Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






КАТАСТРОФЫ ТРЕТЬЕГО КЛАССА





 

БОМБАРДИРОВКА ЗЕМЛИ

 

 

ВНЕЗЕМНЫЕ ОБЪЕКТЫ

 

При обсуждении вторжения в Солнечную систему объектов из межзвездного пространства я концентрировал внимание на возможности воздействия таких объектов на Солнце, поскольку любое грубое вмешательство в целостность Солнца или изменение его свойств связано с наличием катастрофического эффекта для нас.

Сама Земля еще более чувствительна к подобным злоключениям, чем Солнце. Межзвездный объект, пересекающий Солнечную систему, может быть слишком мал, чтобы значительно воздействовать на Солнце, исключая прямое столкновение, а иногда даже в этом случае. Однако если такой объект окажется по соседству с Землей или столкнется с ней, он может вызвать катастрофу.

И теперь надо рассмотреть катастрофы третьего класса, то есть те возможные события, которые повлияют в первую очередь на Землю и сделают ее необитаемой, хотя Вселенная и даже остальная часть Солнечной системы останутся нетронутыми.

Рассмотрим, например, случай вторжения мини‑черной дыры сравнительно большого размера, скажем, с массой, сопоставимой с массой Земли. Подобный объект, если он минует Солнце, не причинит ему никакого вреда, хотя сам, вероятно, под влиянием гравитационного поля Солнца радикально изменит орбиту (Он может даже (хотя это невероятно) быть захвачен Солнцем и выйти на постоянную орбиту вокруг него. Эта орбита, вероятно, будет крайне склонна к эклиптике и крайне эксцентрична. К счастью, он ощутимо не беспокоил бы другие тела Солнечной системы, включая Землю, хотя стал бы и оставался наиболее неудобным соседом. Тем не менее очень маловероятно, что крупная мини‑черная дыра является членом Солнечной системы. Даже незначительное воздействие ее гравитационного поля было бы замечено, кроме случая, когда она находилась бы далеко за орбитой Плутона.

Если бы подобный объект проскользнул мимо Земли, он бы, тем не менее, мог произвести бедственные действия только за счет влияния на нас его гравитационного поля.



Поскольку сила гравитационного поля зависит от расстояния, та сторона Земли, которая обращена в сторону вторгнувшегося тела, будет притягиваться сильнее, чем противоположная. Земля до некоторой степени вытянется в сторону вторженца. В особенности вытянутся податливые воды океана. Океан будет горбиться на противоположных сторонах Земли в направлении вторгнувшегося объекта и прочь от него, и при вращении Земли континенты будут проходить сквозь эти горбы. Дважды в день море будет выходить на континентальные берега, а потом снова отступать.

Наступление и отступление моря (приливы и отливы) практически происходят на Земле в результате гравитационного влияния Луны и в меньшей степени Солнца. Поэтому все эффекты, вызываемые различием гравитационного влияния на тело, называются «приливо‑отливными» эффектами.

Чем больше масса вторгнувшегося тела и чем ближе оно к Земле, тем сильнее приливо‑отливные эффекты. Если вторгшаяся мини‑черная дыра будет достаточно массивна и пройдет мимо Земли достаточно близко, она может вмешаться в целостность планетарной структуры, вызвать трещины в ее коре и так далее. Прямое столкновение было бы, разумеется, катастрофическим.

Вероятность существования такого большого размера мини‑черной дыры чрезвычайно мала, тем не менее, если бы она даже существовала, следует помнить о том, что Земля — гораздо меньшая цель, чем Солнце. Поперечное сечение Земли составляет только двенадцать тысячных поперечного сечения Солнца, так что даже самая малая вероятность близкой встречи между таким объектом и Солнцем должна быть соответственно уменьшена для вероятности его близкой встречи с Землей.

Мини‑черные дыры, если они существуют, вероятнее всего, были бы астероидного размера. Мини‑черная дыра с массой, скажем, в одну миллионную массы Земли, не представит серьезной опасности при близкой встрече. Она вызовет незначительные приливо‑отливные эффекты, и мы вполне можем не заметить подобного события, если оно произойдет.

Иное дело при прямом попадании. Мини‑черная дыра, какой бы малой она ни была, «проест» себе туннель в теле Земли. Она, конечно, будет поглощать материю, и энергия, выделяемая в процессе, будет плавить и испарять вещество перед ней по пути ее продвижения. Она пройдет толщу Земли по кривой (не обязательно через центр) и выйдет из Земли, чтобы продолжить в космосе свою, уже измененную гравитационной силой Земли траекторию. На выходе она станет более массивной, чем была на входе. И двигаться она будет медленнее, поскольку при прохождении сквозь газы испаряющегося вещества Земли она встретится с определенным сопротивлением.

Тело Земли вылечит себя после прохода сквозь него мини‑черной дыры. Пары охладятся и затвердеют, внутреннее давление закроет туннель. Эффект на поверхности будет все же опустошительным (впрочем, возможно, и не вполне катастрофическим), примерно таким, как от огромного взрыва, собственно, даже двух: одного — в месте, где мини‑черная дыра вошла в Землю, другого — там, где она вышла.



Естественно, чем меньше мини‑черная дыра, тем меньше и эффекты. Но в одном отношении маленькая дыра может быть хуже, чем большая. У маленькой мини‑черной дыры и момент силы довольно мал благодаря малой массе. И если к тому же дыра будет двигаться с низкой скоростью по отношению к Земле, то замедление в процессе «проедания» может оказаться достаточным для того, чтобы она не смогла проделать себе путь на выход. Гравитация Земли окажется для нее ловушкой. Дыра станет падать в направлении к центру, промахнется, снова станет падать, снова промахнется и так далее, снова и снова.

Из‑за вращения Земли дыра не будет ходить туда и сюда по одному и тому же пути, но будет выписывать кривые, по рисунку и общей сложности напоминающие пчелиные соты, неуклонно вырастая, как это ей присуще, на каждом отрезке. В конечном счете она обоснуется в центре, оставив вокруг себя изрешеченную Землю с опустошенным центром. И эта центральная дыра продолжит медленно расти. Земля таким образом будет так ослаблена в структурном отношении, что погибнет; вся материя направится в центральную черную дыру, и в конце концов вся планета будет поглощена.

Итоговая черная дыра с массой Земли продолжит движение по земной орбите вокруг Солнца. Для Солнца и других планет такое превращение не составит никакой гравитационной разницы. Даже Луна продолжит кружить вокруг крошечного объекта в 2 сантиметра в поперечнике, как если бы это была Земля в своей полной величине, каковой она в отношении массы и останется.

Для нас это был бы конец света — катастрофа третьего класса. И (теоретически) она может произойти хоть завтра.

Так же и кусок антиматерии, слишком малый для того, чтобы существенно повлиять на Солнце, даже если произойдет прямое столкновение, может быть достаточно большим, чтобы вызвать значительное опустошение на Земле. В отличие от черной дыры антиматерия, если кусок ее по массе с астероид или меньше, не пробьет туннеля сквозь планету. Тем не менее он выбьет такой кратер, который, в зависимости от размера тела, может поглотить целый город или континент. Глыбы обычного вещества из межзвездного пространства, разнообразие которых нам знакомо, естественно, причинят гораздо меньше вреда.

От этих катастроф вторжения Земля защищена двумя обстоятельствами:

1. Что касается мини‑черных дыр и антиматерии, мы на самом деле не знаем точно, существуют ли вообще такого вида объекты.

2. Если эти объекты действительно существуют, то космос настолько велик по объему, а Земля представляет собой такую маленькую мишень, что нужно какое‑то чрезвычайное стечение обстоятельств, чтобы попасть в Землю или хотя бы подойти к ней близко. Это, конечно, верно также и для объектов, состоящих из обычной материи.

Значит, мы можем исключить вторженцев из межзвездного пространства, внушительного размера вторженцев, как не представляющих ощутимой опасности для Земли (Говоря «внушительного размера», я намеренно опускаю возможность столкновения с Землей частиц пыли из межзвездного пространства или отдельных атомов, или субатомных частиц. Я рассмотрю это позднее).

 

 

КОМЕТЫ

 

Чтобы найти ракеты, которые могут попасть в Землю, нет надобности искать вторженцев из межзвездного пространства. В самой Солнечной системе существуют подходящие для этого объекты.

Приблизительно с 1800 года, благодаря работам французского астронома Пьера Симона Лапласа (1749‑1827), хорошо известно, что Солнечная система является стабильной структурой при условии, что она предоставлена самой себе. (И она была, насколько мы знаем, предоставлена самой себе на протяжении 5 миллиардов лет и будет предоставлена самой себе, насколько мы можем судить, еще в течение неопределенно длительного времени.) Например, Земля не может упасть на Солнце. Для того чтобы это произошло, ей надо избавиться от своего огромного запаса углового момента кругового вращения. Этот запас не может быть уничтожен, он может быть только передан, а мы не знаем способа внезапного вторжения из межзвездного пространства тела размером с нашу планету, которое могло бы поглотить угловой момент Земли, оставив Землю неподвижной и, следовательно, способной упасть на Солнце.

По этой же причине никакая другая планета не может упасть на Солнце, и никакой спутник не может упасть на свою планету, и, в частности, Луна не может упасть на Землю. И планеты не могут настолько изменить свои орбиты, что столкнутся друг с другом (Правда, русский по происхождению психиатр Иммануил Великовский в своей книге «Столкновение миров» (Worlds in Collision), опубликованной в 1952 году, постулирует ситуацию, в которой планета Венера была извергнута из Юпитера около 1500 года до н. э. и затем несколько раз столкнулась с Землей, прежде чем водворилась на свою нынешнюю орбиту. Великовский описывает бедственные события, сопровождавшие эти столкновения, которые, тем не менее, по‑видимому, не оставили следа на Земле, если не считать неясных мифов и сказок, выборочно цитируемых Ве‑ликовским. Идеи Великовского с уверенностью могут быть отвергнуты как фантазии активного воображения, обращенные к людям, которые знакомы с астрономией не более, чем сам Великовский.).

Солнечная система, конечно, не всегда была в таком порядке, как сейчас. Когда формировались планеты, облако пыли и газа в окрестностях растущего Солнца конденсировалось во фрагменты различных размеров. Более крупные фрагменты росли за счет более мелких, пока не сформировались большие объекты планетарных размеров. Однако остались более мелкие фрагменты, все же значительных размеров. Некоторые из них стали спутниками, вращающимися вокруг планет по траекториям, которые стали стабильными орбитами. Другие столкнулись с планетами или спутниками и добавили к ним свои кусочки массы.

Мы можем видеть следы финальных столкновений, например, с помощью хорошего бинокля. На Луне существует 30 000 кратеров размером от 1 километра в поперечнике до 200 с лишним. Каждый — след столкновения с ускоренным куском материи.

Исследовательские ракеты показали нам поверхности других миров, мы обнаружили кратеры на Марсе и на обоих его маленьких спутниках — Фобосе и Деймосе, а также на Меркурии. Поверхность Венеры скрыта облаками, ее трудно исследовать, но, несомненно, там тоже есть кратеры. Существуют кратеры даже на Ганимеде и Каллисто — двух спутниках Юпитера. Почему же тогда нет кратеров от бомбардировки на Земле?

О, они существуют! Или, правильнее, существовали. Земля обладает свойствами, которых нет у других миров. Она имеет активную атмосферу, которой нет у Луны, Меркурия и спутников Юпитера и которой лишь в очень малой степени обладает Марс. У Земли есть объемистый океан, не говоря обо льде, дождях и текучей воде, а этого и в помине нет ни на каком другом объекте; впрочем, есть лед и, может быть, когда‑то была и текучая вода на Марсе. И, наконец, на Земле есть жизнь, нечто, по всей видимости, уникальное в Солнечной системе. Ветер, вода и жизнедеятельность — все это способствует эрозии поверхности, и, поскольку кратеры образовались миллиарды лет назад, они стерты теперь с лица Земли (На недавних фотографиях Ио, самого крупного из наиболее близких к Юпитеру спутников, видно, что там нет кратеров. В данном случае причина в том, что Ио — спутник активно‑вулканический и кратеры заполнены лавой и пеплом).

В течение первого миллиарда лет после образования Солнца различные планеты и спутники вычистили как следует свои орбиты и приняли свой настоящий вид. И все же Солнечная система не совсем чиста и сейчас. Осталось то, что мы называем планетарными осколками, — маленькие объекты, вращающиеся вокруг Солнца, которые слишком малы, чтобы быть солидной планетой, и которые все же способны принести значительный ущерб, если они когда‑нибудь столкнутся с большим телом. Например, существуют кометы.

Кометы — это неясные, смутно светящиеся объекты, имеющие иногда неправильную форму. Их видят в небе с тех самых времен, когда люди обратили свой взгляд на небо, но их природа до последнего времени была неизвестна. Греческие астрономы считали их атмосферными явлениями и горящими высоко в воздухе испарениями (Из‑за того, что кометы появлялись неожиданно, не подчиняясь каким‑то правилам, в противоположность устойчивому и предсказуемому движению планет, большинству людей донаучных времен кометы представлялись предвестниками несчастья, специально созданными разгневанными богами и посланными человечеству как предупреждение. Лишь постепенно научные исследования ослабили эти суеверные страхи. Однако полностью от них люди еще не избавились.). Только в 1577 году датский астроном Тихо Браге (1546‑1601) доказал, что они находятся далеко в пространстве и блуждают среди планет.

В 1705 году Эдмунд Галлей наконец вычислил орбиту одной из комет (теперь она называется кометой Галлея). Он определил, что она движется вокруг Солнца не по почти круговой орбите, как планеты, а по чрезвычайно вытянутому, очень эксцентричному эллипсу. Такая орбита с одной ее стороны приводит комету близко к Солнцу, с другой — выводит далеко за орбиту самой далекой из известных планет(Комета Галлея периодически появляется поблизости от Земли, и ее можно наблюдать невооруженным глазом. Последнее такое появление было в 1996 году, предыдущее — в 1910 году.).

Невооруженному глазу кометы кажутся не просто точками света, как планеты и звезды, а гораздо большими, словно они — очень массивные тела. Французский естествоиспытатель Жорж Л. Л. Бюффон (1707‑1788) полагал, что так оно и есть, и, рассматривая их движение и то, как они на одной стороне своей орбиты проносятся мимо Солнца, подумал, что неудивительно, если одна из них при, так сказать, незначительном просчете может попасть в Солнце. В 1745 году он предположил, что благодаря такому столкновению и образовалась Солнечная система.

В наши дни общеизвестно, что кометы — это очень небольшие тела, не более нескольких километров в поперечнике. По утверждениям некоторых астрономов, например голландского астронома Яна Хендрика Оорта (р. 1900), существует около миллиарда таких тел, образующих своеобразную оболочку вокруг Солнца, отстоящую от него на расстояние около светового года. (И каждое из них настолько мало, и все они так разбросаны по огромному объему околосолнечного пространства, что не могут оказывать никакого влияния на наше представление о Вселенной в целом.) Кометы вполне могут быть неизменившимися остатками окраин первоначального облака пыли и газа, облака, из которого образовалась Солнечная система. Они, вероятно, состоят из наиболее легких элементов, превратившихся в ледяную субстанцию, — воды, аммиака, сероводорода, цианистого водорода, циана и т. п. Вкраплением в этих льдах могут быть различные количества скалистых пород в виде пыли и гравия. В некоторых случаях камень может составлять твердое ядро.

Время от времени какая‑нибудь из комет этой далеко находящейся оболочки может быть возмущена гравитационным влиянием сравнительно неподалеку находящейся звезды и может выйти на новую орбиту, которая доставит ее ближе к Солнцу; иногда даже очень близко к Солнцу. Если при прохождении сквозь планетарную систему комета будет возмущена гравитацией одной из довольно крупных планет, ее орбита также может измениться, но она может остаться в пределах планетарной системы, пока другое планетарное возмущение не выбросит ее еще раз, но сильнее (Кометы невелики и, следовательно, имеют намного меньшую массу и угловой момент, чем планеты. Ничтожные переносы углового момента, вызываемые гравитационным воздействием планет и спутников, производят неизмеримо малый орбитальный эффект, но все же достаточный, чтобы изменить орбиту кометы, и в некоторых случаях — радикально).

Когда комета заходит внутрь Солнечной системы, тепло Солнца начинает растапливать лед, и облако пара, ставшее видимым благодаря включению в него частиц льда и пыли, окутывает центральное «ядро» кометы. Солнечный ветер сдувает облако пара прочь от Солнца и вытягивает его в длинный хвост. Чем больше и льдистее комета, чем ближе она подходит к Солнцу, тем длиннее и ярче ее хвост. Именно это облако пыли и пара придает комете ее громадные видимые размеры, но это чрезвычайно невесомое облако и имеет очень малую массу.

После того как комета пройдет мимо Солнца и вернется в дальние края Солнечной системы, в ней станет меньше материи, ведь часть ее она потеряла по пути. С каждым появлением вблизи Солнца она несет потери, пока совсем не погибнет. Она либо уменьшится до своего центрального ядра или камня, либо, если его нет, до облака пыли и гравия, которые постепенно распределятся по орбите кометы.

Поскольку кометы происходят из оболочки, окружающей Солнце в трех измерениях, они могут проходить Солнечную систему под любым углом. Так как их легко возмутить, орбиты их представляют собой почти любых видов эллипсы и занимают любое положение по отношению к планетам. К тому же орбиты всегда подвержены возмущениям с последующими изменениями.

В силу этих обстоятельств кометы не отличаются таким же хорошим поведением, как другие члены Солнечной системы — планеты и спутники. Любая комета рано или поздно может попасть в какую‑нибудь планету или спутник. В частности, она может попасть в Землю. Что уменьшает возможность такого происшествия, так это просто обширность пространства и сравнительная малость цели. Тем не менее, гораздо вероятнее, что именно комета угодит в Землю, а не какой‑нибудь значительных размеров объект из межзвездного пространства.

Например, 30 июня 1908 года в Российской империи на реке Тунгуска — очень близко от географического центра империи — в 6.45 утра произошел гигантский взрыв. Все деревья были повалены на два десятка миль в окружности. Было уничтожено стадо оленей, несомненно, было убито и множество других животных. К счастью, ни единому человеку не было причинено вреда. Взрыв произошел среди непроходимого сибирского леса, и в огромной области разрушения не было ни людей, ни построек. Прошли годы, прежде чем можно было исследовать место взрыва, и только тогда установили, что нет никакого признака какого‑либо удара о Землю. Не было, например, кратера.

С того времени предлагались различные объяснения причин ужасного события и отсутствия удара — мини‑черная дыра, антивещество, даже межпланетные космические корабли со взрывающимися ядерными установками. Астрономы, несмотря на это, не без оснований считают, что это была малая комета. Оледенелые вещества, из которых она состояла, испарились, когда она погрузилась в атмосферу, и притом так быстро, что произошел сокрушительный взрыв. Взрыв в воздухе, возможно, на высоте менее 10 километров как раз и причинил бы такой ущерб, который фактически нанес Тунгусский взрыв, но комета, конечно, не достигла бы поверхности Земли, так что, естественно, не образовалось никакого кратера и в округе не было разбросано никаких осколков ее структуры.

Нам сильно повезло, что взрыв произошел в одном из немногих на Земле мест, где людям не было причинено никакого вреда. Собственно, если бы комета шла точно тем самым курсом, которым она и шла, а Земля бы совершила в своем вращении на четверть оборота больше, город Санкт‑Петербург был бы стерт с лица Земли. Нам повезло в этот раз, но подобное событие может произойти как‑нибудь опять и с гораздо худшими последствиями, и мы не знаем, когда это произойдет. И при теперешнем положении маловероятно, что будет какое‑либо предупреждение.

Если хвост кометы считать кометой, тогда возможность столкновения становится еще вероятнее. Хвосты комет могут вытягиваться на многие миллионы километров и занимать настолько большой объем в пространстве, что Земля легко может оказаться в нем. И действительно, в 1910 году Земля прошла по хвосту кометы Галлея.

Однако вещество хвоста кометы настолько сильно разрежено, что оно ненамного отличается от вакуума межпланетного пространства. Правда, хвост, состоящий из ядовитых газов, может быть опасным, если по плотности совпадает с атмосферой Земли, но типичная плотность хвоста безвредна. При прохождении Земли по хвосту кометы Галлея не было замечено никакого особого эффекта.

Земля может также пройти по пыльному веществу, оставленному мертвыми кометами. И, конечно, проходит. Частицы пыли постоянно ударяют по атмосфере Земли и медленно опускаются на Землю, они служат ядрами для капель дождя. Большинство их микроскопического размера. Те же, что видимого размера, нагреваются, когда сжимают перед собой воздух, и светятся, сверкая как «падающая звезда» или «метеор», пока не испарятся.

Никакие из этих объектов не могут причинить вреда, они только в конечном счете опустятся на Землю. Несмотря на то, что они такие маленькие, их так много попадает в атмосферу Земли, что, по некоторым оценкам, за счет этих «микрометеоритов» Земля каждый год приобретает 100 000 тонн массы. Это кажется довольно большим количеством, но за последние 4 миллиарда лет подобное наращивание массы, если оно постоянно удерживалось на таком уровне, оценивается менее чем в 1/10 000 000 общей массы Земли.

 

 

АСТЕРОИДЫ

 

Кометы не единственные малые тела Солнечной системы. 1 января 1801 года итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746‑1826) открыл новую планету, которую он назвал Церера. Она двигалась вокруг Солнца , по типичной планетарной орбите, которая была почти круговой и располагалась между орбитами Марса и Юпитера.

Причина, почему она не была открыта раньше, заключалась в том, что она очень мала и, следовательно, принимала и отражала настолько мало солнечного света, что была совершенно неразличима невооруженным глазом. Она, собственно, только 1000 километров в диаметре, значительно меньше Меркурия, самая маленькая планета из известных к тому времени. Она даже меньше десяти спутников различных планет.

Если бы на этом все кончилось, Цереру просто бы стали рассматривать как карликовую планету. Но на протяжении шести лет после открытия Цереры астрономы открыли еще три планеты, и каждая — даже меньше Цереры, и каждая — с орбитой между орбитами Марса и Юпитера.

Поскольку эти планеты были так малы, они и в телескоп выглядели просто звездообразными точками света, а не дисками, как планеты обычные. Поэтому Уильям Гершель предложил называть новые тела «астероидами» («звездообразными»), и предложение было принято.

С течением времени открывали новые и новые астероиды, и все они были либо еще меньше, чем четыре первые, либо дальше от Земли, чем они (либо и то и другое). Следовательно, они были еще более неясны, и их еще труднее было увидеть. К настоящему времени определено местоположение более 1700 астероидов и рассчитаны их орбиты. Считается, что существует их примерно от 40 000 до 100 000 с диаметром порядка километра. (И опять же они, каждый в отдельности, настолько малы и разбросаны по пространству такого огромного объема, что не нарушают общего взгляда астрономов на небо.) Астероиды отличаются от комет тем, что они скорее каменные или металлические, чем ледяные. Астероиды также могут быть значительно крупнее комет. Астероиды, следовательно, в худшем случае могут быть более опасными снарядами, чем кометы.

Астероиды, однако, по большей части находятся на более безопасных орбитах. Почти все астероидные орбиты полностью расположены в части планетарного пространства между орбитами Марса и Юпитера. Если бы все они оставались там постоянно, они бы, конечно, не представляли никакой опасности для Земли.

Астероиды, тем не менее, в особенности более мелкие, подвержены возмущениям и изменениям орбиты. С течением времени орбиты некоторых астероидов меняются таким образом, что остаются в пределах астероидного пояса или очень близко к нему. А по крайней мере восемь астероидов оказались настолько близко к Юпитеру, что были захвачены им и стали его спутниками, вращающимися вокруг планеты по далеким орбитам. У Юпитера могут быть и другие подобные спутники, которые слишком малы, чтобы быть уже обнаруженными. Кроме того, существует несколько дюжин спутников, которые не были захвачены Юпитером, а движутся по его орбите либо в 60 градусах впереди него, либо в 60 градусах позади, и закреплены на своих местах гравитационным влиянием Юпитера.

Есть также астероиды, орбиты которых были возмущены в удлиненные эллипсы, причем так, что когда астероиды ближе всего к Солнцу, они находятся в астероидном поясе, а другая сторона орбиты выводит их далеко за Юпитер. Один такой астероид — Гидальго, открытый в 1920 году немецким астрономом Уолтером Бааде (1893‑1960), доходит почти до орбиты Сатурна.

Однако астероиды, которые находятся в пределах астероидного пояса, не представляют опасности для Земли; конечно, те, которые заблудились снаружи внешних пределов пояса и движутся за Юпитером, тоже не представляют опасности. Но нет ли астероидов, блуждающих в другом направлении, двигающихся в пределах орбиты Марса и, может быть, приближающихся к Земле?

Первым свидетельством такой возможности было открытие в 1877 году американским астрономом Асафом Холлом (1829‑1907) двух спутников Марса Они были крошечными объектами астероидного размера, и сейчас полагают, что они и есть захваченные астероиды, рискнувшие близко подойти к Марсу. Затем 13 августа 1898 года немецкий астроном Густав Витт открыл астероид, который он назвал Эросом. Его эллиптическая орбита была такой, что, когда он был дальше всего от Солнца, он оказывался в пределах астероидного пояса, когда же был ближе всего к Солнцу, он оказывался от него всего в 170 миллионах километров. Это примерно так же близко к Солнцу, как Земля(18 февраля 2000 года американский космический корабль был выведен к астероиду Эрос и передал на Землю его фотографии, из которых видно, что он имеет форму картофелины диаметром 33 километра. Дальнейшее его изучение поможет выработать систему защиты от астероидов).

Собственно, если бы Эрос и Земля были в соответствующих точках своих орбит, расстояние между ними было бы лишь 22,5 миллиона километров.

Естественно, не часто случается, чтобы оба этих объекта были в подходящих точках своих орбит одновременно, обычно они значительно дальше этого расстояния. Тем не менее Эрос может подойти к Земле ближе, чем любая другая планета. Это первый из обнаруженных ощутимых размеров объект Солнечной системы, который может приближаться к Земле ближе, чем Венера (однако не ближе Луны). Эрос и считается первым из так называемых «пасущихся у Земли» (В оригинале: Earth grazers).

В ходе двадцатого века, когда для обнаружения астероидов стали использовать фотографию и другую технику, было обнаружено свыше дюжины других «пасущихся у Земли», и все они меньше Эроса, их диаметры от 1 до 3 километров.

Как близко могут подобраться к Земле эти «пасущиеся»? В ноябре 1937 года астероид, названный Гермесом, как многие видели, прочертил небо, промчавшись не более чем в 800 000 километрах от Земли (почти два расстояния до Луны). Расчетная орбита Гермеса свидетельствует о том, что, если Земля и Гермес были бы в подходящих точках своей орбиты, Гермес приблизился бы к Земле на расстояние 310 000 километров и оказался бы даже ближе к нам, чем Луна. Это не особенно приятная мысль, ведь Гермес порядка километра в поперечнике, и столкновение с ним может причинить огромный вред. Однако мы не можем быть уверены в орбите, потому что Гермес с тех пор больше обнаружен не был, а это означает, что либо орбита была рассчитана неверно, либо Гермес был возмущен и покинул эту орбиту. И если бы его снова обнаружили, то лишь случайно.

Несомненно, существует намного больше «пасущихся у Земли», чем мы можем увидеть в наши телескопы, ведь объект, проходящий мимо Земли на близком расстоянии, проносится настолько быстро, что его можно просто упустить. К тому же, если тело окажется слишком маленьким (как и во всех подобных случаях, «пасущихся у Земли» тоже существует больше мелких, чем крупных), оно даже в лучшем случае будет очень неясным.

Американский астроном Фред Уиппл (р. 1911) полагает, что существует по крайней мере 100 «пасущихся у Земли» более 1,5 километра в диаметре. Отсюда следует, что вполне может быть несколько тысяч других, с диаметром от 0,1 до 1,5 километра.

10 августа 1972 года очень маленькое «пасущееся у Земли» тело прошло сквозь верхние слои атмосферы и нагрелось до видимого свечения. При самом близком подходе оно было в 50 километрах над югом Монтаны. Считают, что диаметр его был 0,013 километра (Международное астрономическое общество в марте 1998 года сообщило, что утром 27 октября 2028 года астероид XF‑11 диаметром 1,5 км очень близко подойдет к нашей планете и, возможно, даже столкнется с ней, но НАСА тут же уточнило, что «очень близко» — это на расстояние примерно миллиона километров).

Итак, вкратце: регион, соседствующий с Землей, по‑видимому, богат объектами, которых никто никогда не видел до двадцатого века, от такого огромного, как Эрос, до дюжины с лишним объектов размером с гору, до тысячи объектов размером с большой валун и миллиардов объектов, которые не что иное, как булыжники. (А если посчитать обломки комет, о которых я уже упоминал, то существуют несчетные триллионы объектов с булавочную головку и менее.) Может ли Земля проходить по столь населенному пространству и не подвергаться никаким столкновениям? Конечно, нет. Столкновения происходят постоянно(На основании некоторых данных ряд ученых (в том числе член‑корреспондент Академии Наук СССР М. И. Будыко) в 1980 году пришли к выводу, что Земля уже однажды претерпела глобальную астероидную катастрофу, а именно в конце Мелового периода, т. е. около 70 миллионов лет назад. «Великое вымирание» в конце этого периода, которое привело к гибели гигантских пресмыкающихся, в том числе динозавров, некоторые склонны считать связанным именно с этой катастрофой и последовавшим резким изменением условий существования. Однако слежение за астероидной опасностью ведется и разрабатываются различные способы ее предотвращения. Так, «отцы» атомной бомбы с самого начала предполагали возможность ее применения для устранения астероидной опасности. Предполагается возможность изменения траектории движения Земли путем изменения на нее солнечного давления (например, с помощью изменения окраски ее поверхности), изменения движения опасных небесных тел. Но все это в далеком будущем, ибо в ближайшие столетия, а возможно, и тысячелетия астероиды нам не угрожают).

 

 

МЕТЕОРИТЫ

 

Почти во всех случаях эти фрагменты материи, достаточно большие, чтобы нагреться до видимого свечения, когда они проносятся по атмосфере (в это время они называются «метеорами»), превращаются в пыль и пар задолго до того, как достигнут поверхности Земли. Это в равной степени верно и по отношению к обломкам комет.

Возможно, самый сильный «метеорный дождь» в исторические времена прошел в 1833 году, когда наблюдателям в восточной части Соединенных Штатов сверкающие полосы казались такими крупными, как снежные хлопья, и простые люди считали, что это звезды падают с неба и миру приходит конец. Однако, когда метеорный дождь закончился, звезды на небе невозмутимо продолжали светить. Все до единой остались на месте. Более того, ни один из тех сверкающих кусков материи не достиг Земли как объект обнаруживаемого размера.

Если такой обломок, ударивший в атмосферу, достаточно велик, и его быстрое прохождение по воздуху недостаточно, чтобы испарить его полностью, тогда часть его достигнет поверхности Земли как «метеорит». Подобные объекты скорее всего не кометного происхождения, а являются маленькими «пасущимися у Земли», которые образовались в астероидном поясе.

В исторические времена поверхности Земли достигли примерно 5500 метеоритов, и около одной десятой из них были железными, остальные — каменными.

Каменные метеориты, если их не видели падающими, трудно отличить от обычной скалы, это может сделать только специалист. Железные метеориты[7], однако, очень заметны, поскольку на Земле металлическое железо не возникает естественным путем.

До того как люди научились получать железо путем плавки железной руды, метеориты были ценным источником супертвердого металла для наконечников стрел, режущих кромок инструментов и орудий, намного более ценным, чем золото, хотя и менее привлекательным. Их настолько тщательно разыскивали, что в исторические времена в тех районах, где цивилизация процветала до 1500 года до н.э., не было найдено ни одного фрагмента железного метеорита. Культуры до железного века все их нашли и использовали.

Однако метеоритные находки не отождествлялись с метеорами. А почему их надо было отождествлять? Метеорит был просто куском железа, обнаруженным на земле; метеор был вспыхивающим в воздухе светом (Метеор — от греческих слов: «верхняя атмосфера», поскольку древним грекам метеоры, как и кометы, казались чисто атмосферными явлениями. Поэтому «метеорология» — это наука, изучающая погоду, а не метеоры. Изучение метеоров по современным понятиям называется «метеоритикой»). Какая тут связь?

Разумеется, были легенды об объектах, падающих с небес. «Черный камень» в Каабе, святыня мусульман, возможно, был метеоритом, падение которого кто‑то видел. Другим, возможно, был своеобразный предмет почитания в храме Артемиды в Эфесе. Ученые до недавнего времени отметали подобные легенды, считали любой рассказ об объектах, падающих с неба, предрассудком.

В 1807 году американский химик Бенджамин Силлиман (1779‑1864) и его коллега сообщили, что видели в Или падение метеорита. Президент Томас Джефферсон, услышав о сообщении, заявил, что легче поверить в то, что два профессора‑янки соврали, чем в то, что с неба падают камни. Тем не менее ученое любопытство было пробуждено многочисленными сообщениями подобного рода, и пока Джефферсон сохранял скептицизм, французский физик Жан Батист Био (1774‑1862) уже в 1803 году написал доклад о метеоритах, и с тех пор такие падения перестали считаться небылицами.

Метеориты, которые падали в цивилизованных странах, большей частью были маленькими и не причинили особого вреда. Существует лишь одно сообщение о попадании метеорита в человека, речь идет о женщине из Алабамы, которая получила скользящий удар и царапину на бедре.

Самый крупный из известных метеоритов все еще лежит в земле Намибии, в Юго‑Западной Африке. По грубым оценкам его вес 66 тонн (Еще больший метеорит упал 12 февраля 1947 года в отрогах Сихотэ‑Алиня в Приморском крае. По грубым оценкам его вес при вхождении в земную атмосферу составлял 1500‑2000 тонн. При движении в атмосфере он взорвался и выпал железным метеорным дождем на площади 3 квадратных километра. Общая его масса, достигшая поверхности Земли, оценивается в 100 тонн). Самый крупный из железных метеоритов демонстрируется в Хайденском планетарии в Нью‑Йорке, его вес около 34 тонн.

Метеорит, даже не больше этого, если он упадет в густонаселенном городском районе, может причинить значительный ущерб недвижимости и убить сотни и даже тысячи людей. Велики ли все‑таки шансы, что когда‑нибудь нам будет нанесен и впрямь сильный удар? В космосе разгуливают довольно большие горы, которые могут причинить большую беду, если они ударят по нам.

Можно возразить, что большие объекты в пространстве (которых, конечно, гораздо меньше, чем маленьких объектов) находятся на орбитах, которые не пересекаются с орбитой Земли и никогда не подходят к нам ближе. Это объясняет, почему нас до сих пор по‑настоящему не тряхануло и, следовательно, почему нам не надо бояться сильного удара в будущем.

Однако этот довод не убедителен по двум причинам. Во‑первых, даже если большие метеорические объекты имеют орбиты, не пересекающие нашу, то будущие возмущения могут изменить их орбиты и поместить объект на курс потенциального столкновения. Во‑вторых, уже были достаточно сильные удары, скажем, столь сильные, что могли бы разрушить город. И если они произошли не в исторические времена, то геологически произошли совсем недавно.

Свидетельства таких ударов добыть нелегко. Представьте себе, что сильный удар произошел несколько сотен тысяч лет назад. Метеорит, вероятно, закопался глубоко в землю, до него нелегко добраться и изучить. Разумеется, он может быть под большим кратером, но влияние ветра, воды и жизни разрушает кратер полностью через несколько тысяч лет.

Но даже при всем этом были обнаружены признаки круглых образований, иногда полностью или частично заполненных водой, их легко различить с воздуха. Круглость, в сочетании с четким отличием от окружающих его образований, вызывает острое подозрение, что это «ископаемый кратер», а более близкое обследование может затем подтвердить это.

Около двадцати подобных ископаемых кратеров обнаружено в разных концах Земли, и все они возникли в пределах последнего миллиона лет.

Последний ископаемый кратер определенно идентифицирован, это кратер Унгава‑Квебек, на полуострове Унгава, в самой северной части канадской провинции Квебек. Открыт в 1950 году канадским изыскателем Фредом В. Чаббом (его так и называют иногда — кратер Чаб‑ба). На фотографиях, сделанных с воздуха, видно круглое озеро, окруженное другими меньшими озерами. В диаметре кратер 3,34 километра и в глубину 0,361 километра. Край озера, его берег, поднят над окружающей сельской местностью на 0,1 километра.

Ясно, что если бы подобный удар повторился и пришелся на Манхэттен, он бы полностью разрушил остров, нанес бы невероятный ущерб части соседнего Лонг‑Айленда и Нью‑Джерси, убил бы несколько миллионов человек.

Меньший, но гораздо лучше сохранившийся кратер находится в штате Аризона, рядом с городом Уинслоу. В этом засушливом районе нет воды и вообще мало видов жизни, и кратер хорошо сохранился. Он и сегодня выглядит совсем свеженьким и представляется удивительно похожим — прямо как маленький двоюродный брат — на кратеры, которые мы видим на Луне.

Он был открыт в 1891 году, но первым человеком, который в 1902 году заявил, что кратер — результат падения метеорита, а не потухший вулкан, был Даниэл Моро Баррингер. Поэтому кратер называют «Большой метеоритный кратер Баррингера» или иногда просто: «метеоритный кратер».

В поперечнике этот кратер 1,2 километра, в глубину около 0,18 километра. Его край поднимается над окружающей сельской местностью почти на 0,060 километра. Кратер образовался до 50 000 лет назад, хотя некоторые предполагают, что всего лишь 5000 лет назад. Вес метеорита, образовавшего кратер, оценивается разными учеными от 12 000 тонн до 1,2 миллиона тонн. Это означает, что метеорит мог быть от 0,075 до 0,360 километра в диаметре (Кратер, образовавшийся около 35 миллионов лет назад, обнаружен на Таймыре, найдены старые кратеры в ряде районов России, на Украине, в Германии).

Но все это в прошлом. А что мы можем ожидать в будущем? Астроном Эрнст Опик считает, что «пасущееся у Земли» должно двигаться по своей орбите в среднем в течение 100 миллионов лет перед тем, как столкнется с Землей. Если предположить, что существует две тысячи подобных объектов, достаточно больших, чтобы уничтожить город или даже принести еще больший вред при ударе, тогда средний интервал между такими бедствиями будет всего 50 000 лет.

Каковы же шансы попадания в определенную цель? Скажем, в город Нью‑Йорк? Площадь Нью‑Йорка — это одна полуторамиллионная часть площади Земли.

Это означает, что средний интервал между ударами, которые могли бы разрушить Нью‑Йорк, около 33 миллиардов лет. Если мы предположим, что общая площадь расположения крупных городов на Земле в 100 раз больше, чем у Нью‑Йорка, то средний интервал между градоразрушительными ударами около 330 миллионов лет.

Это в самом деле не повод, чтобы терять покой и сон, и неудивительно, что в письменных свидетельствах человеческой цивилизации (которой всего‑то 5000 лет) нет ясного описания того, как падающий метеорит разрушает город.

Метеориту внушительных размеров нет необходимости ударять непосредственно в город, чтобы принести большой ущерб. Если он упадет в океан, то в семи из десяти случаев образуется такая приливо‑отливная волна, которая опустошит побережье, топя людей и разрушая сооружения. Если среднее время между разрушительными прямыми ударами 50 000 лет, то среднее время между приливо‑отливными волнами, спровоцированными метеоритами, примерно 71 000 лет (В начале 1997 года появилось сообщение о том, что японские ученые высказали предположение о падении 65 миллионов лет назад крупного метеорита; упав в океан, он вызвал такое облако пара, которое надолго затмило Солнце, что привело к гибели динозавров и некоторых других организмов).

Самое худшее состоит в том, что пока нет возможности заблаговременно предупредить о падении метеорита. Такой метеорит, вполне вероятно, будет достаточно маленьким и достаточно быстро двигающимся, чтобы достичь атмосферы Земли незамеченным. А от времени, когда он начнет светиться, до удара пройдет самое большее несколько секунд.

Если разрушение ударом большого метеорита и несколько менее вероятно, чем любая из других катастроф, о которых речь шла выше, то оно отличается от них в двух аспектах. Во‑первых, хотя это может принести бедствие, повлечь за собой огромный вред, но совершенно маловероятно, чтобы такие удары были катастрофическими в том же смысле, в каком, например, было бы превращение Солнца в красный гигант. Вряд ли метеорит разрушит Землю, или уничтожит человечество, или даже сметет цивилизацию. Во‑вторых, возможно, недолго остается до того времени, когда предотвращение этих ударов станет возможным до нанесения бедственного удара.

Мы выдвигаемся в космос, в пределах века на орбите вокруг Земли и на Луне могут появиться астрономические обсерватории (Телескопы на спутниках уже появились). Без мешающей атмосферы астрономы в таких обсерваториях будут иметь возможность лучше видеть «пасущихся у Земли». Они смогут наблюдать эти опасные тела пристальнее, определять положение их орбит тщательнее. Это будет относиться и к тем «пасущимся у Земли», которые слишком малы, чтобы видеть их с земной поверхности, но достаточно велики, чтобы разрушить город, и вследствие их большого количества намного опаснее, чем настоящие гиганты.

Тогда, возможно, спустя сотню лет или через тысячу лет какой‑нибудь астроном оторвется от своего компьютера, чтобы сказать: «Орбита встречи!» И начнется контратака, ожидавшая этого момента в течение десятков лет или даже веков. Опасный камень будет выслежен, и при подходящем, заранее рассчитанном его положении в космосе будет послано мощное устройство для его перехвата и взрыва. Камень станет сиять, испаряться и превратится в булыжники. Земля не понесет никакого урона, самое худшее, что произойдет при этом, — Земля будет награждена впечатляющим метеорным ливнем.

А может быть и так, что каждый объект, который проявит малейшую склонность к сближению и который астрономы посчитают не представляющим научного интереса, будет уничтожен. И этот специфический вид бедствия никогда больше не заставит нас беспо‑коиться.

Катастрофа третьего класса предполагает гибель Земли как места обитания жизни в процессе, который не затрагивает Солнце. Как я только что сказал, о возможности такой катастрофы в результате вторжения из космоса, из‑за лунной орбиты, не следует беспокоиться. Это либо очень маловероятно, либо не настолько уж катастрофично, либо, в некоторых случаях, находится на грани предотвращения. Нам следует тут же спросить себя, а нет ли чего‑нибудь такого, что находится вовсе не за лунной орбитой, но, так сказать, внутри системы Земля‑Луна, и что может угрожать нам катастрофой третьего класса? Начнем тогда с того, что разберемся с Луной.

Из всех астрономических тел ощутимых размеров Луна намного ближе к Земле. Расстояние от Луны до Земли, от центра до центра — 384 404 километра. Если бы орбита Луны вокруг Земли была совершенно круглой, это расстояние было бы неизменно. Орбита, однако, слегка эллиптическая, а это означает, что наименьшее расстояние при приближении Луны к Земле — 356 394 километра, и наибольшее при ее удалении — 406 678 километров.

Расстояние от Луны до Земли — это 1/100 расстояния от Земли до Венеры, когда последняя находится ближе всего к Земле; или это 1/140 расстояния от Земли до Марса при его максимальном приближении. Ни один объект, кроме единожды наблюдавшегося астероида Гермес (он не более километра в поперечнике), не оказывался почти так же близко к Земле, как Луна.

Можно указать на близость Луны по‑другому: это единственное пока астрономическое тело, достаточно близкое для того, чтобы люди могли достичь его. Луна находится в трех днях пути от нас. Чтобы достичь Луны на ракете, требуется примерно столько же времени, сколько нужно, чтобы пересечь Соединенные Штаты по железной дороге.

Является ли необычайная близость Луны сама по себе опасностью? Может ли она по какой‑нибудь причине упасть и травмировать Землю? Если это произойдет, это будет намного катастрофичнее, чем любое столкновение с астероидом, ведь Луна — тело весьма ощутимых размеров. Ее диаметр 3476 километров, или немного меньше четверти диаметра Земли. Ее масса составляет 1/81 массы Земли и в 50 раз больше массы самого крупного астероида.

Если Луна упадет на Землю, последствия столкновения будут, безусловно, гибельными для жизни на нашей планете. В результате столкновения оба объекта могут разлететься на мелкие кусочки. К счастью, как я говорил мимоходом в предыдущей главе, нет ни малейшей возможности, чтобы это случилось, разве только в составе другой, большей катастрофы. Угловой момент нельзя устранить вдруг и полностью, кроме как переносом на какое‑то ощутимых размеров тело, приближающееся достаточно близко с соответствующего направления и с соответствующей скоростью. Шансы, что это случится, настолько ничтожны, что мы можем отбросить всякие страхи по этому поводу.

Нет необходимости опасаться и того, что с Луной случится что‑нибудь такое, что будет угрожать катастрофой Земле. Например, совершенно невероятно, что Луна взорвется и на нас обрушится ливень обломков. С геологической точки зрения Луна почти мертва, ее внутреннего тепла недостаточно, чтобы произвести какие‑либо действия, которые заметно изменили бы ее структуру или хотя бы ее поверхность.

В общем, мы с уверенностью можем считать, что Луна во многом будет оставаться такой, какая она сегодня, за исключением чрезвычайно медленных изменений, и что ее материальное тело не будет представлять для нас никакой опасности до тех пор, пока с течением времени Солнце не расширится в красный гигант, и как Луна, так и Земля будут разрушены.

Однако Луне нет надобности наносить Земле удар собой или своей частью для того, чтобы воздействовать на нас. Она оказывает гравитационное воздействие на нас через пространство, и воздействие сильное. Оно, собственно, второе по силе после гравитационного воздействия Солнца.

Гравитационное влияние любого астрономического объекта на Землю зависит от массы этого объекта, а масса Солнца в 27 миллионов раз больше массы Луны.

Гравитационное влияние, однако, уменьшается, как квадрат расстояния. Расстояние Солнца от Земли в 390 раз больше, чем Луны от Земли, а 390 х 390 = 152 000. Если мы разделим 27 000 000 на это число, мы получим, что гравитационное притяжение Солнца действует на Землю в 178 раз сильнее, чем лунное.

Несмотря на то, что сила лунного притяжения, действующая на нас, составляет только 0,56 процента от силы притяжения Солнца, это все‑таки намного больше, чем любое другое гравитационное воздействие на нас. Так, лунное притяжение в 106 раз больше, чем притяжение Юпитера, когда он расположен ближе всего, и в 167 раз больше, чем притяжение Венеры, когда она ближе всего. Гравитационное воздействие на Землю остальных астрономических объектов еще меньше.

Может ли гравитационное притяжение, когда оно столь велико по сравнению со всеми другими объектами, кроме Солнца, оказаться для нас источником катастрофы? На первый взгляд кажется, что нет, не может, ведь гравитационное притяжение Солнца намного сильнее, чем у Луны. И поскольку первое не вызывает у нас тревоги, то почему же должно беспокоить второе?

Отрицательный ответ был бы правильным, если бы астрономические тела реагировали на силу гравитации во всех точках одинаково. Но это не так. Давайте вернемся к вопросу приливо‑отливных эффектов, о которых я упомянул в предыдущей главе, и рассмотрим его более детально в отношении Луны.

Поверхность Земли, обращенная к Луне, находится на среднем расстоянии от центра Луны в 378 026 километров. Поверхность Земли на другой стороне от Луны дальше от центра Луны на толщину Земли и, следовательно, находится на расстоянии в 390 782 километра.

Сила притяжения Луны уменьшается, как квадрат расстояния. Если расстояние от центра Земли до центра Луны принять за 1, тогда расстояние от поверхности Земли, обращенной к Луне, составит 0,983, а расстояние от поверхности, обращенной прочь от Луны, составит 1,017.

Если сила притяжения поверхности Земли, обращенной к Луне, таким образом, 1,034, то сила притяжения поверхности Земли, обращенной прочь от Луны, составляет 0,966. Это означает, что притяжение Луной ближайшей поверхности Земли на 7 процентов сильнее, чем притяжение дальней поверхности Земли.

Результатом силы притяжения Луны, изменяющейся с расстоянием, является то, что Земля тянется к Луне. Сторона, находящаяся ближе к Луне, притягивается сильнее, чем центр, а центр, в свою очередь, притягивается сильнее, чем сторона, расположенная в сторону от Луны. В результате Земля деформируется с обеих сторон. Одна деформация — стороны, обращенной к Луне, происходит, так сказать, более энергично, чем остальной структуры Земли. Другая деформация — стороны, обращенной прочь от Луны, так сказать, отстает от всего остального.

Так как Земля состоит из неэластичного камня, который особенно не поддается даже большим усилиям, деформация в твердом теле Земли невелика, но она есть. Однако вода океана более податлива и деформируется сильнее, она «выпячивается» в направлении к Луне.

При вращении Земли континенты, оказываясь, так сказать, «под Луной», испытывают накат «выпяченной» воды. Вода по инерции набегает несколько выше береговой линии, затем отступает, происходят приливы и отливы. На противоположной, обращенной в сторону от Луны стороне Земли повернувшиеся туда континенты испытывают другую деформацию воды, через 12,5 часа происходит прилив, затем отлив. (Дополнительные полчаса набегают из‑за того, что Луна за это время продвигается на некоторое расстояние.) Таким образом происходят два прилива и два отлива в день.

Приливо‑отливный эффект, производимый на Земле любым телом, пропорционален его массе, но уменьшается, как расстояние в кубе. Солнце (повторим) в 27 миллионов раз массивнее Луны и в 390 раз дальше от Земли. 390 в кубе составляет около 59 300 000. Если мы поделим массу Солнца (соответственно Луны) на куб его расстояния от Земли (соответственно Луны), мы обнаружим, что приливо‑отливный эффект Солнца на Землю составляет лишь 0,46 от приливо‑отливного эффекта Луны.

Итак, Луна является основной причиной приливо‑отливного эффекта на Земле, а Солнце значительно уступает ей. Все другие астрономические тела вообще не производят измеримого приливо‑отливного эффекта на Землю.

Теперь нам следует спросить: не может ли существование приливов и отливов каким‑нибудь образом привести к катастрофе?

 

 

БОЛЕЕ ДЛИННЫЙ ДЕНЬ

 

Говорить о приливах‑отливах и о катастрофах, не переводя дыхания, по‑видимому, было бы странно. В человеческой истории приливы и отливы существовали всегда, и они были совершенно регулярны и предсказуемы. Они всегда были полезны. Так, корабли обычно отплывали с началом прилива, когда вода поднимала их высоко над любыми скрытыми препятствиями, а отступающая вода несла корабль в нужном ему направлении.

Приливы и отливы и в будущем могут стать полезными иным образом. Так, во время прилива вода может подняться в резервуар, из которого может выйти при отливе, вращая турбину. Приливы и отливы могут таким образом дать миру неиссякаемый источник энергии. При чем же тут катастрофа?

Так вот, когда Земля поворачивается и на сушу накатывается вспучившаяся вода, двигаясь на берег и с берега, вода должна преодолеть сопротивление трения, и не только на самом берегу, но и на тех участках морского дна, где океан, случается, бывает особенно мелководен. Часть энергии вращения Земли затрачивается на преодоление этого трения.

Когда Земля поворачивается, твердое тело планеты тоже деформируется, выпячиваясь в сторону Луны, и это выпячивание составляет примерно одну треть от выпячивания океана. Тем не менее выпячивание твердого тела Земли происходит за счет, так сказать, трения камня о камень, когда кора тянется кверху и опускается, и этот процесс повторяется снова и снова. Часть энергии вращения Земли затрачивается на это тоже. Конечно, энергия на самом деле не уничтожается. Она не исчезает, а превращается в тепло. Другими словами, в результате приливов и отливов Земля приобретает немножко тепла и немного теряет в скорости вращения. День становится длиннее.

Земля настолько массивна и вращается настолько быстро, что обладает огромным запасом энергии. Даже если большое количество энергии (большое по человеческим понятиям) затрачивается и превращается в тепло при преодолении приливо‑отливного трения, день удлиняется очень незначительно. Однако даже очень незначительное увеличение продолжительности дня имеет совокупный эффект.

Предположим, что мы начали с дня с его настоящей продолжительностью 86 400 секунд и что каждый год день будет в среднем на 1 секунду длиннее. По истечении 100 лет он станет длиннее на 100 секунд или 1,5 минуты. Невелика разница.

Предположим, тем не менее, что мы начнем век с часами, которые показывают правильное время. Ко второму году они будут по сравнению с Солнцем спешить на 1 секунду каждый день, к третьему году — на 2 секунды каждый день, к четвертому году — на 3 секунды каждый день и так далее. В конце века, когда число дней, если бы мы следовали за восходами и закатами, было бы 36 524, а наши часы зарегистрировали бы 36 534,8 наборов дней по 86 400 секунд. Короче, имея увеличение длительности дня только на 1 секунду в год, мы накапливаем ошибку почти в 11 дней всего за век.

Конечно, день на самом деле увеличивается значительно меньшими темпами.

В древние времена определенные затмения были зарегистрированы как имевшие место в определенное время дня. Пересчитывая назад, устанавливаем, что они должны были бы произойти в другое время. Расхождение является накопленным результатом очень медленного удлинения дня.

Можно, конечно, усомниться, что древние люди пользовались только самыми примитивными методами измерения времени, и вся их концепция регистрации времени отличалась от нашей. Было бы, следовательно, рискованным делать какие‑то выводы на основании того, что они говорили о времени затмений.

Однако в этом случае имеет значение не только время. Полное затмение Солнца можно видеть только с небольшого участка Земли. Если, скажем, затмение должно было произойти за час до расчетного времени, то Земля имела бы больше времени для поворота, и в умеренном поясе затмение произошло бы примерно на 1200 километров восточнее, чем указывают наши расчеты.

Даже если не доверять полностью тому, что говорят древние люди о времени затмения, мы можем быть уверены, что уж место‑то затмения они сообщают точно, а это скажет нам о том, что мы хотим знать. По их свидетельствам мы определим суммарную ошибку, а по ней и темп удлинения дня. Вот так и было установлено, что день на Земле удлиняется со скоростью 1 секунда за 62 500 лет.

Это можно представить себе чем угодно, только не катастрофой. День сейчас приблизительно на 1/14 секунды длиннее, чем во времена, когда строили пирамиды.

Несомненно, разница не так велика, чтобы с ней считаться, но исторические времена — это мгновение по сравнению с геологическими эрами. За миллион лет наращивается 16 секунд, а история Земли насчитывает много миллионов лет.

Рассмотрим ситуацию, какой она была 400 миллионов лет назад, когда жизнь, которая до того существовала почти 3 миллиарда лет, наконец стала выходить из воды на сушу. За последовавшие 400 миллионов лет день увеличился на 6400 секунд, если настоящий темп увеличения сохранялся все это время.

Значит, 400 миллионов лет назад день был на 6400 секунд короче, чем сейчас. Поскольку 6400 секунд — это примерно 1,8 часа, жизнь выползла на сушу в мир, в котором день составлял только 22,2 часа. Поскольку нет причин предполагать, что длительность года изменилась за этот период, это также означает, что в году было 395 тех, более коротких дней.

Это только расчет. А нельзя ли найти прямое свидетельство? Оказывается, существуют ископаемые кораллы, которые образовались примерно 400 миллионов лет назад. Такие кораллы растут в течение дня одним темпом, в течение ночи — другим, и одним темпом летом, другим — зимой. В результате на их поверхности остаются отметки, очень похожие на кольца деревьев, которые отмечают дни и ночи.

В 1963 году американский палеонтолог Джон Вест Уэллс тщательно изучил эти ископаемые кораллы и нашел около 400 тонких отметок на каждую грубую отметку. Это означает, что в те древние времена, 400 миллионов лет назад, в году было около 400 дней. А если так, то каждый день продолжался 21,9 часа.

Это довольно близко к расчетам. На удивление близко, поскольку есть причина полагать, что темп удлинения (или укорачивания, если идти вспять) не обязательно постоянен. Существуют факторы, меняющие темп, с которым теряется энергия вращения. Расстояние до Луны изменяется (как мы скоро увидим) со временем, то же самое происходит с очертаниями континентов, мелями в морях и так далее.

Однако предположим (шутки ради), что день удлинялся этим неизменным темпом всю историю Земли. В таком случае, как быстро вращалась Земля 4,6 миллиарда лет назад, когда она только что образовалась? Это легко подсчитать, полагая, что величина изменения длительности дня постоянна. Период вращения Земли при ее рождении был 3,6 часа.

То есть, конечно, не обязательно так. Более сложные расчеты показывают, что день при самой своей короткой продолжительности был около 5 часов. Но не исключено, что и Луна не сопровождала Землю с самого начала, что она была захвачена лишь некоторое время спустя после образования Земли, и приливо‑отливные явления начались менее чем 4,6 миллиарда лет назад, и, может быть, даже значительно менее. В таком случае день в начальные времена существования Земли был примерно 10 или даже 15 часов.

Пока мы еще не можем быть уверены. У нас нет прямого свидетельства о длительности дня в самые ранние периоды истории Земли.

Во всяком случае, более короткий день в далеком прошлом сам по себе не имеет большого значения для жизни. Определенное пятно на земной поверхности в течение короткого дня имело бы меньше времени разогреться и меньше времени остыть за короткую ночь. Следовательно, температура первобытной Земли имела тенденцию быть несколько более ровной, чем сейчас, и вполне очевидно, что живые организмы могли жить и жили при этом. Собственно, условия были даже более благоприятными для жизни, чем сейчас.

Что же, однако, насчет будущего и продолжающего удлиняться дня?

 

 

УДАЛЯЮЩАЯСЯ ЛУНА

 

Пройдут миллионы лет, и день будет все удлиняться, поскольку приливы и отливы никуда не денутся. Когда же это кончится? Мы можем получить представление об этом, если рассмотрим Луну, которая подвергается влиянию приливов и отливов Земли, когда Земля подвергается лунным.

Масса Земли в 81 раз больше, чем у Луны, так что, при прочих равных, ее приливо‑отливное влияние на Луну должно быть в 81 раз больше, чем влияние Луны на нас. Однако не все так просто. Луна меньше Земли, поперечник Луны немного больше четверти поперечника Земли. По этой причине гравитационное притяжение претерпевает меньшее падение от одной стороны Луны до другой, и это снижает приливо‑отливный эффект. Учитывая размер Луны, приливо‑отливное воздействие Земли на Луну в 32,5 раза больше, чем Луны на Землю.

Все же это означает, что Луна подвергается гораздо большим потерям, когда вращается, и поскольку масса ее значительно меньше, чем масса Земли, у нее для потери меньше энергии вращения. Период вращения Луны, следовательно, должен удлиняться гораздо большим темпом, чем у Земли, и сейчас он должен быть довольно большим.

Так оно и есть. Период вращения Луны относительно звезд сейчас 27,3 дня. Это оказывается равно периоду ее оборота вокруг Земли относительно звезд, так что Луна, когда вращается, всегда повернута к Земле одной своей стороной.

Это не случайность, не невероятное совпадение. Период вращения Луны рос до тех пор, пока не стал достаточно большим, так что Луна подставляла Земле всегда одну и ту же сторону. Как только это произошло, приливо‑отливная деформация всегда присутствует в одних и тех же точках на поверхности Луны, одна с видимой с Земли стороны направлена в сторону Земли, другая со стороны, никогда не видимой с Земли, направлена в сторону от Земли. Луна больше не вращается относительно этой приливо‑отливной деформации, и больше нет преобразования вращения в тепло. Луна, так сказать, гравитационно заперта на месте.

Раз вращение Земли замедляется, значит, в конечном счете она станет вращаться так медленно, что всегда будет направлена одной стороной в сторону Луны и тоже будет гравитационно заперта на месте.

Означает ли это, что Земля станет вращаться так медленно, что ее день будет по длительности 27,3 продолжительности настоящего дня? Нет, будет значительно хуже, и вот по какой причине: можно превратить энергию вращения в тепло, поскольку это вопрос превращения одного вида энергии в другой и не нарушает закон сохранения энергии. Однако вращающийся объект имеет также и угловой момент, который не может быть превращен в тепло. Он может быть только перенесен.

Если мы рассматриваем систему Земля‑Луна, то и Земля, и Луна — каждая обладает угловым моментом по двум причинам: каждая вращается вокруг своей оси и каждая оборачивается вокруг общего центра гравитации. Последний расположен на линии, соединяющей центр Луны и центр Земли. Если бы Земля и Луна были в точности равны по массе, то общий центр гравитации был бы расположен как раз на полпути между ними. Поскольку Земля более массивна, чем Луна, общий центр гравитации расположен ближе к центру Земли. Фактически, поскольку Земля в 81 раз массивнее Луны, общий центр гравитации в 81 раз дальше от центра Луны, чем от центра Земли.

Это означает, что общий центр гравитации расположен (если мы рассматриваем Луну на ее среднем расстоянии от Земли) в 4746 километрах от центра Земли и в 379 658 километрах от центра Луны. Общий центр гравитации находится, таким образом, в 1632 километрах ниже поверхности Земли на стороне, обращенной к Луне.

В то время как Луна описывает большой эллипс вокруг общего центра гравитации каждые 27,3 дня, центр Земли описывает гораздо меньший эллипс вокруг него в эти же самые 27,3 дня. Два тела движутся таким образом, что центр Луны и центр Земли всегда остаются на точно противоположных сторонах общего ц






Date: 2016-05-13; view: 171; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2020 year. (0.117 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию