Загадки астрономии

Глава V Капризные карлики

Можно точно указать время, когда мы будем наблюдать звездообразный объект, с каждой ночью увеличивающий свою яркость и по мере приближения к Земле постепенно принимающий форму диска при наблюдении в большие телескопы. Однако вскоре он начнет удаляться, постепенно становясь похожим на слабую звезду, и наконец совершенно исчезнет из виду. Если не считать обычных небольших метеоритов, этот гость будет первым небесным телом, которое подойдет к Земле ближе, чем Луна: астероид Гермес «заденет» Землю, пройдя всего в 350 000 км от нее.

В далеком прошлом астероиды диаметром 1 км и больше, двигавшиеся по эксцентрическим орбитам, действительно сталкивались с Землей. Они оставили на ее поверхности шрамы в виде знаменитого (хотя и неправильно именуемого) метеоритного кратера в Аризоне, кратера Чабб в Канаде и других.

Пространство между орбитами Марса (среднее расстояние от Солнца 228 млн. км) и Юпитера (778 млн. км) заполнено множеством астероидов (называемых также планетоидами или малыми планетами); их общее число около 250 000 или более. Открытием одного из них, Цереры, в ночь на 1 января 1801 г. ознаменовалось начало девятнадцатого века. Это открытие принадлежит итальянскому астроному Пиацци.

Церера оказалась самым крупным астероидом с диаметром, равным 690 км. Диаметры только трех других — Паллады, Весты и Гигеи — превосходят 300 км. Размеры примерно 400 астероидов находятся в пределах от 15 до 300 км, в то время как все остальные — меньше 15 км. Многие из более чем 2000 наблюдавшихся астероидов, получивших официальные названия, имеют размеры около одного километра, то есть представляют собой просто каменные горы, летающие в космическом пространстве. Но подавляющее большинство из четверти миллиона астероидов значительно меньших размеров; это валуны, которые мог бы поднять человек. Кроме того, существуют бесчисленные метеорные частицы размером с песчинки, образовавшиеся, вероятно, вследствие столкновений астероидов.

Названия малых планет чрезвычайно разнообразны. Первой группе открытых астероидов были присвоены женские имена, заимствованные из мифологии; затем, начиная с Эроса, скитальцы с эксцентрическими орбитами стали носителями мужских мифологических имен. К концу столетия астероидов было открыто столько, что запас древнегреческих имен иссяк, и с тех пор каждый наблюдатель мог назвать новый астероид по своему усмотрению — собственным или чужим именем. Так появились некоторые причудливые названия, например Фотографика, Гиляритас, Гипподамия, Фантазия, Рокфелия.

Лишь один астероид, Веста, временами становится доступным для наблюдения невооруженным глазом (шестая звездная величина). Остальные видны только в телескоп, причем иногда наблюдаются лишь один-единственный раз, а затем теряются, прежде чем удается вычислить их орбиту. Вероятно, многие из открываемых каждый год астероидов уже наблюдались раньше, но в каждом конкретном случае этого нельзя сказать уверенно.

О малых планетах и о их происхождении почти ничего не известно.

Согласно распространенной теории, десятая планета, вращавшаяся когда-то вокруг Солнца на расстоянии 240 млн. км за орбитой Марса, приблизилась к Юпитеру. Его мощное притяжение вызвало настолько большие приливные напряжения в теле пришельца, что последний распался на куски, образовав современные астероиды. Астероидия, вероятно, была небольшой планетой, так как подсчитано, что, если все планетоиды собрать вместе, они составят планету меньше Меркурия. Однако много астероидов за длительное время могло по разным причинам исчезнуть, так что погибшая планета по своим размерам, вероятно, была такой же, как Марс.

Рис. 7. Обращавшаяся некогда между орбитами Марса и Юпитера гипотетическая планета Астероидия взорвалась и образовала рой малых планет.

Другая теория утверждает, что пояс астероидов — это сырье, предназначавшееся для «неродившейся» планеты. После того как из своего сгущения в первичном газо-пылевом облаке образовался Юпитер, его сильное притяжение разорвало соседний зародыш, прежде чем тот сконденсировался в планету. Вместо нее образовались сгущения, которые впоследствии эволюционировали в небольшие твердые тела.

Каково бы ни было происхождение пояса астероидов, вероятно, именно он обеспечил нашу солнечную систему объектами другого класса.

Существуют доказательства того, что столкновения между крупными астероидами приводили и приводят к возникновению метеорных тел, которые затем рассеиваются в пространстве, причем некоторые из них в дальнейшем могут пересекать земную орбиту. Большинство из них — микротела размером с песчинки и меньше. Это они вызывают явление метеоров (астрономический термин, относящийся только к светящемуся следу), вспыхивающих на нашем ночном небе и называемых в народе «падающими звездами». Те из них, которые не сгорают при входе в земную атмосферу, падают на поверхность как метеориты.

Это справедливо только для спорадических (случайных) метеоров, появляющихся на небе почти каждую ночь. Эффектные метеорные дожди, «идущие» около десяти раз за год, имеют другое происхождение: они являются, вероятно, остатками ядер комет, разорванных притяжением больших планет при неосторожном подходе к ним. Что касается комет, то они приходят не из пояса астероидов, а, по-видимому, из-за пределов солнечной системы.

Поскольку любая планета, так же как и Земля, не однородна, а состоит из ядра, мантии и коры, содержащей различные вещества, то из предполагаемого теоретиками взрыва древней планеты следует другой интересный вывод.

После распада древней Астероидии из ее внутренних слоев образовались бы астероиды различных видов. Например, ее ядро, расплавленное или холодное, распалось бы на глыбы, состоящие из железо-никеля или, во всяком случае, содержащие в большом количестве тяжелые металлы. Верхний полурасплавленный слой магмы освободил бы лавообразное вещество, которое, затвердев, образовало бы каменные метеорные тела. Кора, если она была твердой, или верхний слой «пены», если вещество расплавлено, распалось бы на куски причудливой формы. Если бы атмосфера, подобная земной, уже успела образовать окислы, то многие большие глыбы и капли, разлетающиеся в разные стороны, представляли бы собой богатые руды железа, алюминия, марганца, олова и других металлов.

Если времени было недостаточно и составляющие атмосферу газы не успели вступить в химические соединения с твердым веществом, то глыбы могут наполовину состоять из чистых металлов, в том числе из золота и серебра. Не исключено, что будущие разведчики астероидов обнаружат алмазы и другие драгоценные камни, вкрапленные в кварцеподобные осколки Астероидии.

Некоторые ученые, разрабатывающие программу космических исследований, считают, что астероиды окажутся сокровищницами ценных металлов и драгоценных камней. Их добыча свелась бы к вылавливанию кусков в межпланетном пространстве и погрузке в ракеты. Это не беспочвенная мечта. Как показал анализ образцов астероида, образовавшего Аризонский кратер, он содержал такой большой процент платины, что всего в астероиде ее, вероятно, было восемь тонн.

С астероидами связана и еще одна загадка, волнующая умы ученых.

Астероид Эрос обнаруживает значительные флуктуации блеска. Такие колебания блеска возможны и в случае сферического тела, если одна его половина светлая, другая темная и они видны попеременно вследствие осевого вращения. Но, поскольку почти все астероиды, за исключением самых больших, меняют свой блеск, наиболее вероятно, что среди них нет тел сферической формы.

Например, Эрос, по-видимому, имеет 25 км в длину и 10 км в ширину, напоминая по форме гигантскую картофелину, кувыркающуюся в космическом пространстве. При виде сбоку он благодаря большей отражающей поверхности увеличивает свой блеск. Когда же на Землю направлена его ось, блеск составляет лишь ¹/₃ максимального.

Вероятно, другие астероиды имеют более сложные формы с выпуклостями, плоскими участками поверхности, зазубренными скальными выступами и рваными краями. Космонавты могут встретить малые планеты в виде тороидов («бубликов»), гантелей, шаров с шипами и даже подобий пирамид, кубов, ромбоидов и других причудливых геометрических фигур.

Наблюдения за Эросом привели к еще более важному открытию, которое в свою очередь поставило другую неожиданную проблему.

В 1898 г. Витт, наблюдавший Эрос на обсерватории Урания в Берлине, утратил свое обычное спокойствие, как только астероид пересек орбиту Марса и продолжал двигаться так, как будто собирался врезаться в Землю. Но он не подошел ближе чем на 22 млн. км и вновь повернул назад, за орбиту Марса. Оказалось что перигелий (ближайшая к Солнцу точка его орбиты) удален от Солнца на 172 млн. км, в то время как афелий (самая далекая от Солнца точка) находится за Марсом, где покорно движутся по предназначенным им орбитам другие астероиды.

Было обнаружено, что и другие астероиды путешествуют среди планет по орбитам, перигелий которых находится недалеко от Земли: Альберт — 29 млн. км, Алинда и Бетулия — 24 млн. км и Амур — 16 млн. км. Сильную тревогу вызвало в 1932 г. быстрое прохождение Аполло на расстоянии лишь 10,5 млн. км от Земли. Затем в 1936 г. Адонис пролетел на расстоянии 2,4 млн. км. Но настоящую панику вызвал в 1937 г. Гермес, «просчитавшийся» лишь на 800 000 км. Хотя его диаметр около 1,5 км, тем не менее из-за своей массы, оцениваемой в 3 млн. тонн, он способен при столкновении с Землей вызвать ужасную катастрофу.

Почему они могут подходить так близко к Земле? Это происходит потому, что афелии этих малых планет находятся дальше, чем у Эроса, и они пересекают земную орбиту на пути к перигелию, который ближе к Солнцу, чем Земля. Некоторые из них подступают к Солнцу даже ближе, чем Венера (среднее расстояние от Солнца 108 млн. км): Гермес — на 103 млн. км, Аполлон — приблизительно на 100 и Адонис — на 65 млн. км.

Перигелий Адониса, таким образом, находится недалеко от орбиты Меркурия, отстоящего от Солнца в среднем на 58 млн. км. Поскольку афелий Меркурия лежит в 69 млн. км от Солнца, Адонис пересек его орбиту.

Рис. 8. Астероиды с эксцентрическими орбитами, пересекающие орбиту Земли на пути к перигелию.

В 1950 г. был открыт астероид Икар. На глазах зачарованных астрономов, наблюдавших его и вычерчивающих его орбиту, крошечный космический странник (диаметром около 1 км) вошел внутрь орбиты Меркурия, миновав его афелий, и все еще продолжал свое движение к Солнцу. Наконец, оставив позади и перигелий Меркурия (45 млн. км от Солнца), Икар установил своеобразный рекорд. Он подошел к Солнцу на 28 млн. км — ближе всех известных нам небесных тел, за исключением комет. Отсюда Икар и все другие астероиды с большим эксцентриситетом поворачивают назад, направляясь к своему афелию между Марсом и Юпитером, чтобы присоединиться к своим собратьям. Но по меньшей мере один из них, Гидальго, — мятежник, который пересекает орбиту Юпитера и достигает афелия почти за пределами орбиты далекого Сатурна. Эрос также совершает свое обращение в гордом одиночестве: его траектория на 65 % лежит в пределах орбиты Марса. Он обращается вокруг Солнца за 643 дня, то есть быстрее, чем за марсианский год — 687 дней.

Гигантские кратеры были оставлены астероидами, движущимися вокруг Солнца внутри орбиты Марса, которые встретились с Землей в момент пересечения ее орбиты. Если бы астероид, образовавший кратер Чабб, упал в пределах Нью-Йорка, он выбил бы дымящуюся воронку диаметром 3 км, после чего ударная волна сравняла бы с землей все небоскребы.

Но, к счастью, орбиты капризных странников обладают эксцентричностью двоякого рода. Они не только представляют собой чрезвычайно вытянутые эллипсы, «нанизанные» на Солнце, но и имеют большие наклонения, (угол наклона плоскости орбиты к плоскости эклиптики). Поэтому вероятность встречи Земли и астероида очень мала, так же как и двух искусственных спутников, вращающихся вокруг Земли по экваториальной (в направлении восток-запад) и полярной (север-юг) орбитам, даже если они летают на одной и той же высоте. Подсчитано, что один только Гермес может в будущем подойти к Земле ближе, чем Луна, но и тогда расстояние до него составит не менее 350 000 км.

Однако такое поведение не является образцом для еще не открытых астероидов, которые одновременно с Землей могут оказаться в точке пересечения орбит. Периодически открываются новые астероиды с большим эксцентриситетом. Последним был Географос (1954) с перигелием на расстоянии 122 млн. км от Солнца — между орбитами Земли и Венеры. Телескопы, вынесенные за пределы земной атмосферы, например орбитальная астрономическая обсерватория, смогут в условиях прекрасной видимости зарегистрировать десятки или даже сотни не известных ранее астероидов.

Среди них может оказаться Гипотезус — не открытый пока астероид с перигелием на расстоянии 150 млн. км от Солнца. Его орбита не пересекала бы, а лишь касалась орбиты Земли. При нулевом наклонений орбиты такой астероид на одном из своих витков вступил бы в состязание с Землей — кто быстрее достигнет точки пересечения орбит? Гонка закончилась бы вничью — столкновением.

Рис. 9. Орбита неоткрытого астероида Гипотезус, который при помощи реактивных двигателей будущего можно будет перевести на околоземную орбиту и использовать для решения многих практических задач космонавтики.

Есть некоторая вероятность того, что Гипотезус существует, а с ним связан один приятный сюрприз.

Можно считать удачей, заявляет Коул, если Гипотезус будет с большой скоростью приближаться к Земле для лобового столкновения, но при том условии, что это произойдет после 1970 г. К тому времени мы будем располагать космическими кораблями с обученными экипажами, которые высадятся на мчащуюся бомбу-астероид до столкновения ее с Землей. Затем, закрепив мощные ядерные ракетные двигатели или заложив термоядерный заряд, можно было бы при помощи реактивных сил замедлить астероид и перевести его на земную орбиту. Это не только предотвратило бы разрушения на Земле, но и предоставило бы нам прекрасную космическую станцию гигантских размеров, и все это без больших затрат и усилий, связанных с производством и сборкой станции по частям.

Коул привел результаты точных инженерных расчетов мощности ракеты, необходимой для захвата астероидов диаметром до 5 км.

Такой мощностью, хотя она намного превосходит мощность «Новы» (самой большой ракеты на химическом топливе, планируемой НАСА), человечество будет располагать, возможно, после 1970 г., когда станут доступными ядерные ракетные двигатели.

Недалеко то время, когда астероиды будут «отлавливаться» в космосе и поставляться на Землю. Вероятно, предприимчивая фирма будущего, производящая космические ракеты, займется выгодным делом — доставкой драгоценных астероидов на околоземную орбиту и их разработкой. Особо ценным материалом были бы не золото и драгоценные камни, а руды металлов и других полезных ископаемых. Например, астероид, состоящий на 90 % из чистого железа и весящий несколько триллионов тонн, был бы истинным кладом, ибо богатые запасы железной руды на Земле уже подходят к концу.

А если замерзшие озера взорвавшейся Астероидии, разлетевшиеся в виде гигантских ледников, разместить вдоль орбиты Земли, они обеспечили бы неисчерпаемый источник воды. Межпланетные экспедиции наполняли бы здесь свои трюмы, вместо того, чтобы ценой большого труда при помощи дорогостоящих ракет поднимать воду с поверхности Земли.

Ледяной спутник может оказаться полезным и в другом отношении. Лед или воду легко можно было бы разложить на кислород и водород — двух неразлучных спутников в космических путешествиях человека, необходимых для дыхания космонавтов и заправки топливных отсеков. Это способствовало бы развитию космических исследований.

Такие дерзкие предприятия в космосе сегодня кажутся фантастическими. Но их осуществление может составить далеко не самую примечательную часть жизни наших внуков. Те ученые-критики сегодняшнего дня, которые высмеивают «дикие» идеи освоения космоса, в будущем сами могут быть осмеяны. Им стоит напомнить о Ньюкомбе, авторитетном ученом эпохи освоения воздушного пространства, который в 1902 г. математически «доказал», что летающая машина тяжелее воздуха — неосуществимая мечта человечества.

Более дальновидные специалисты считают, что техника перемещения в пространстве небольших астероидов в качестве «оборудования» для космических исследований будет разработана до 1975 г. Еще не стихнет эхо авторитетных возгласов «невозможно!», а отважные космонавты уже будут буксировать к Земле нужные экземпляры, отобранные из многих тысяч астероидов.