В жизни нашей планеты огромное значение имеют верхние слои атмосферы, находящиеся на высоте порядка 60 километров и выше. Это ионосфера.

Не один десяток лет ученые различных стран мира ведут исследования протекающих здесь интересных процессов и явлений. Однако до сих пор основные сведения о верхних слоях атмосферы были получены косвенными методами: при помощи радиоволн, посылаемых с Земли специальными ионосферными станциями и отраженных от лежащих ниже максимальной проводимости ионизации ионосферных слоев, а также посредством наблюдений за полярными сияниями и метеоритами.

В последние годы в связи с развитием ракетной техники появилась возможность вести прямые измерения в верхних слоях атмосферы при помощи ракет. Некоторые из них достигали высоты 200—300 и более километров. Но пребывание их на этой высоте было столь кратковременным, что не дало возможности провести необходимые наблюдения. Поэтому создание специальных, действующих длительный срок высотных лабораторий представляет для геофизиков огромный научный и практический интерес.

Прежде всего наблюдения за траекторией полета спутника позволят уточнить наши представления о плотности земной атмосферы на больших высотах. Важное значение имеет изучение полученных от спутника радиосигналов. Как известно, от электрических свойств ионосферы зависит проходимость атмосферы для радиоволн определенной частоты, а следовательно, и качество радиосвязи. Исследование радиосигналов спутника поможет нам определить физические свойства, обусловливающие ту или иную степень проводимости атмосферы на этих высотах, а также выяснить непосредственные причины изменений характеристик ионосферы. Все это необходимо знать при прогнозировании распространения радиоволн.

Искусственные спутники Земли открывают новые перспективы в изучении не только верхней атмосферы, но и нижних ее слоев, ответственных за погоду. Может показаться странным, что, казалось бы, такой сравнительно простой вопрос, как распространение облачности по всей территории земного шара и связанное с ним распределение воздушных течений, в настоящее время еще недостаточно изучен. Ведь более 70 процентов земной поверхности составляют океаны и полярные районы — области, малодоступные для стационарных наблюдений.

Сооруженный на втором спутнике специальный автомат — «электрический глаз» — позволит значительно пополнить эти сведения. Как известно, в течение суток искусственный спутник совершает более 14 оборотов вокруг земного шара, следуя по весьма сложной траектории, покрывающей почти всю территорию нашей планеты. Таким образом, мы сможем получить подробную информацию о распределении облаков, а следовательно, и воздушных течений почти над всей поверхностью Земли. Изучение общей циркуляции земной атмосферы поможет создать физически обоснованные методы прогноза погоды на длительный срок.

Всесоюзное общество по распространению политических и научных знаний организовало 16 октября 1957 года в Колонном зале Дома Союзов вечер, посвященный первому искусственному спутнику Земли. Выступает академик А. Н. Несмеянов.

ЭТОТ ДЕНЬ ВОЙДЕТ В ВЕКА 4 октября 1957 года навсегда останется в истории человечества, в истории открытий, в истории цивилизации, человеческого гения и прогресса. Впервые человеку удалось овладеть одним из основных законов природы, создать своими руками и своим мозгом то, что до сих пор происходило помимо него, по законам и правилам, само открытие которых было делом гениев. Человек движется вперед, человек побеждает. Таково великое историческое значение этого события. (Газета «Унита» 5 октября 1957 г.)

Мы коснулись здесь лишь небольшой части огромного комплекса научных исследований, которые могут быть проведены с помощью искусственно созданных небесных тел. Так, например, станет возможным изучение метеоритной пыли, заполняющей межпланетное пространство, определение прихода и расхода лучистой энергии для разных районов земного шара, исследование аномалии гравитационного поля Земли и т. д.

Задача советских геофизиков состоит в том, чтобы как можно быстрее и как можно лучше их освоить и значительно расширить познания человека о Земле и космосе.

Запуск первых искусственных спутников Земли впервые в истории человечества позволяет вести наблюдения Космоса из межпланетного пространства. Это открывает перед наукой такие широкие перспективы, которые сейчас даже трудно обозреть. В частности, результаты огромного значения получат астрономия и геодезия.

До сих пор мы были вынуждены наблюдать небесные светила сквозь толщу земной атмосферы, которую хотя и можно уменьшить при подъеме на высоту, но нельзя устранить совсем. Атмосфера же имеет два отрицательных качества для астрономических наблюдений. Во-первых, она в сильной степени поглощает определенные лучи спектра, например, совсем не пропускает коротких ультрафиолетовых лучей (это поглощение сильно зависит от содержания в ней таких газов, как углекислота, водяные пары и озон). Во-вторых, неоднородностью своего строения она вызывает неясность и дрожание изображений небесных светил при телескопических наблюдениях.

Первое свойство делает почти невозможным обнаружить при помощи спектрального анализа в атмосферах Марса, Венеры и других планет небольшие количества тех газов, которые содержатся, например, в земной атмосфере. Второе — не позволяет различать на поверхности Солнца, Луны и других планет мелких деталей.

Наблюдения и исследования, которые можно будет производить при помощи искусственного спутника, свободны от этих помех, поэтому они неизмеримо расширят наши знания о строении небесных тел. При этом даже нет необходимости, чтобы на спутнике были люди, — современная техника позволяет производить такие наблюдения автоматически.

Основной задачей геодезии является изучение фигуры и определение размеров Земли. На суше это делается с помощью триангуляции — измерения сети треугольников. Однако на океанах такой способ неприменим. В результате мы имеем довольно полное представление о форме материков, для которых составлены подробные и точные карты. Но о форме поверхности океанов, а также о взаимном соотношении материков на нашей планете точные данные отсутствуют.

Не так давно ученые пришли к выводу, что этот пробел может нам помочь восполнить Луна. Вращаясь вокруг Земли, она проходит над разными материками и океанами. Зная скорость движения Луны, можно по времени пробега определить и пройденное расстояние. Это позволяет установить геодезическую связь между материками.

Однако этот путь из-за большой удаленности Луны от Земли чрезвычайно сложен. Оказывается, что ошибка в наблюдении Луны, то есть в определении ее положения в данный момент, увеличивается в 60 раз при вычислении взаимного положения отдельных районов земной поверхности. Искусственные спутники благодаря своей близости к Земле позволяют решить эту задачу значительно точнее, но для этого нужно очень точно следить за их движением. Для этой цели более чем в 60 пунктах на территории СССР образованы наблюдательные площадки со специальной аппаратурой. На каждой из них 20—30 наблюдателей с помощью широкоугольных и светосильных зрительных трубок создают своеобразный «оптический» барьер, имеющий назначение засечь точные координаты и время прохождения спутника через меридиан данного пункта. Переданные в вычислительный центр сведения помогают определить орбиту спутника и его дальнейшее движение.

В течение более чем 40 лет ученые всего мира занимаются изучением космических лучей — потока атомных ядер большой энергии, приходящих на Землю в основном из удаленных областей Галактики. Исследования состава и свойств первичных космических лучей осложняются тем, что, попадая в земную атмосферу, они вызывают ряд процессов, в результате которых их состав сильно меняется: сложные «тяжелые» ядра (например, ядра азота, кремния, железа и другие) разваливаются на более легкие (протоны, а-частицы, ядра лития, бериллия, бора); рождаются новые частицы — мезоны, при распаде которых появляются электроны и фотоны. Поэтому понятно, что для изучения свойств первичных космических лучей ученые стремились поместить регистрирующие приборы как можно выше, поближе к границе атмосферы. Для этого их поднимали на самые высокие сооружения, — например, на Эйфелеву башню, на высочайшие горы, устанавливали на самолеты и на аэростаты. На стратостатах и шарах-пилотах аппаратуру поднимали на высоту 25—30 километров, а в последние годы с помощью ракет научные приборы стали забрасывать на высоту в 100—120 километров. Однако на высотах, достигаемых шарами-пилотами, еще слишком велика плотность атмосферы и выше прибора остается слишком много воздуха, а ракеты, уходящие практически в безвоздушное пространство, находятся там всего лишь 5—6 минут. За такое малое время не удается получить необходимые сведения о первичных частицах.

В связи с этим искусственный спутник Земли является идеальным инструментом, незаменимым при исследовании первичных космических лучей. Длительное время обращаясь вокруг Земли на расстоянии до 1 700 км от ее поверхности, спутник дает возможность с помощью установленных на нем приборов не только измерять слабые потоки тех частиц, которые не доходят до высот 25—30 км, но вместе с тем позволяет измерять интенсивность космических лучей почти одновременно во многих точках земного шара одним и тем же инструментом. Такие измерения дадут возможность более точно определить распределение по энергиям частиц первичного излучения. В результате сравнения между собой измерений интенсивности космического излучения, проведенных в различные часы суток и в различные дни, можно будет изучать вариации интенсивности первичных космических лучей. Изменения со временем интенсивности космических лучей, регистрируемые на поверхности Земли (даже на горах!), очень малы, но на больших высотах они достигают значительной величины. Ясно, что провести измерения интенсивности космических лучей в стратосфере одновременно во многих пунктах очень трудно, а по всей Земле просто невозможно. Только постановка приборов на спутник может удовлетворить этим требованиям.

Возможно, что с помощью приборов, установленных на спутнике, удастся обнаружить первичные фотоны и выяснить зависимость величины потока этих фотонов от направления. В этом случае мы получим возможность непосредственно определить местоположение источников космических лучей. Это связано с тем, что регистрируемые обычно первичные заряженные частицы благодаря существующим в межзвездном пространстве магнитным полям двигаются по сильно искривленным траекториям, и поэтому их направление прихода на Землю не может дать нам сведений о том, откуда они пришли. На движение фотонов магнитное поле не влияет, и направление, по которому приходит фотон, всегда указывает на ту область, из которой он исходит.

Нет сомнения, что искусственные спутники Земли дадут возможность решить не только эти, но и многие другие важные проблемы, связанные с изучением космических лучей.

Создание искусственного спутника Земли является первым реальным шагом на пути к овладению межпланетным пространством. Следующим этапом в развитии ракетной техники станет сооружение таких спутников, которые будут снабжены, кроме научной аппаратуры, запасами топлива и двигателями.

Основоположник современной ракетной техники и астронавтики, наш великий соотечественник К. Э. Циолковский, указывал, что со временем вокруг Земли будут созданы космические станции. С этих промежуточных станций будет легче снаряжать межпланетные корабли для полета на Луну и другие планеты солнечной системы.

Несколько ракет-спутников, пилотируемых людьми, смогут сближаться между собой. В специальных предохранительных костюмах, в которых человек получит возможность существовать в безвоздушном пространстве, люди будут выходить на поверхность спутников, производить с корпусами ракет технологические и строительные операции, например, соединять корпуса ракет между собой для того, чтобы увеличить площади промежуточных посадочных станций.

Сегодня мы видим, как начинают оправдываться гениальные предвидения К. Э. Циолковского. Советская ракетная техника сейчас уже находится в таком состоянии, когда вопрос о возможности отправления летательного аппарата на Луну из гипотезы стал реальностью. Для этого, по существу, осталось осуществить еще только один шаг.

Что же для этого нужно?

Оказывается, чтобы какое-то тело, запущенное с Земли, достигло Луны, оно должно быть «брошено» со скоростью примерно в 11—11,8 километра в секунду. Таким образом, лунолет — корабль, отправляющийся на Луну, — должен примерно на таком же расстоянии, на котором движутся сейчас советские спутники Земли, получить скорость, всего на три километра в секунду превышающую скорость спутников.

Безусловно, это вполне достижимо, и в самом недалеком будущем. Благодаря увеличению скорости полета корабль будет двигаться по сильно вытянутой эллиптической орбите. Апогей эллипса может охватывать Луну (для этого начальная скорость корабля должна иметь определенное направление в пространстве). Двигаясь по данному эллипсу, лунолет может достичь сферы притяжения Луны. После включения двигателей можно будет перейти на переходную траекторию к Луне или же на круговую траекторию вокруг Луны.

Уже можно думать об экспедиции на Марс. Для этого понадобится снаряжать корабли на летающих станциях, куда должны быть доставлены с Земли части этих кораблей. Эти корабли должны иметь все необходимое для путешествия и для жизни или на Марсе, или на орбите вокруг него. Общая продолжительность путешествия на Марс при наименьшей затрате топлива, по предварительным подсчетам, составит 950 дней. Из них 440 дней путешественникам придется пробыть на Марсе в ожидании такого взаимного расположения Марса и Земли, при котором возможен обратный путь такой же траектории к Земле. Вероятно, возможны и более короткие по времени маршруты. Конечно, предварительно должно быть решено немало чрезвычайно сложных проблем: обеспечение существования человека в условиях невесомости, в условиях пустого межпланетного пространства, в условиях отсутствия атмосферы на Луне или разреженной атмосферы на Марсе и т. д. Нет сомнения, что в самом недалеком будущем жители нашей планеты смогут по телевизору увидеть поверхность Луны и Марса.

Я уверен, что в конце нашего века или в начале будущего это осуществится.