Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

на большой массе.) 6 декабря того же года «Авангард», несущий на борту 1,5-килограммовый спутник, поднялся над стартовой площадкой на метр или около того, а затем рухнул и взорвался. Поистине удивительно, что столь сильно уязвленная американская национальная гордость была реабилитирована всего лишь через пару месяцев. 31 января 1958 г. ракете Вернера фон Брауна «Юпитер-С» оказалось под силу доставить на орбиту спутник «Эксплорер-1» с самой современной аппаратурой, что быстро принесло облегчение некоторым сердцам, разбитым в предыдущие месяцы.

237

Интервалы длин волн, перекрываемые оборудованием нескольких важных космических аппаратов. Перечень не полон и не включает бо́льшую часть проектов, связанных с физикой Солнца и планетной астрономией. В тексте книги упомянуто относительно небольшое количество проектов. Шкала длин волн приводится в нанометрах (1 нанометр равен 10-9 метра, одной миллиардной доле метра, или, если использовать другую распространенную шкалу, 10 ангстремам). Имейте в виду, что шкала не линейная, а логарифмическая. Главная цель рисунка – продемонстрировать относительный охват и протяженность интервалов регистрирующей аппаратуры. Центральная полоса задает ширину видимого спектра (фиолетовая часть слева, красная – справа).

В конце 1958 г. Национальный научный фонд США и только что основанное НАСА учредили новые системы образования. Во имя «обороны страны и освоения космоса» многие сотни государственных служащих, отраслевых научных работников, школьных учителей и студентов освоили навыки, необходимые для расчета орбит и траекторий – небесную механику в новом обличии. Соединенные Штаты стали в этом начинании моделью, которая копировалась впоследствии большей частью стран, где были инициированы научные, гражданские или военные космические программы. Они слишком многочисленны, чтобы охарактеризовать здесь каждую из них в отдельности, однако стоит упомянуть о различии, существующем между полностью независимыми национальными проектами (такими, как запуск Францией в декабре 1965 г. спутника «Астерикс» с помощью французской же ракеты) и совместными начинаниями (как в том случае, когда Великобритания [1962], Италия [1964] и Европейская организация космических исследований [1968] запустили спутники, использовав для этого американские ракеты). Некоторые восточноевропейские страны сотрудничали с Советским Союзом. Япония и Китай запустили спутники в 1970 г., Индия – в 1975 г. Вскоре наступил период, когда количество научных спутников в космосе намного превысило количество больших телескопов на Земле. Признак ослабления конфронтации между двумя сторонами железного занавеса наметился в 1973 г., когда Соединенные Штаты и Советский Союз заключили соглашение о разработке универсальных стыковочных узлов для «Аполлона» и «Союза». Однако самым амбициозным совместным проектом стала, несомненно, Международная космическая станция. (Физики могут оспорить это утверждение, сославшись на колоссальные ускорители элементарных частиц.) У нее есть веские основания считаться самым масштабным и сложным научным проектом в человеческой истории, опирающимся на научные, технологические и производственные ресурсы шестнадцати стран. Станция будет иметь размеры, сопоставимые с размерами футбольного поля, а шесть ее лабораторий будут получать энергию от панелей солнечных батарей, общей площадью порядка 4000 квадратных метров24.

Очевидно, что ситуация в конце XX в. сильно отличалась от той, когда НАСА только возникло. В то время астрономы в течение более чем десяти лет извлекали выгоду из бюджетов, которые обычно обосновывались в категориях национальной безопасности. В силу того что ученые пытались изучать природу космоса, а в отдельных случаях судить о том, есть ли в нем другая жизнь, им часто приходилось работать вместе с другими специалистами, чьей задачей было угрожать жизни на Земле. На какое-то время под угрозой оказались даже наземные астрономические наблюдения. Среди планов военных – насыщение высоких слоев атмосферы огромным количеством медных иголок в целях экранирования угрозы радарного обнаружения; эти иголки привели бы к появлению плотной «вуали» над всеми радиотелескопами. Астрономы с обеих сторон железного занавеса часто цинично использовались для интеллектуального прикрытия разработки новых видов вооружений. К счастью, в довольно многих случаях астрономическая маскировка приносила реальные плоды, поскольку декларируемые астрономические задачи получали весомую финансовую поддержку, и в течение двадцати или тридцати лет имидж астрономии преобразился до неузнаваемости.

Одним из важнейших ранних открытий, ставших возможным благодаря спутникам, – обнаружение распределения плотности высокоэнергетичных заряженных частиц, окружающих Землю. Так называемые пояса Ван Аллена названы по имени их первооткрывателя Джеймса Альфреда Ван Аллена, одного из членов команды, работавшей в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе. Он был одним из авторов программы Международного геофизического года 1957–1958 гг. В рамках вклада США он и его коллеги занимались конструированием приборов для первых спутников «Эксплорер». По чистой случайности в январе 1958 г. он зарегистрировал захваченные частицы с помощью датчиков излучения, установленных на «Эксплорере-1» (первом американском искусственном спутнике Земли), которые оказались перегружены необычайно высоким потоком ионов высокой энергии, запертых в магнитном поле Земли. Ван Аллен внес изменение в конструкцию приборов и впоследствии сумел построить график тороидального распределения заряженных частиц с помощью данных, полученных с «Эксплорера-4» и «Пионера-3». В итоге было обнаружено, что внутренний пояс простирается примерно от 1000 до 5000 километров, если считать от земной поверхности, а внешний – от 15 000 до 25 000 километров. Ван Аллену можно заслуженно присвоить звание автора первых важных открытий новой космической эры.

Эти открытия до некоторой степени подтвердили идеи о движении заряженных частиц в магнитном поле Земли, развитые Биркеландом во время его исследования в 1896 г. полярных сияний – зрелищных всполохов на ночном небе, наблюдаемых на широтах между 60° и 75°. Предположение Биркеланда о том, что эти сияния могут вызываться электрически заряженными частицами, выбрасываемыми Солнцем и увлекаемыми магнитным полем Земли в сторону полюсов, было проверено в 1930‐х гг. другим норвежцем, математиком Ф. К. М. Стёрмером. Он попытался рассчитать траектории предполагаемого следования частиц, однако его теория привела лишь к поверхностным результатам, и в течение многих десятилетий теория о том, что было известно под названием солнечного ветра, в применении к наружным частям поясов Ван Аллена, не давала убедительного объяснения существования полярных сияний. Первого реального успеха удалось добиться примерно в тот же период; Сидни Чепмен рассчитал, как магнитные бури, создающие помехи в радио- и телефонной связи на поверхности Земли, могут быть связаны с потоками ионов, испускаемыми Солнцем. Расчеты делались на основе сопоставления многих исследовательских программ, что привело к появлению более четкого представления о природе солнечного ветра и его проявлений; в итоге эти расчеты были подтверждены данными с космических аппаратов, в том числе, например, «Луна-1», «Луна-2», «Маринер-2» и «Эксплорер-10». Траектории заряженных частиц солнечного ветра, сталкиваясь с магнитосферой Земли, как выяснилось, приобретают характерную спиральную структуру, не считая некоторых отклонений; также выяснилось, что энергия, затрачиваемая на солнечный ветер, не слишком велика. Каждую секунду от Солнца уносится всего лишь миллион тонн водорода, а это составляет только одну миллионную долю выделяемой Солнцем энергии.

В доспутниковую эру Солнце стало одним из главных объектов новейших ракетных исследований. В период между 1949 и 1957 гг. удалось получить спектры высокого разрешения во всем оптическом диапазоне и за его пределами с использованием размещенного на ракетах оборудования. Одним из неожиданных открытий стала высокая переменчивость жесткого ультрафиолета и рентгеновского излучения Солнца. В 1956 г. персонал Военно-морской исследовательской лаборатории в Вашингтоне провел исследование звезд ранних спектральных классов в нашей Галактике, в ходе которого возникло подозрение, что зарегистрированное рентгеновское излучение исходит из‐за пределов Солнечной системы. (Мы рассмотрим это подробнее в следующем разделе.) В 1962 г. запустили первую Орбитальную солнечную обсерваторию (ОСО-1), одну из восьми, стартовавших в течение семнадцати лет (что составляет три четвертых полного двойного цикла солнечной активности) для одновременного наблюдения на всех длинах волн, почти без разрывов. С помощью коронографа, аналогичного разработанному Бернаром Лио в 1930 г., в течение