"Техника-молодежи" 1970 г №3, с.62-64, обл3-4

ЛУЧШИЙ ИЗ МИРОВ Ю.ПУХНАЧЕВ, преподаватель МФТИ

ТРИСТА ПЯТЬ строк внимания, уважаемый читатель! Сейчас мы будем извлекать чудеса из... закона всемирного тяготения. Роль фокусника берет на себя автор статьи. Роль волшебной палочки исполняет электронно-вычислительная машина БЭСМ-ЗМ. Она нарисует картины гравитационных полей нескольких простых геометрических тел. В них — весь фокус.

ШАР. С какой стороны на него ни взгляни, он отовсюду одинаков и абсолютно симметричен. Силовые линии гравитационного поля шара — радиальные лучи, направленные к его центру, а поверхности, пересекающие лучи под прямым углом, — сферы. Их подлинное имя «эквипотенциальные поверхности». Или, если поискать наглядный образ их физической сущности, поверхности покоя — все расположенные на них тела будут пребывать в состоянии безразличного равновесия.

Обратите внимание на столь знаменательный факт: поверхность нашей планеты почти совпадает с одной из эквипотенциальных поверхностей ее гравитационного поля. В этом причина множества удобств, которыми пользуемся мы, земляне, не замечая их и не ценя.

Ценность вещей познается в сравнении. А посему давайте предположим, что форма нашей планеты с неких пор стала изменяться, приближаясь к очертаниям... ну, скажем, куба — тела тоже довольно симметричного.

Не станем описывать грандиозные масштабы катастрофы, которая разразится при этом (затонут континенты, и обнажится дно океанов, разрушатся города, и расколются горы), с нас довольно конечного результата — тех невыносимых условий жизни, в каких очутятся люди. А чтобы наши прогнозы были обоснованными и объективными, начнем с той же беспристрастной физической характеристики — модели гравитационного поля, собранной из арматуры силовых линий и «эквипотенциальных» перекрытий (рис. 1). Покатые и гладкие «перекрытия», очевидно, уже не смогут плотно облегать угловатую поверхность куба — над плоскими его гранями они выгнутся куполами и обопрутся краями на овальные кривые, напоминающие очертания телеэкрана. Вглядитесь в рисунок на 3-й стр. обложки. Маленькие голубые купола — это шесть морей, в которые стекли воды Мирового океана. Их ширина невелика — около двух тысяч километров, зато по глубине они в добрый десяток раз превосходят Марианскую впадину.

Магеллану уже не совершить кругосветного путешествия. «Земной кубик» не облетишь и на самолете — тропосфера тоже распалась на шесть частей, не связанных между собой. Жителям соседних граней не удалось бы связаться и по радио. Отражаясь от ионосферы, радиосигнал уже не обежит вокруг планеты, как прежде.

Кто бы мог подумать, что в незатейливом графике «эквипотенциальных поверхностей» столько безысходности?

Чертеж силовых линий ужаснет нас и зловещими невиданными парадоксами. Начнем хотя бы с такого: на абсолютно плоских гранях не сыщется ни одной равнины. Чтобы доказать это, приведем физическое определение этого географического понятия: равнина есть такой участок суши, в котором силовые линии гравитационного поля перпендикулярны к поверхности. Найдутся ли такие точки на «земном кубе»? Да, найдутся. Их ровно шесть — это центры граней. Но они скрыты под стокилометровой толщей воды...

С корабля побережье представляется весьма пологим и совершенно плоским горным откосом. Но, взбираясь по склону, вы чувствуете, что наклон становится все круче и круче. Вскарабкавшись на ребро, вы видите справа и слева вершины куба. И к той и к другой ведет прямой и абсолютно горизонтальный путь. Вы отправляетесь в дорогу и... очень скоро замечаете, что тропа вздымается вверх: если в начале путешествия вам казалось, что вы идете по гребню крыши, то теперь вы ощущаете себя альпинистом, штурмующим острый пик.

Вершина покорена. Три ребра куба круто убегают вниз. По одному из них вы начинаете спуск к соседней горе. Но на середине пути спуск превращается в подъем, и, добравшись до новой вершины, вы видите внизу ту, с которой только что спустились!

И вот ведь что странно — на выпуклой сферической планете вам всегда казалось, что Земля плоская; теперь же, путешествуя по совершенно плоской поверхности куба, вы не можете избавиться от мысли, что находитесь на откосе гигантской котловины. Да и как не верить чувству, если ему вторит испытанный оценщик высоты — барометр. Когда вы отходите от берега всего на полтора десятка километров, прибор неизменно регистрирует подъем на 3000 м от уровня моря. Редкий человек поселился бы на такой вышине, а это значит, что на кубической планете пригодна для обитания всего лишь тысячная часть ее поверхности — узкая полоска побережий, общей площадью не превышающая, скажем, Новосибирской области. А ведь, казалось бы, новая форма Земли сулит человечеству расширение «жилплощади» — поверхность куба больше поверхности такого же по объему шара и к тому же моря покрывают лишь несколько процентов ее площади. Опять парадокс!

Однако не довольно ли парадоксов? Не присоединиться ли нам к словам мудрого Вольтера, который отзывался о нашем «шарике» как о лучшем из миров?

Впрочем, если бы человечеству от рождения пришлось жить на планете какой угодно странной формы, то оно, конечно, привыкло бы к любым условиям жизни, даже к таким, которые нам кажутся невыносимыми. И не только привыкло бы, а даже считало бы их чрезвычайно удобными.

Представьте себе, например, планету в виде конуса. Ее жителям не нужно было бы отправляться в космос, чтобы испытать эффекты малой гравитации — на вершине конуса сила тяжести примерно в полтора раза меньше, чем в центре основания. На этом остром пике или где-нибудь у края основания было бы удобно устраивать астрономические обсерватории, вакуумные и низкотемпературные лаборатории — здесь царят поистине космические холод и пустота, ничто не затуманивает здесь виды вселенной. А ниже по склонам расположатся новые станции: загадки полярных сияний и тайны серебристых облаков, вспышки метеоров и отражение радиоволн от ионосферы — все это поддается здесь непосредственному исследованию.

«Около 550 года до нашей эры греческий философ Анаксимандр Милетский решил: Земля — гигантский цилиндр, ось которого — линия «запад — восток». Столь удивительная гипотеза стройно подтверждалась опытом древних путешественников. Они не раз замечали, что если ехать на юг, то часть звезд скрывается за горизонтом на севере, а с полуденной стороны восходят новые светила. Если же идти на закат или восход, такого не увидишь — ведь весь небосвод вращается с востока на запад. «Открытие» Анаксимандра вошло в анналы астрономии лишь как научный курьез. Но вот что меня заинтересовало: будь Земля действительно цилиндром, изменилась бы жизнь людей? А если бы планета вдруг приобрела форму чемодана бублика или, чего доброго, сахарной головы?» г. Череповец В. СЛАВОВ, инженер

Взгляните еще раз на разрез «эквипотенциальных поверхностей» планеты-конуса (рис. 2). Их следы расходятся дугами от центра основания и от двух симметричных точек на образующих. К этим местам отклоняются и силовые линии, упирающиеся в поверхность. Именно сюда сила тяжести будет увлекать тяжелые предметы, сюда будет стекаться вода. Весьма вероятно, что на конической планете будет два огромных океана: один затопит середину основания, другой охватит кольцом ее боковую поверхность. А жители будут селиться в прибрежной полосе: тем ближе к воде, чем чувствительнее они к перепадам атмосферного давления. Над океанским простором давление будет постоянным, и, конечно, рыбаки быстро освоят море, тем более что ориентироваться в нем можно без всяких навигационных приборов, исключительно по горизонту. Горизонт тут и впрямь удивительный. Прямо по курсу он кажется таким далеким, каким не казался ни одному из людей. А на левом и правом траверзе он подступает к кораблю на привычное расстояние. На суше это впечатление еще разительнее — взглянув вдоль образующей конуса в сторону основания, вы видите вдали... край земли — или, выражаясь точнее, участок линии, по которой основание пересекается с боковой поверхностью. Но, как говорится, «видит око, да зуб неймет» — добраться до края планеты нелегко. Хождение из «боковых стран» в «страны основания» подобно штурму космоса. Весьма высокий уровень техники нужен для того, чтобы преодолеть крутой склон, пройти сквозь пустоту и стужу космического пространства.

Гораздо уютнее, чем на кубе, конусе, или, допустим, на цилиндре, житель Земли чувствовал бы себя на тороиде. Взгляните, как отвесно вонзаются в его поверхность силовые линии гравитационного поля (рис. 3)! Лишь кое-где — на раструбах сквозного выреза — можно подметить отклонения от этой благодатной закономерности. А остальные места планеты-тора, скажем ее бока, показались бы вам плоскогорьем, лишь чуточку покатым к краям: река, у истоков которой вы посадили свой космический корабль, течет не быстро, спокойно, как земная равнинная река.

Вы отправляетесь в дорогу вниз по течению этой реки. Наклон поверхности понемногу увеличивается, река течет все быстрее, плотнее становится воздух, богаче и пышнее — растительность. Впечатление такое, как будто вы спускаетесь в долину. Туман сгущается вокруг вас: вы догадываетесь, что идете сквозь облако, прилепившееся к горному склону.

Туман неожиданно рассеивается — тучи ушли вверх, словно занавес, и открыли горизонт. Но сейчас его черта не кажется краем земли — за ним, закрывая собой полнеба, возвышается огромная гора... Нет, это не гора: теперь, когда вы огляделись повнимательнее, вам кажется, что вы стоите на внутреннем склоне огромного тысячекилометрового кратера; округлые кромки его убегают вправо, влево, загибаясь вперед, восходя кверху, и смыкаются вдали на чудовищной высоте, почти в поднебесье. И тут вам становится ясно, где вы. Вы спускаетесь в отверстие планеты-тора, у края этой гигантской горловины. Вы обращаете взор к другому ее краю, всматриваясь в лик дальней земли. Цветовые мазки, из которых он складывается, лежат аккуратными полосками. Их гамма становится все насыщеннее и темнее к нижнему краю, там, видимо, пролегает долина... приморская долина, уточняете вы, потому что еще ниже тянется голубая полоска, в которой вы сразу угадываете море. Вы устанавливаете на склоне свой телескоп... Как странно выглядят деревья, свесившиеся кронами в бездну, вода, спокойно лежащая на почти вертикальной стене, люди, которые беззаботно ходят по отвесному горному склону, как мухи по стене!

Быть может, глядя на чертеж гравитационного поля планеты-бублика, вы уже обратили внимание на центральную точку. В ней пересекаются силовые линии и «эквипотенциальные поверхности». Такое явление совершенно не знакомо нам по прежним картинкам выпуклых планет. Не может быть, чтобы на этом перекрестке нам не повстречались неведомые, таинственные феномены тяготения!

Представьте, что вы находитесь в этой замечательной точке. Прежде всего вы сразу обнаруживаете, что стали невесомым — со всех сторон планета-кольцо притягивает вас к себе с одинаковой силой. Немного отодвинувшись от точки невесомости вдоль оси тора, вы обретаете слабенький вес, и он увлекает вас обратно: вы начинаете раскачиваться туда-сюда, туда-сюда... Вам кажется, что центр тороидальной планеты был бы самым подходящим местом для демонстрации «эффекта гроба Магомета»... и вдруг замечаете, что медленно плывете вбок! Неустойчивость? Да, она, — стоит лишь чуточку отклониться от оси, ближе к какой-то половинке тора, и та начнет притягивать вас к себе со все возрастающей силой.

Вот еще одна диковинка. Земляне мечтают добраться до центра своей планеты — единственной точки в ее недрах, где предметы теряют свой вес. А здесь таких точек бесконечное множество — все вместе они образуют кольцо, пролегающее сравнительно неглубоко, под поверхностью.

А ТЕПЕРЬ зададимся вопросом: откуда и с какой стати во вселенной появятся планеты-конусы, кубы, бублики? Ни одна из принятых сегодня космогонических гипотез не обещает таких диковинок. Естественная форма планет — шарообразная.

Но человек желает диктовать природе свои законы. Он создает искусственные небесные тела — спутники Земли, космические корабли и станции — и, судя по первым образцам, проявляет при этом весьма богатую архитектурную фантазию. Вот первый спутник — шар, оперенный четырьмя антеннами. Вот третий спутник — слегка усеченный конус. Вот первый обитаемый корабль-спутник — отчетливая цилиндрическая конфигурация. А на картинах художников-фантастов неизменно присутствуют тороидальные станции.

С ростом космических станций все явственнее будут сказываться их собственные гравитационные поля. (Возможно, со временем мы научимся усиливать их.) Имея уже некоторый опыт, мы можем заранее учесть такие фокусы тяготения, о которых обитатели сферической планеты «слыхом не слышали».

Приятно посидеть на вершине искусственной планеты (если она имеет, скажем, коническую форму), устроиться поудобнее, ощущая покойную тяжесть тела, напряжение мускулов. Приятно подумать о том, что можно спокойно погулять по проволочной лестнице, опоясывающей станцию, зайти в свою каюту и напиться по-человечески, не выдавливая в рот сок из тюбика, а наливая его в стакан.

Впрочем, довольно беллетристики. Вот фраза: «можно спокойно погулять по проволочной лестнице, опоясывающей станцию». А будут ли такие лестницы на больших космических станциях? Здесь, наверное, нужны новые «дороги», например, выгнутые по «эквипотенциальным поверхностям», — по ним можно ходить прямо, а к нужным местам обшивки спускаться по «тропинкам», вытянутым по силовым линиям.

Но где должны начинаться и кончаться ступеньки? Где «навесить» двери, из которых космонавты будут выходить наружу? Очевидно, не посередине боковой поверхности станции и не в центре ее основания. Вспомните коническую планету — сходные места ее поверхности были покрыты морями. Значит, на обшивке станции именно в этих местах будет скапливаться «космический мусор». И если конструкторы решат именно здесь разместить «двери», тем самым они совершат ошибку — пыль и влага будут проникать через люки в шлюзы, а оттуда — внутрь станции.

Нет, гораздо удобнее разместить входы и выходы где-нибудь у кромки основания или близ вершины. Хотя последняя скорее всего будет использована для другой цели. На вершине самое слабое тяготение, и поэтому на ней выгодно было бы оборудовать стартовую площадку рейсовых кораблей. Так что любителя праздных прогулок здесь наверняка встретит табличка: «Посторонним вход воспрещен».

Несколько слов в защиту «замусоренных» мест. Они вовсе не станут запретными зонами. Ведь человек тут чувствует себя уютнее, чем где-либо еще на обшивке станции: здесь он сможет встать во весь рост, проворнее выполнить ту экстренную работу, ради которой он выбрался на поверхность.

На станции-кубе самыми удобными с этой точки зрения будут центры граней, на торе — его бока. Эти области тора хороши еще и тем, что здесь-то не будет застаиваться пыль и влага — они потянутся поближе к вырезу, к тем областям, которые на глобусе планеты-бублика были раскрашены голубым цветом моря.

Коль скоро мы заговорили о тороидальной станции, давайте прикинем, как можно использовать замечательные точки ее гравитационного поля.

Кольцо невесомости. Вдоль него, очевидно, расположатся исследовательские лаборатории, где будет изучаться малая гравитация, спортивные залы — космонавту всегда нужна тренировка в условиях невесомости.

Центр тора. Тут можно устроить химический кабинет. Не будут скапливаться вредные газы: те, что легче воздуха, уйдут по трубам, уложенным вдоль оси тора, те, что тяжелее, — по трубам, ей перпендикулярным.

Стоит ли продолжать это перечисление феноменов тяготения? Длинное или краткое, оно никогда не будет полным. Не потому, что машинный расчет что-то упустит из виду, а потому, что реальные космические станции будут окружены полями гораздо более сложными, нежели поля однородных, геометрически строгих тел. Так что будущих обитателей искусственных планет ждут увлекательные приключения. Множеством своих уловок озадачит их замечательный фокусник — гравитация.