На пути открытия и покорения космического пространства человечество сделало очень многое. Развитие астрономии с древнейших времен до наших дней и становление физической картины мира оказалось возможным благодаря выдающимся астрономам древности – Аристотелю, Аристарху и Эратсофену, Гиппарху и Птолемею, Ас-Суфи, Улугбеку и многим другим.
Так, астроном из Персии Ас-Суфи (903-998) еще тысячу лет назад открыл туманность Андромеды. Ему принадлежит «Книга неподвижных звезд», содержащая рисунки созвездий с фигурами восточных героев. А венцом античной астрономии является деятельность гения александрийской школы II века н. э. Клавдия Птолемея. Его основной труд «Великое математическое построение астрономии в тринадцати книгах» - уникальная энциклопедия астрономических, математических и географических знаний Древнего мира. Арабские ученые не зря назвали его книгу «Альмагест», что значит «Величайшая книга». В «Альмагесте» содержались таблицы положений звезд по каталогу Гиппарха, были изложены основы планиметрии и тригонометрии, а также приведены географические карты и известные к тому времени сведения о Земле.
О том, как велись астрономические наблюдения до эпохи телескопов, могут рассказать знаменитые постройки древности: Стоунхендж, Большие пирамиды майя, древняя обсерватория в Пекине и другие сооружения. Они использовались для определения положений небесных светил относительно горизонта и северного полюса неба.
Утверждение гелиоцентрической картины мира связано с великими именами ученых эпохи Возрождения: Коперник, Бруно, Галилей, Кеплер. Иоганн Кеплер является автором геометрической модели Солнечной системы, которая была изложена им в книге «Предвестник космографических исследований, содержащий космографическую тайну» еще в 1596 году.
Основоположником селенографии, т. е. описания Луны, был Ян Гевелий. Ему принадлежит авторство в создании первых точных карт лунной поверхности. По примеру Гевелия темные по тону области лунного диска назвали «морями». Так на лунной карте появились Море Дождей, Море Спокойствия, Море Нектара. Светлые области назывались «материками».
Один из величайших гениев человечества – Исаак Ньютон, исходя из законов Кеплера и принципа инерции Галилея, сделал вывод, что планеты не нуждаются в силе, двигающей их вперед. Наоборот, им нужна сила, которая искривляет траектории, делая их замкнутыми. Так была найдена сила тяготения, возникающая между массивными телами, одна из самых главных сил во Вселенной. А затем был сформулирован и универсальный закон тяготения.
Начало телескопической эры в астрономии приходится на XVII век, когда в 1607 году Галилео Галилей подобрал линзы и сделал трубу, дающую 3-х кратное увеличение. Он впервые направил ее в небо.
Одним из известных наблюдателей Парижской обсерватории был Шарль Мессье – французский астроном, автор одного из самых популярных каталогов небесных объектов. Все объекты из этого каталога встречаются с литерой «М», снабженной каталожным номером. Так, знаменитая туманность Андромеды значится под символом М31.
КОНСТАНТИН ЦИОЛКОВСКИЙ
Говоря о российской, советской космонавтике, невозможно обойти вниманием и великого Константина Эдуардовича Циолковского. История его жизни и научных достижений просто уникальна. Константин Циолковский родился 17 сентября 1857 года в селе Ижевское Рязанской области. В десятилетнем возрасте он тяжело переболел скарлатиной. Мальчик остался жив, но получил осложнение на слух. Со второго класса Костя вынужден был оставить школу и заняться самообразованием. «Книг было мало, и я погружался в собственные мысли. Я не останавливаясь думал», - напишет он позже. В дальнейшем он преподавал в уездном училище г. Боровска и в Калуге, где прожил всю оставшуюся жизнь. Но сила разума уносила его в необъятную безграничность космического пространства, которое Циолковский всю жизнь пытался постичь.
Его исследования впервые показали возможность достижения космических скоростей, доказав осуществимость межпланетных полётов. Он первым изучил вопрос о ракете и высказал идею создания околоземных станций как искусственных поселений, использующих энергию Солнца; рассмотрел медико-биологические проблемы, возникающие при длительных космических полетах. Циолковский – автор более 400 работ по самым различным областям знаний. Труды К. Э. Циолковского необычайно разнообразны и включают в себя работы по вопросам аэродинамики; труды по реактивным летательным аппаратам; работы по цельнометаллическим дирижаблям; по увеличению энергии тепловых двигателей и различным вопросам прикладной механики; сочинения по астрономии, геофизике, биологии, строению вещества и другим проблемам. Среди его работ не только труды по космонавтике и науке, но также ряд художественных произведений.
В 1883 году была написана одна из самых ранних работ Циолковского по воздухоплаванию и аэродинамике. В рукописи «Свободное пространство» были рассмотрены явления, происходящие в среде, где силы тяготения и сопротивления почти не действуют. Впервые рукопись была опубликована в 1954 году.
В 1887 году Циолковский написал небольшую повесть «На Луне» - своё первое научно-фантастическое произведение. Повесть во многом продолжает традиции «Свободного пространства», но облечена в более художественную форму, имеет законченный сюжет. Два безымянных героя — автор и его друг физик — неожиданно попадают на Луну. Главной задачей произведения является описание впечатлений наблюдателя, находящегося на её поверхности. Казалось, тот самый «маленький шажок для человека и огромный скачок для человечества» простой учитель совершил более чем за 80 лет до его воплощения – высадки «Аполлона».
Кроме лунного пейзажа Циолковский описывает вид неба и светил (включая Землю), наблюдаемых с поверхности Луны. Им подробно проанализированы следствия малой силы тяжести, отсутствия атмосферы, других особенностей Луны (скорости вращения вокруг Земли и Солнца, постоянной ориентации относительно Земли). Циолковский словно наяву «наблюдает» солнечное затмение, когда диск Солнца полностью скрывается Землёй. Также в повести рассказывается о предполагаемом поведении газов и жидкостей, измерительных приборов. Описаны особенности физических явлений: нагрева и охлаждения поверхностей, испарения и кипения жидкостей, горения и взрывов. Циолковский делает ряд намеренных допущений для того, чтобы продемонстрировать лунные реалии. Так, герои, оказавшись на Луне, обходятся без воздуха, они не испытывают неудобств, находясь на поверхности Луны. Повесть «На Луне» впервые была опубликована в приложении к журналу «Вокруг света» в 1893 году, затем неоднократно переиздавалась в советское время. В честь Циолковского, так подробно описавшего лунный пейзаж, был назван кратер на обратной стороне Луны.
В 1891 году в статье «К вопросу о летании посредством крыльев» Циолковский обратился к новой и мало изученной области летательных аппаратов тяжелее воздуха. Продолжая работу над данной темой, он пришёл к идее постройки аэроплана с металлическим каркасом. Затем в сочинении «Теория и опыт аэростата» (1892 г.) Циолковский впервые дал научно-техническое обоснование создания управляемого дирижабля с металлической оболочкой. Слова «дирижабль» в то время и вовсе не существовало, а аэростаты имели небольшие объемы, купол их изготавливали из прорезиненной ткани, которая быстро изнашивалась и выпускала взрывоопасный водород. Циолковский первым предложил совершенно новую и оригинальную идею аэростата с тонкой металлической оболочкой с гофрированными боковинами, которая позволила бы сохранять постоянную подъёмную силу при различной высоте полёта и температуре атмосферного воздуха. Кроме того, такая оболочка была крайне прочной. Вместо водорода ученый предложил использовать нагретый воздух.
Циолковский систематически занимался теорией движения реактивных аппаратов. Мысли об использовании ракетного принципа в космосе высказывались Циолковским ещё в 1883 году, однако строгая теория реактивного движения изложена им в 1896 году. В 1903 г. в журнале «Научное обозрение» была напечатана статья К. Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой он, опираясь на простейшие законы теоретической механики (закон сохранения количества движения и закон независимости действия сил), разработал основы теории реактивного движения и провёл теоретическое исследование прямолинейных движений ракеты, обосновав возможность применения реактивных аппаратов для межпланетных сообщений.
В 1911 году была опубликована вторая часть труда «Исследование мировых пространств реактивными приборами», где Циолковский вычисляет работу по преодолению силы земного тяготения, определяет скорость, необходимую для выхода аппарата в Солнечную систему («вторая космическая скорость») и время полета. Один из пионеров советской космонавтики, профессор М. К. Тихонравов, обсуждая вклад К. Э. Циолковского в теоретическую космонавтику, писал, что его труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами» можно назвать почти всеобъемлющим. Циолковский выдвинул ряд идей, которые нашли применение в ракетостроении. Им предложены: газовые рули (из графита) для управления полётом ракеты и изменения траектории движения её центра масс; использование компонентов топлива для охлаждения внешней оболочки космического аппарата (во время входа в атмосферу Земли), стенок камеры сгорания и сопла; насосная система подачи компонентов топлива и др.
В 1927 году в небольшой брошюре «Сопротивление воздуха и скорый поезд» Циолковский опубликовал теорию и схему поезда на воздушной подушке:
«Трение поезда почти уничтожается избытком воздуха, находящегося между полом вагона и плотно прилегающим к нему железнодорожным полотном. Необходима работа для накачивания воздуха, который непрерывно утекает по краям щели между вагоном и путем. Она велика, между тем как подъемная сила поезда может быть громадна. Так, если сверхдавление в одну десятую атмосферы, то на каждый квадратный метр основания вагона придется подъемная сила в одну тонну. Это в 5 раз больше, чем необходимо для легких вагонов. Не нужно, конечно, колес и смазки. Тяга поддерживается задним движением вырывающегося из отверстия вагона воздуха. Работа накачивания тут также довольно умеренна (если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму птицы или рыбы), является возможность получать огромные скорости», - писал Циолковский.
Эта теория легла в основу создания транспорта на воздушной подушке, реализованной спустя многие годы.
В 1929 году Циолковский издает новую книгу – «Космические ракетные поезда». «Ракетные поезда» Циолковского – это комплексы ракет, которые по мере отработки топлива сбрасываются на землю. Ученый предположил, что благодаря такому принципу к моменту отсоединения последней ракеты скорость поезда будет позволять ему унестись в космос. В 1935 году в своей работе «Наибольшая скорость ракеты» Константин Эдуардович доказал, что при уровне технологии того времени достичь первой космической скорости (на Земле) можно только с помощью многоступенчатой ракеты. Это утверждение остается верным до сих пор, но проверить на практике теорию Циолковского смогли только в 1944 году, когда были запущены немецкие ракеты «Фау-2», совершившие суборбитальный космический полёт.
Со дня рождения Константина Эдуардовича Циолковского прошло уже 160 лет, и за эти годы человечество совершило небывалый скачок в развитии космонавтики и положило начало новой эре человечества – космической. Космонавтика прошла путь от простейшего спутника до Международной космической станции, от первых снимков обратной стороны Луны до комплексных исследований системы Плутона на краю Солнечной системы. Циолковский обосновал всю ракетную технику (в том числе реактивную авиацию) и предвосхитил многие современные достижения в освоении космического пространства. Запуск ракет-носителей в космическое пространство – ключевой элемент космической деятельности. Именно в запуске ракеты сосредоточены все научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы, проведение испытаний и производство космической техники. И все это стало возможным благодаря К. Э. Циолковскому, который придумал ракету, открывшую людям путь к звёздам.
ОТЕЧЕСТВЕННАЯ КОСМОНАВТИКА
Отечественная космонавтика – это гордость нашей страны. Ее достижения пополнили копилку книги рекордов Гиннеса многими выдающимися событиями. Вот лишь некоторые из них:
Первая научная теория космических полетов. 1903 год - Константином Эдуардовичем Циолковским опубликована книга «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в которой изложены научные основы ракетно-космической техники.
Первый искусственный спутник. 4 октября 1957 года был запущен первый «Спутник», который оставался на околоземной орбите до 4 января 1958 года. Диаметр спутника 58 см, вес 83,6 кг, свою орбиту, имевшую перигей 228 км и апогей 947 км, он проходил за 96,17 мин со скоростью 28160 км/час.
Первая искусственная планета. 2 января 1959 года запущен зонд «Луна-1», который прошел на расстоянии около 6 000 км от Луны, передал данные и изображения и, продолжив путь, вышел на орбиту вокруг Солнца.
Первый космонавт. 12 апреля 1961 года на борту корабля «Восток» Юрий Гагарин (09.03.1934-27.03.1968) за 108 мин облетел вокруг Земли по орбите, имеющей 181 км в перигее и 327 км в апогее. Юрий Гагарин - первый в мире космонавт, трагически ушедший от нас. Прожил он недолгую, но очень яркую и значимую жизнь.
Первый экипаж на орбите. 12 октября 1964 года выведен на орбиту корабль «Восход-1» с тремя космонавтами на борту: врачом Борисом Егоровым, инженером Константином Феоктистовым и полковником Владимиром Комаровым.
Самый продолжительный полет. 21 декабря 1987 года на корабле «Союз-ТМ-4» Муса Макаров и Владимир Титов стартовали к станции «Мир», уже находящейся на орбите, и вернулись на Землю через 365 сут. 22 ч 39 мин.
ВСТРЕЧИ С НЛО
Как известно, у каждого космонавта неизменно спрашивают о встречах с НЛО. И хотя космонавты об НЛО говорят нечасто, многие из них верят, что разумная жизнь есть не только на нашей планете. Космонавт Георгий Михайлович Гречко поделился своим мнением по этому вопросу:
«Гипотеза о возможности других цивилизаций относится к серии «веришь – не веришь». Я, к примеру, считаю, что другие цивилизации есть, и верю в возможность встречи с разумными существами иных миров».
Советский космонавт Петр Ильич Климук поддержал коллегу:
«Я уверен, что существуют другие разумные существа, кроме человека. Посмотрите на небо, ведь каждая звезда – это солнце. И многие из них, вероятно, имеют свои планетарные системы. А законы материи едины и, возможно, где-нибудь есть планеты, во всем схожие с нашей Землей. Так неужели на них нет жизни? Конечно, есть. И, конечно, есть разум».Циолковский также отстаивал идею разнообразия форм жизни во Вселенной, являлся первым теоретиком и пропагандистом освоения человеком космического пространства. Целью общественного развития К. Э. Циолковский считал бесконечное развитие человека и человеческого общества, спасение человечества после истощения земных ресурсов и остывания нашего Солнца, освоение космоса. Все аспекты человеческой жизни рассматриваются им с точки зрения соответствия этой цели.
В статье «Планеты заселены живыми существами» К. Э. Циолковский рассуждает:
«В известной вселенной можно насчитать миллион миллиардов солнц. Стало быть, мы имеем столько же планет, сходных с Землей. Невероятно отрицать на них жизнь. Если она зародилась на Земле, то почему же не появится при тех же условиях на сходных с Землей планетах? Их может быть меньше числа солнц, но все же они должны быть. Можно отрицать жизнь на 50, 70, 90 процентах всех этих планет, но на всех - это совершенно невозможно. На чём основано отрицание разумных планетных существ вселенной? Нам говорят: если бы они были, то посетили бы Землю. Мой ответ: может быть, и посетят, но не настало ещё для того время. Должно прийти время, когда средняя степень развития человечества окажется достаточной для посещения нас небесными жителями...».
СОВРЕМЕННОЕ ИЗУЧЕНИЕ КОСМОСА
После 1940-х годов дальнейшее изучение Космоса требовало совершенствования астрономической техники. Необходимы были новые мощные телескопы. После Второй мировой войны выдающийся астроном Эдвин Пауэлл Хаббл возглавил работу по строительству телескопа диаметром 5 м. Первые снимки звезд на нем были получены в 1949 году. Изучая спектральные наблюдения лучевых скоростей далеких туманностей, Хаббл сформулировал по красному смещению линий в спектрах закон о скорости убегания галактик, который математически доказывал расширение Вселенной. Позже Закон Хаббла лег в основу теории Большого Взрыва.
Будущий преемник телескопа Хаббла – NGST - телескоп имени Джеймса Уэббла. Он сможет собирать в 10 раз больше света, чем телескоп Хаббла, и будет оборудован сверхчувствительной инфракрасной приемной техникой.
Современные телескопы – это настоящие обсерватории в космосе. Так, солнечная обсерватория SOHO функционирует на расстоянии 1500000 км от Земли. Международная космическая станция; космические телескопы GALEX, Чандра, Вояджер, Стардаст; орбитальный телескоп Кеплер, космический астрометрический телескоп ГИППАРХ и другие телескопы помогают лучше увидеть глубины Вселенной.
Одна из молодых ветвей в астрономии – это нейтринная астрономия. Ученые надеются, что с ее помощью можно будет косвенно изучать сложные процессы, например, жизнь солнечного ядра, наблюдать новые физические явления. Нейтрино слишком мало, не имеет ни массы, ни заряда. Его можно обнаружить по излучению, которое возникает при столкновении с мюонами. Эта реакция используется в современных нейтринных детекторах. Эти емкости для поимки нейтрино представляют собой гигантские резервуары, размещаемые глубоко под землей и заполняемые очищенной водой или другими специальными субстанциями. В Европе нейтринный детектор расположен под Альпами. Нейтринная обсерватория Московского института ядерных исследований РАН функционирует на Кавказе – в недрах Эльбруса.
Одними из самых интереснейших объектов Космоса являются звезды. Основная масса вещества Вселенной заключена именно в звездах, которые являются мощными источниками энергии во всех диапазонах излучений. Невообразимо велики расстояния между звездами. В галактике средних размеров, такой как наш Млечный Путь, содержится 100-200 млрд. звезд.
Звезды – самые первые объекты во Вселенной. Современные компьютерные модели эволюции нашего мира говорят нам, что звезды образуются раньше галактик, поэтому самый первый свет, который возник во Вселенной, - это звездный свет.
Одни из самых интересных космических объектов – это нейтронные звезды. Для описания нейтронных звезд нужны три фундаментальные теории:
- Специальная теория относительности;
- Общая теория относительности;
- Квантовая механика.
Интересно, что существование нейтронных звезд было предсказано еще в 30-е годы XX века. Лев Ландау написал статью, в которой высказал предположение о существовании сверхплотных звездных конфигураций с плотностью порядка ядерной. Настоящее откровение случилось в 1934 году, когда Вальтер Бааде и Фриц Цвикки опубликовали заметку, в которой сумели правильно предвидеть, что нейтронные звезды рождаются в результате вспышек сверхновых, и их можно обнаружить в остатках этих взрывов.
В процессе эволюции звезд появляются туманности и скопления. Эти газовые слои будут светиться в течение десятков тысяч лет. Современные телескопы позволяют сделать красивейшие снимки этих удивительных объектов.
Не устают изумлять астрономов и такие космические объекты, как квазары – самые мощные источники энергии в космосе. Квазары имеют разные формы, есть квазары, создаваемые облаками релятивистских частиц или областями сверхвысоких излучений по обе стороны галактических ядер. Впервые квазары были обнаружены как радиоисточники со сверхвысоким красным смещением. Почти всегда свет квазаров указывает на наличие черной дыры. Последняя создана материей, которая лишается структуры вследствие гигантской скорости вращения этого водоворота. Быстро вращающийся вихрь втягивает в себя все возможное и не выпускает наружу даже фотоны, отчего и приобретает вид черной дыры.
Проникнуть вглубь материи современным ученым помогает Большой адронный коллайдер (БАК) – ускоритель частиц, расположенный в шахте на глубине от 50 до 175 м, имеющий круговую форму с длиной окружности 26,7 км. Для физиков проблема происхождения материи, ее массы – самая важная. Английский физик Питер Хиггс предложил для ее решения свою теорию. Согласно этой теории, после Большого Взрыва все пространство было заполнено «хиггсовыми» полями и кварк-глюонной плазмой. Кварки приобретают массы посредством взаимодействия с этими полями. При этом рождаются частицы с разными массами. Если новая частица – бозон Хиггса – в реальности существовала, то ее смогут обнаружить с помощью опытов на Большом адронном коллайдере, где создаются условия, приближенные к условиям Большого взрыва. 5 июня 2012 года на одном из трех детекторов БАКа были зарегистрированы первые бозоны Хиггса.
Сегодня очень многие ученые видят будущее человечества на Марсе. Но чтобы совершить эту экспедицию, полет на Марс, людям нужно спроектировать полностью новый флот космических кораблей. Когда все это станет возможным – покажет только Время.
На протяжении всей истории человечества люди пытаются постичь Космос. Космологические исследования – основа познания прошлого, настоящего и будущего Вселенной. Астрономические объекты дают нам уникальный шанс исследовать вещество в экстремальных условиях, которые на Земле недоступны. Это особенно важно при построении новых научных теорий – уметь заранее предвидеть параметры и последствия научных испытаний на Земле. И здесь огромную роль играют моральные, нравственные качества космонавтов и исследователей космоса, ведь на них лежит огромная ответственность перед человечеством.
МОРАЛЬНЫЕ КАЧЕСТВА КОСМОНАВТОВ
Известно, что летчиком и космонавтом может быть не каждый человек. И дело не только в физической форме. Настоящий космонавт должен обладать высокими моральными, нравственными ценностями. Так, Марина Лаврентьевна Попович – летчик-испытатель, рассказывает, что ее командир Николай Петрович Каманин всегда говорил своим подопечным:
«Запомните пять нравственных правил. Каждый человек должен быть безупречным, честным, ответственным, добрым и смелым».
А сколько всевозможных испытаний ожидает тех, кто готовится стать космонавтом! Одно из самых жестких испытаний будущих космонавтов – испытание тишиной. Провести много дней в замкнутом пространстве, куда не проходит ни один звук, оказывается невероятно тяжело. И, несмотря на большую любовь к космосу, психологически полет переносится тяжело. Космонавт Александр Александров писал в своем дневнике:
«Месяцы и месяцы одно и то же, все та же головная боль, все то же одиночество. Целыми неделями мы ждем телевизионную связь с Землей, возможность поговорить с родными и близкими».
Юрий Алексеевич Гагарин также отмечал:
«Иногда нас спрашивают: зачем нужна такая напряженная работа? Зачем мы работаем так, зная, что работаем на износ? Но разве люди, перед которыми поставлена важная задача, большая цель, разве они будут думать о себе? Настоящий человек, настоящий патриот, никогда об этом не подумает. Главное – выполнить задание».
Космонавты – такие же люди, как и мы с вами, но возможность видеть нашу планету из Космоса позволяет им лучше понять, что человечество едино и должно жить мирно и счастливо на такой маленькой и хрупкой планете, как Земля.
Несмотря на близость к звездам, у космонавтов не бывает такого заболевания, как «звездная болезнь», потому что, как сказал румынский космонавт Думитру Прунариу:
«После космического полета у человека меняется мировоззрение. Наверное, вместе с новым мышлением вырабатывается иммунитет к «звездной болезни».
Так и есть – люди, побывавшие в космосе, отличаются простотой в общении, внутренним спокойствием, особенной нежностью и любовью к Земле. Космос действительно делает людей лучше!
С Днем космонавтики!
Резник Марина Васильевна, главный библиотекарь отдела городского абонемента