25 июня 1985 года на борту станции «Салют-7» космонавт Владимир Джанибеков откручивал гайку-барашек — обычный крепёж с двумя ушками, какими фиксируют грузы при отправке на орбиту. Достаточно стукнуть по ушку, и барашек раскручивается сам. Джанибеков стукнул, гайка слетела со шпильки и поплыла по кабине, вращаясь как маленький пропеллер.
Он проводил её взглядом. Через 40 сантиметров гайка вдруг перевернулась на 180 градусов и полетела дальше — ушками назад. Ещё 40 сантиметров — снова кувырок. И опять. Без толчка. Без внешнего воздействия. Сама.
Джанибеков попробовал с другой гайкой. То же самое. Повторил с третьей — результат не изменился. Все барашки переворачивались на одном и том же расстоянии, через одинаковые промежутки времени.
Это был пятый космический полёт Джанибекова. К тому времени он стал самым опытным космонавтом СССР: 5 экспедиций, во всех в качестве командира корабля. Рекорд, который в следующие 30 лет только однажды повторили, но не превзошли. Его отправили спасать «Салют-7»: на станции было потеряно управление, внутри температура до минус пяти градусов и неконтролируемое вращение. Мёртвая глыба металла массой 20 тонн.
Джанибеков и бортинженер Виктор Савиных пристыковались к ней вручную, в темноте, без системы автоматической стыковки — её сняли, чтобы освободить место для дополнительных запасов кислорода и воды. Использовали лазерный дальномер и прибор ночного видения. Одна из сложнейших операций в истории пилотируемой космонавтики.
И вот после всего этого — гайка. Кувыркается сама по себе.
Пластилиновый эксперимент
Джанибеков доложил о наблюдении на Землю. Реакция начальства оказалась неожиданной: информацию засекретили. На десять лет.
Причина была в следующем эксперименте космонавта. Он не остановился на гайках. Взял пластилин, облепил барашек целиком, превратив его в шар, и запустил снова. Шар продолжал кувыркаться. Внутри - гайка со смещённым центром тяжести, снаружи - идеальная сфера. Точь-в-точь как планета с неравномерно распределённой массой под ровной корой.
Кто-то из учёных произнёс вслух: а что, если Земля может вот так же? Однажды взять и кувыркнуться на 180 градусов — Северный полюс на юг, Южный на север, океаны выплёскиваются из берегов, атмосфера срывается с места. Глобальная катастрофа без предупреждения.
Однозначного ответа тогда не было. На всякий случай засекретили. Лучше сначала разобраться, чем сеять панику среди населения.
Разбирались шесть лет. В 1991 году в англоязычном журнале по дифференциальным уравнениям вышла статья с объяснением. А если быть точнее, с напоминанием об объяснении, которое уже было за полтора века до Джанибекова.
Теорема возрастом почти 200 лет
В 1834 году французский математик Луи Пуансо опубликовал трактат «Новая теория вращения тел». Там он описал: когда твёрдое тело вращается вокруг так называемой промежуточной оси, момент инерции которой не максимальный и не минимальный, а средний, вращение становится нестабильным. Любое малейшее возмущение приводит к перевороту.
У гайки-барашка три оси вращения. Две устойчивые — с максимальным и минимальным моментом инерции. Третья — та самая промежуточная. Когда барашек крутится вокруг неё, центробежная сила постепенно раскачивает его. Раскачка накапливается, пока угол наклона не достигает критического значения — и тело совершает резкий кувырок. Затем снова раскачка, снова накопление, снова переворот.
Физики называют это «теоремой промежуточной оси» или «теоремой теннисной ракетки». Проверить легко: подбросьте ракетку, закрутив её вокруг оси, перпендикулярной ручке в плоскости обода. Ракетка совершит кувырок, и вы поймаете её противоположной стороной.
Эффект работает с любыми предметами: книгами, смартфонами, контейнерами из-под еды, у которых три оси имеют разные моменты инерции. NASA повторило эксперименты Джанибекова на Международной космической станции. Астронавты крутили в невесомости всё, что попадалось под руку.
Земля не перевернётся
Когда в середине 1990-х информацию раскрыли, конспирологи ухватились за неё с энтузиазмом. По интернету до сих пор гуляет информация, что Земля переворачивается каждые 12 тысяч лет. Вот откуда ледниковые периоды, вымирание мамонтов, гибель Атлантиды и всё остальное.
Физики остудили пыл. Земля — не гайка-барашек. У неё три принципиальных отличия.
Первое: центр тяжести планеты почти не смещён. Барашек асимметричен — одна сторона с ушками тяжелее другой. Земля близка к равновесному шару.
Второе: Земля вращается быстро. Один оборот за 24 часа создаёт мощный гироскопический эффект — планета стабильна как раскрученный волчок. Гайка в невесомости крутится медленно и потому нестабильна.
Третье и главное: внутри Земли — жидкое ядро и полужидкая мантия. Когда жидкость внутри вращающегося тела распределяется по стенкам, тело всегда переходит к вращению вокруг оси с максимальным моментом инерции — самой устойчивой из возможных. Земля «устаканилась» в этом положении за миллиарды лет эволюции.
Википедия формулирует прямо: «Спекуляции о возможном повороте оси вращения Земли необоснованны».
Где эффект на самом деле работает
Зато теорема Пуансо критически важна для конструкторов космических аппаратов. Ещё в начале 1960-х американский спутник на орбите начал вести себя как гайка Джанибекова — кувыркаться без видимых причин. Ось его вращения оказалась промежуточной.
С тех пор все спутники и станции рассчитывают с учётом этого эффекта. Ось вращения должна быть либо с максимальным, либо с минимальным моментом инерции — только так аппарат сохранит стабильную ориентацию.
Владимиру Джанибекову сейчас 82 года. В его честь названа малая планета № 3170. Он дважды Герой Советского Союза, пять раз награждён орденом Ленина, член Союза художников, автор эскизов советских и американских почтовых марок. В 2017 году по мотивам его миссии на «Салют-7» сняли художественный фильм.
А эффект, носящий его имя, был описан за 151 год до того, как космонавт открутил злополучный барашек. Закон Стиглера гласит: ни одно открытие не названо в честь первооткрывателя. Пуансо описал теорему в 1834-м. Джанибеков увидел её воочию в 1985-м. Называется — эффект Джанибекова.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ НА КАНАЛ И ОСТАВЛЯЙТЕ КОММЕНТАРИИ.
БУДЕМ РАДЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ - ЭТИМ МЫ РАСТЁМ. СОЗДАДИМ СТАБИЛЬНОЕ ВРАЩЕНИЕ!