадцатой звездной величины и могла наблюдаться только в крупные телескопы. Между тем для точного определения орбиты ракеты очень важно получить ее координаты при больших расстояниях с Земли. В этом случае приходит на помощь искусственная комета.
Мы не будем здесь подробно говорить об этом «космическом маяке». Ему посвящается в этом номере журнала специальная статья.
Напомним лишь, что искусственная комета была образована вечером 12 сентября, когда ракета прошла почти половину пути от Земли до Луны. Ее наблюдали в созвездии Водолея на многих советских обсерваториях — на Кавказе, в Ташкенте, вблизи Алма-Аты. Комету фотографировали и затем по негативам определяли ее положение в пространстве. Любопытно, что на Абастуманской обсерватории грузинским астрономам удалось даже получить фотоснимок самой космической ракеты с расстояния в 130 000 км от Земли! Чтобы быть видимой с такого огромного расстояния, советская космическая ракета, должна была обладать поистине «космическими» размерами!
Таким образом роль астрономических наблюдений за космическими ракетами очень велика. Вместе с радионаблюдениями, они позволяют постоянно следить за полетом ракет и с удивительной, чисто астрономической точностью предсказывать их дальнейшее движение.
 Три последовательные фотографии натриевой кометы, полученные с помощью электронного телескопа. Так постепенно увеличивался размер «космического маяка». |
Космическая ракета, освещенная лучами Солнца, столь плохо видна, что ее можно наблюдать лишь в гигантские телескопы, число которых на всей Земле не превышает десятка. Ведь даже искусственный спутник Земли расположенный в тысячи раз ближе, чем космические ракеты, трудно различим невооруженным глазом. Для уверенного наблюдения космических ракет требуется такой метод, который, пусть ненадолго, увеличил бы яркость ракеты не менее чем в тысячу раз. Вес подобного устройства не должен превышать нескольких килограммов, а источник энергии обязан находиться вне ракеты. И лучшим источником энергии для него может служить, разумеется, Солнце. Словом задача сводилась к тому, чтобы поймать солнечную энергию, а затем переизлучить ее.
Именно такой процесс происходит в хвостах комет.
Атомы газового хвоста кометы «заглатывают» кванты солнечной энергии и через короткий промежуток времени переизлучают их в различных направлениях. В физике подобное явление называется резонансным рассеянием. Его-то и решили использовать астрономы для освещения ракеты, поставив своей целью создать искусственную комету.
В первую очередь возник вопрос: какой газ выбрать для искусственного кометного хвоста? Этот газ должен быть видим, должен изучать под воздействием солнечного света яркую линию в доступной нашему зрению части спектра. Вместе с тем надо, чтобы газ поучался прямо в космосе путем испарения какого-либо твердого вещества.
В поисках нужного элемента просмотрели всю таблицу Менделеева. Остановились на щелочном металле натрии, так как пары натрия светятся при освещении оранжевым светом, который хорошо различим глазом и к которому достаточно чувствительны фотографические эмульсии.
Резонансное рассеяние натрия обладает исключительной мощностью. На расстоянии 150 000 000 км от Солнца (а на этом расстоянии находится Земля) каждый атом натрия рассеивает в одну секунду приблизительно один квант света. А общее количество света от всего натриевого облака массой в один килограмм равноценно сиянию электрического прожектора мощностью в 70 000 киловатт с коэффициентом полезного действия 10 процентов. Питать энергией такой прожектор должна была бы большая электростанция.
Но резонансно рассеивать оранжевый солнечный свет могут только атомы натрия. Молекулы этой способностью не обладают. Значит натрий должен быть выброшен из ракеты только в виде атомов — в атомарном состоянии. К счастью, натрий довольно легко испаряется — и именно в виде атомов. Для этого он перемешивается с термитом, который в нужный момент воспламеняется от специального программного устройства электрическим запалом. Даже если бы в пары переходило всего 10 процентов натрия, а остальные 90 процентов выбрасывались из испарителя в виде капелек расплавленного металла, молекул и т. д., то все же выигрыш в яркости по сравнению с прямыми наблюдениями ракеты был бы не менее, чем в 1000 раз для одного килограмма металлического натрия.
Применяя оранжевый светофильтр, можно выделить спектральную линию натрия, а мешающий свет от Луны или зашедшего под горизонт Солнца уменьшить во много раз. Для наблюдений искусственной натриевой кометы пришлось разработать и изготовить специальную фотографическую аппаратуру.
Во время полета Советской космической ракеты на Луну 12 сентября 1959 года в 21 час 49 минут по московскому времени находящийся на ракете испаритель натрия был приведен в действие. Образовалось облако, которое наблюдалось более 5 минут на многих астрономических обсерваториях. Всего получено около 70 фотографий, некоторые из которых, рисующие последовательное развитие натриевого облака, приведены на этой странице. На многих фотографиях хорошо получились и изображения звезд, что позволило сразу определить точные координаты ракеты в момент включения испарителя.
Надо заметить, что натрий все же не является идеальным материалом для образования искусственных комет. У него есть существенный недостаток. Дело в том, что слишком уж много натрия на Солнце. Поэтому в солнечном спектре на месте линий натрия находятся провалы излучения. Солнечные атомы натрия в этих местах спектра как бы высосали энергию. Искусственная комета использует энергию Солнца лишь со дна этих провалов, т. е. всего около 5 процентов от нормальной энергии непрерывного спектра. Обидно мало!
Однако существуют элементы, которые на Солнце почти отсутствуют, но могут служить материалом для «космического маяка». Таков, к примеру, металл литий. Его на Солнце в 200 000 раз меньше, чем натрия, и, следовательно, вызванных литием провалов в солнечном спектре практически нет. Одно это даст увеличение яркости по сравнению с натрием в 20 раз.
Другое преимущество лития в том, что он в три раза легче натрия. Следовательно на один килограмм металла приходится втрое больше атомов. Если точно учесть все факторы, то суммарный выигрыш для лития по сравнению с натрием составит 40 раз.
Литий имеет яркую линию в красной части спектра. Правда, глазом ее различить трудно, однако современные фотоматериалы имеют в этой области очень высокую чувствительность. Наблюдать литиевую комету можно той же аппаратурой, которая разработана для натриевой. Достаточно поставить другой светофильтр.
Если осуществить испарение лития небольшими порциями на всем протяжении пути космического корабля, этот путь станет трассирующим.