Яков Перельман - Межпланетные путешествия. Полёты в мировое пространство и достижение небесных тел
Вот небольшой приборчик (см. черт.), помощью которого можно наглядно иллюстрировать это отталкивающее действие движущегося тела на опору. Миниатюрный заводной паровозик бегает по кольцеобразным рельсам, укрепленным на легкоподвижном столике. И можно прямо видеть при этом, как весь столик сам вращается в обратную сторону.
Игрушечный паровозик, иллюстрирующий отталкивательное действие движущегося тела на опору: когда паровозик бежит по рельсам, подвижная платформа вращается в обратную сторону.
Мы подошли, наконец, вплотную к интересующему нас вопросу. Вообразите, что по экватору или по параллельным кругам Земли с востока на запад совершается непрерывное перемещение грузов: мчатся поезда, плывут пароходы, течет вода в каналах и т. д. — все в одном и том же направлении. Как отразится это на вращении Земли? После всего сказанного ответ ясен. Земля сама вращается с запада на восток; перемещение грузов на запад должно сообщить ей добавочное вращение в восточную сторону; следовательно, Земля будет вращаться быстрее. Значит, мы можем сократить продолжительность суток! Теоретически, как видите, это вполне в нашей власти; практически же осуществить это трудно по многим причинам, и прежде всего за недостатком времени. Масса тех паровозов, пароходов и той воды, которые будут перемещаться по земной поверхности, так мала по сравнению с колоссальной массой земного шара, что пройдут тысячи веков, прежде чем длина суток изменится на ничтожную долю секунды. А ведь нам нужно сократить сутки в 17 раз!
Впрочем, если бы выполнение подобного проекта и оказалось по силам человечеству, то, вращаясь столь быстро, земной шар под действием огромной центробежной силы расплющился бы в диск (в плоскости своего экватора), а, быть-может, даже еще ранее разлетелся бы на части, как черезчур быстро заверченный жернов[9].
Возможность путешествовать в межзвездных пространствах была бы приобретена слишком дорогой ценой…
VI
Вопреки тяжести. — На волнах света
Из трех мыслимых способов борьбы с тяготением мы рассмотрели и отвергли два: способ защиты от тяготения и способ ослабления земной тяжести. Мы убедились, что ни тот, ни другой не дают человечеству надежды успешно разрешить заманчивую проблему межпланетных полетов. Бесплодны всякие попытки укрыться от силы тяготения; безнадежно стремление ослабить напряжение тяжести. Остается одно: искать средство преодолеть тяготение и покинуть нашу планету вопреки ее притяжению.
Проектов подобного рода существует несколько. Для умов, практически настроенных, они, без сомнения, интереснее всяких других, так как их авторы не измышляют никаких фантастических веществ, в роде „экрана тяготения", не предлагают ни переделать земной шар, ни изменить скорость его вращения. Забегая вперед, я позволяю себе заинтриговать нетерпеливого читателя сообщением, что один из проектов типа: „вопреки тяжести" имеет шансы осуществиться в более или менее недалеком будущем.
Световое давление
Самый юный проект рассматриваемой категории предлагает воспользоваться для межпланетных перелетов давлением световых лучей. Лицам, мало знакомым с физикой, должно казаться невероятным, чтобы нежные, невесомые лучи света могли оказывать давление на озаряемые ими предметы. Между тем, одной из величайших заслуг безвременно скончавшегося гениального русского физика П. Н. Лебедева было то, что он доказал на опыте существование отталкивающей силы лучей света. Свет есть явление волнообразное, а всякая волнующаяся среда оказывает давление на встречаемую преграду.
В посмертной работе своей о световом давлении проф. П. Н. Лебедев писал:
„Давление волнующейся жидкости на препятствия, задерживающие распространение волн, легко наблюдать, если во время купания (в ванне или в пруде) ритмическим движением руки возбуждать волны и заставлять их отражаться от плавающего тела (бруска дерева): как только волны дойдут до бруска и начнут от него отражаться, так тотчас же брусок начинает двигаться с заметною скоростью в направлении распространения волн. Если на поверхности воды плавают мелкие предметы (например, опилки), которые волн не задерживают, то легко видеть, что волны двигают их вверх и вниз, но не увлекают с собою, и что, следовательно, движение плавающего тела обусловлено только силами падающих на него волн, а не движением самой жидкости".
Всякое светящееся тело — будь то свеча на вашем столе, электрическая лампа, раскаленное солнце или даже темное тело, испускающее невидимые лучи — давит своими лучами на озаряемые им тела. П. Н. Лебедеву удалось измерить силу давления, оказываемого солнечными лучами на освещаемые ими земные предметы: в мерах веса она составляет около ½ миллиграмма для площади в квадратный метр. Если умножить полмиллиграмма на число квадратных метров озаряемой Солнцем половины земного шара, мы получим весьма внушительный груз: 3½ миллиона пудов!
Такова величина силы, с которой Солнце давлением своих лучей постоянно отталкивает нашу планету. Взятая сама по себе, эта сила огромна; она подавляет воображение. Но в мире все относительно, и если сравнить ее с величиною солнечного притяжения, то окажется, что сила в 3½ миллиона пудов не может иметь ни малейшего влияния на движение земного шара, ибо она в 60 биллионов раз слабее силы солнечного притяжения! Далекий Сириус, от которого свет странствует к нам 10 лет, притягивает Землю с гораздо большею силою — 600 миллионов пудов — между тем планета наша словно не чувствует этого!
Однако, чем меньше тело, тем большую долю силы притяжения составляет сила светового давления. И вы поймете, почему это, если вспомните, что притяжение пропорционально массе тела, световое же давление пропорционально его поверхности. Уменьшите мысленно земной шар так, чтобы поперечник его стал вдвое меньше. Объем, а следовательно и масса Земли уменьшатся в 2 X 2 X 2 = 8 раз, поверхность же уменьшится лишь в 2 X 2 = 4 раза; притяжение ослабеет в 8 раз — пропорционально уменьшению массы; световое же давление уменьшится соответственно поверхности, т.-е. всего лишь в 4 раза. Вы видите, что притяжение ослабело более значительно, чем световое давление. Уменьшите Землю еще вдвое — получится снова выгода в пользу светового давления.
Если вы будете продолжать и далее такое уменьшение, т.-е. будете достаточно долго длить это неравное состязание кубов с квадратами, то неизбежно дойдете до таких мелких частиц, для которых световое давление, наконец, сравняется с притяжением. Подобная частица не будет уже притягиваться Солнцем — притяжение уничтожится равным отталкиванием. Вычислено, что для шарика плотности воды это должно иметь место в том случае, если поперечник его равен ½ миллионной доли миллиметра.
Солнечное притяжение и солнечное отталкивание
Легко понять, что если подобный шарик будет еще меньше, то сила светового отталкивания превзойдет силу притяжения — и крупинка будет уже стремиться не к Солнцу, а от Солнца. Чем меньше крупинка, тем сильнее должна она отталкиваться от Солнца. Перевес силы давления над тяготением, конечно, выражается ничтожной дробью, но и ничтожность — понятие относительное. Масса той пылинки, которую движет эта сила, также ведь чрезвычайно мала; и мы не должны удивляться тому, что маленькая сила весьма маленькой массе сообщает огромную окорость — десятки, сотни и тысячи верст в секунду… Читатель узнает ниже, что достаточно сообщить телу секундную скорость в десять верст, чтобы отослать его с земной поверхности в межпланетное пространство. Значит, если ничтожная земная пылинка очутится почему-либо за пределами атмосферы, она тотчас же будет подхвачена световым давлением и увлечется им в мировое пространство, навсегда покинув породившую ее Землю. „Она будет мчаться с возрастающей скоростью все далее и далее к окраинам нашей планетной системы, пересекая орбиты Марса, астероидов, Юпитера и т. д. При скорости 500 верст в секунду микроскопическая пылинка в одни сутки пролетит путь, равный поперечнику земной орбиты; а через две недели она будет уже у крайней границы солнечной системы.
Два американских ученых, Никольс и Гулл, изучавшие этот вопрос одновременно с П. Н. Лебедевым, произвели следующий чрезвычайно поучительный опыт. В абсолютно пустую стеклянную трубку, имеющую перехват, как в песочных часах, они насыпали смесь прокаленных грибных спор и наждачного порошка. Прокаленные и, следовательно, превращенные в уголь грибные споры необычайно малы и легки: они не более 0,002 миллиметра в поперечнике и в десять раз легче воды. Поэтому, если направить на них сильный свет, сосредоточенный помощью зажигательного стекла[10], то можно ожидать, что эти пылинки будут отталкиваться световыми лучами. Так действительно и происходило в опыте: когда смесь пересыпалась сквозь шейку перехвата, то направленный сюда свет (вольтовой дуги) отталкивал угольные пылинки, межу тем как более тяжелые частицы наждачного порошка падали отвесно.
