7.1. Про Меркурий
Есть такая книга – «Астрономия за 30 секунд»[27]. Можно ли познакомиться с астрономией за полминуты, я уверен, вы и сами догадываетесь. Впрочем, название книги лукавит; ее подзаголовок более точен. В общем, перед нами миниатюрная энциклопедия для тех, кому некогда. Например, биографии великих ученых на полях книги читаются на одном выдохе – каждая за три секунды! Впрочем, коллектив авторов серьезный, это настоящие астрономы и астрофизики.
А вот как источник для задач по астрономии она вполне годится. Например, в ней мы находим утверждение о Меркурии:
Смен времен года там нет, а диапазон температуры самый большой во всей Солнечной системе: от 400 °C в полдень на экваторе до –200 °C на полюсах ночью[28].
Верно ли, что на Меркурии нет смены времен года? Что можно сказать по поводу дня и ночи на его полюсах?
7.2. Попятное движение
Все большие планеты Солнечной системы в противостоянии имеют попятное движение на небе. Может ли небесное тело не демонстрировать попятное движение в эпоху противостояния?
7.3. Куда ползла Венера?
Вот что написано в одной книге почтенного астронома:
Всем известно замечательное открытие Михаилом Ломоносовым атмосферы Венеры в процессе ее транзита по диску Солнца – ближайшей к нам звезды. 6 июня (26 мая) 1761 г. ближайшая к Земле планета Венера встала ровно между нами и Солнцем. В результате земляне могли наблюдать ночную сторону соседки как темное круглое пятнышко на ярком диске Солнца. Тем временем планета Венера, двигаясь быстрее и обгоняя Землю, небольшим черным отверстием ползла по диску в восточном направлении. Именно это событие наблюдали десятки астрономов Европы[29].
Вы согласны с описанием этого астрономического явления?
7.4. Родная планета
В рассказе Валентины Журавлевой «Голубая планета» дело происходит на Марсе:
…небо было безоблачным. И над самым горизонтом я увидел двойную зеленоватую, очень яркую звезду. Да, это была Земля. Земля и Луна[30].
Мог ли космонавт на Марсе увидеть Землю и Луну невооруженным глазом?
7.5. На чужой планете
Из рассказа Вячеслава Назарова «Нарушитель». На чужой, неисследованной планете космонавты готовятся к выходу из корабля:
Андрей подождал, пока за Кривцовым закрылась герметическая дверь, и вошел в кабину стерилизатора. На вогнутой стенке чернели большие буквы: «Помни!» А внизу помельче: «Всеобщий космический устав. Пункт сто второй. Параграф пятый. Категорически запрещается выход на исследуемую планету в нестерилизованном скафандре, а также вынос предметов, могущих вызвать заражение инопланетной биосферы, равно как атмосферы, гидросферы и геосферы, активной органической субстанцией Земли. Нарушение карается…»
Биолог иронически скривил губы. Все-таки капитан в своем педантизме доходит до смешного. К чему эта настенная пропаганда? Автомат не откроет дверь в ангар, пока в кабине останется хотя бы один полудохлый земной вирус. Захочешь – не выйдешь. И ничего не вынесешь… Разве только бактериологическую бомбу. Но таких бомб давно уже никто не делает. Андрей повернул рубильник. Кабину стерилизатора охватило синее пламя…[31]
Почему космический устав запрещает выход на чужую планету в нестерилизованном скафандре?
7.6. На астероиде
Карл Саган в своей книге «Голубая точка. Космическое будущее человечества» пишет об астероидах:
Поскольку гравитация там очень мала, человек на таком астероиде сможет с места прыгнуть в длину на 10 километров, а в небо – даже выше, либо забросить бейсбольный мяч прямо на околоастероидную орбиту[32].
Так ли это на самом деле?
7.7. Сезоны года
Как известно, на Земле сезоны в Северном и Южном полушариях сменяются в противофазе: когда в одном полушарии лето, в другом зима.
А может ли быть так, чтобы сезоны года сменялись на всей планете синхронно? Как должна двигаться такая планета?
7.8. Не торопись!
Марсоход управляется операторами с Земли, демонстрируя им телепанораму на расстоянии до 50 м от себя.
Какова при этом должна быть безопасная скорость марсохода?
7.9. Альбедо
Альбедо – это коэффициент отражения света от поверхности тела.
Какие объекты Солнечной системы наиболее сильно различаются значением своего альбедо – объекты с атмосферой или без нее?
7.10. Снег на Венере?
В одном научно-фантастическом романе идет речь о космонавтах, попавших на Венеру:
Скафандр показал себя не с лучшей стороны: мелкие частицы металлического снега из клапанов и замков пострадавших скафандров пришлось удалять вручную.
А может ли на Венере быть металлический снег?
7.11. Долгий день
Сколько длятся солнечные сутки на Меркурии?
7.12. На Плутоне темно?
Карликовая планета Плутон расположена далеко от Солнца, поэтому принято считать, что даже днем там очень темно. Давайте проверим. Сравните дневное освещение Плутона с ночным освещением Земли в полнолуние. Учтите, что для наблюдателя на Земле Солнце имеет видимую звездную величину –26,7m, а полная Луна –12,7m.
Определите, во сколько раз сильнее Солнце освещает поверхность Плутона, чем полная Луна – поверхность Земли. Среднее расстояние от Солнца до Плутона примите равным 40 а.е.
7.13. Прыжок
Каков максимальный размер астероида, с которого человек может спрыгнуть в космос и улететь далеко-далеко?
Задачи про Венеру
Венера – очень популярная у фантастов планета. Познакомимся с некоторыми произведениями о ней. В научно-фантастической повести Александра Казанцева «Планета бурь»[33] описан полет первой пилотируемой экспедиции к Венере. Космонавты из СССР и США отправились к этой планете на трех космических кораблях. Попробуйте решить несколько задач, основанных на сюжетах из повести.
7.14. Взгляд космонавта
Флагманский звездолет «Знание» замыкал цепочку из трех кораблей. Впереди шел советский корабль-разведчик «Мечта», названный так в честь первой космической ракеты, ставшей десятой планетой Солнечной системы.
В середине летел американский корабль «Просперити» («Процветание»).
Корабли летели не к Венере, а впереди нее, по собственной эллиптической орбите вокруг Солнца. К моменту, когда они подойдут к ее орбите, Венера должна была бы догнать их; тогда все три корабля станут спутниками планеты…
Крохотным оранжевым полумесяцем, как маленькая Луна в последней четверти, вставала в окне корабля желанная Венера… планета бурь[34].
Рис. 33. Схема перелета от Земли к Венере
В каком положении находился космонавт, давший это описание внешнего вида Венеры, – головой к северному полюсу эклиптики или к южному?
7.15. Родная «звездочка»
Впечатление космонавта, подлетевшего к Венере и наблюдающего в иллюминатор Землю:
Мэри придвинулась к окну. Она отыскала во мраке космоса голубенькую звездочку, самую теплую, самую яркую, самую красивую…[35]
Действительно ли в этой ситуации (см. рис. 33) Земля окажется самым ярким светилом ночного неба?
7.16. Компас на Венере
Космонавты пробираются через венерианские джунгли на помощь попавшим в беду друзьям. Один из них замечает:
Как хорошо, что магнитное поле на Венере такое сильное! Компас действует[36].
Будет ли действовать компас на Венере?
Писатель Владимир Владко написал повесть «Аргонавты Bселенной» в середине 1930-х, а затем дополнил ее в конце 1950-х[37]. Вот несколько задач на основе фрагментов из этой повести.
7.17. Дорога в гору
Участники первой советской межпланетной экспедиции «Венера–1» готовятся к старту. В корабле трое: академик Николай Петрович Рындин, геолог Вадим Сергеевич Сокол и китайский профессор Ван Лун. Вокруг – горный кавказский пейзаж, нагромождение скал.
Тем более поразительной среди всего этого хаоса казалась тонкая прямая линия, которая словно по линейке прочертила с запада на восток причудливый горный рельеф. Линия эта выходила из глубины долины и устремлялась к вершине Казбека. Она взлетала над ущельями и обрывами, поддерживаемая стройными, сплетенными из металлического кружева эстакадами. Неудержимо прокладывая путь среди огромных скал и уходя все выше и выше, линия делалась тоньше и незаметнее, пока взгляд, наконец, не переставал совсем различать ее в туманной облачной дымке, у далекой белоснежной вершины.
И трудно было предположить, что тонкая линия, протянувшаяся на многие десятки километров между вершиной Казбека и долиной и легко пересекающая ущелья глубиной в несколько сот метров, представляет собой на самом деле массивную двухрельсовую дорогу шириной около десяти метров.
Для чего же предназначалась эта удивительная железная дорога, если между ее рельсами можно было легко установить поперек большой вагон? Почему она проложена на дикую и безлюдную вершину Казбека? Отчего эта дорога на всем ее протяжении не отклоняется ни на йоту от линии земной параллели, идущей, как известно, с запада на восток?[38]
Для чего предназначалась эта дорога и почему она была направлена с запада на восток?
7.18. Звезды мерцают
Покинув Землю, космонавты повернулись к иллюминаторам:
Перед путешественниками открылась изумительная в своей величественности картина Большой Вселенной. Это была глубокая ночь – и вместе с тем ночь, сияющая блеском бесчисленных далеких огней, холодных и в то же время пылающих. Неизмеримо отдаленный небосвод будто был застлан черным бархатом. И на нем, разбросанные в прихотливых и сложных узорах, сверкали мириады ярких звезд – белых, оранжевых, красных, зеленоватых, голубых. Никогда никто из жителей Земли не видел подобного зрелища! Поражала не только необычайная ясность, с которой глаз без труда различал любую звезду – от крупной и слепящей до самой маленькой, казавшейся крохотной искоркой, выглядывавшей робко из глубокой складки небесного черного бархатного занавеса. Самым поразительным было то, что ни одна из звезд не мерцала, не переливалась, то притухая, то снова делаясь ярче, как это было привычным для жителей Земли, – нет, каждая звезда, крупная или мелкая, излучала неослабевающий далекий, но ровный свет[39].
Почему при наблюдении с Земли звезды мерцают, а из космоса – нет?
7.19. Сезонные созвездия
Космонавты, готовясь к полету, гуляют вечером в горах:
Сокол и Ван Лун были изумлены видом знакомых им с детства созвездий… Вот выразительный крест Лебедя, вот недалеко от него неправильный четырехугольник Лиры. Еще дальше – выгнутый, словно приготовившийся к прыжку, Дракон, а около него, почти в сгибе его тела, начинается такая знакомая еще с детства вытянутая кастрюлька Малой Медведицы…[40]
В какой сезон года ракета готовилась в путь?
7.20. Регулярный спутник
Тут речь идет о первых искусственных спутниках Земли:
Еще один постоянный искусственный спутник «Диск–2» был создан в Китае спустя три года. Эта задача оказалась более сложной. Второй межпланетный аппарат забросили с Тибетского плоскогорья уже на высоту в 35 тысяч 800 километров. Спутник «Диск–2» виден с различных точек Земли ежедневно в одно и то же время. Регулярно в 8 часов вечера, например, он оказывается над Москвой, как по расписанию[41].
Что за орбита была у спутника «Диск–2»?
7.21. На Венеру!
Через 146 дней [после старта] астроплан окажется на Венере, – сообщил академик Рындин[42].
Верно ли академик рассчитал длительность перелета с Земли на Венеру?
7.22. Заяц на борту
На космическом корабле обнаружился заяц – Галина Рыжко, тайно проникшая в ракету, чтобы отправиться исследовать Венеру. Делать нечего: за борт зайца не выкинешь, обратно на Землю не отправишь. К тому же Галя утверждает, что основательно подготовилась к полету – как практически, так и теоретически. Члены экипажа решили это проверить. Начал академик Рындин:
– Так. Э… скажите нам, пожалуйста, каково расстояние от Земли до Венеры?
– Во время так называемого противостояния, то есть когда расстояние между этими планетами самое короткое, – тридцать девять миллионов километров, – одним духом выпалила Галя.
– Гм… Правильно, знаете…[43]
Верен ли был ответ?
7.23. Экзамен для зайца
Космического зайца Галю продолжают экзаменовать:
– Так… Теперь скажите, что такое альбедо? – продолжал Рындин.
– Это – количество отражаемого планетой света.
– Чему равно альбедо Венеры?
– Пятьдесят девять процентов.
– А Луны?
– Семь и три десятых процента.
– Какой вывод из этого вы сделаете?
– На Луне нет атмосферы, а на Венере есть, и она очень плотная, так как отражает много света…[44]
Что в этих ответах верно, а что нет?
7.24. Свинец или вода?
Во время перелета от Земли к Венере участники экспедиции в первую очередь занимались исследованием космических лучей. При подготовке к полету ученые настояли,
чтобы в астроплан были взяты запасы листового свинца. Космическое излучение в известной мере задерживается свинцом – во всяком случае, больше, чем другими материалами[45].
Верно ли, что свинец – лучшая защита от космической радиации?
7.25. Источники радиации
Участники экспедиции измерили направления, с которых приходит основная доля космических лучей:
Интереснее всего, – заявил академик, – что главное направление космических лучей совпадает с одним из главных потоков радиоизлучений. Вы помните – их три, таких потока: от Дзеты Тельца, от «сверхновой» в созвездии Кассиопеи и от той точки в созвездии Лебедя, где, как утверждают, столкнулись две галактики[46].
Какие объекты имел в виду академик?
7.26. Динозавры на Венере
Рис. 34. Диплодок на Венере. Кадр из фильма Павла Клушанцева по мотивам повести Александра Казанцева «Планета бурь»
Геолог Вадим Сокол сообщает товарищам последние научные данные об условиях жизни на Венере:
Исключительная влажность атмосферы, сплошные облака, средняя температура – достаточно стойкая и без больших колебаний, приблизительно около 40 градусов выше нуля, значительно увеличенный процент содержания углекислоты в атмосфере – все это свидетельствует о том, что на Венере ныне продолжается не только мезозойская эра вообще, но даже точнее – юрский ее период! А раз так, то выходит, что на Венере мы встретимся с динозаврами, бронтозаврами, атлантозаврами, диплодоками…[47]
Верно ли это с точки зрения современной науки?
7.27. За час вокруг Земли?
В своей повести Владимир Владко утверждает:
Чтобы победить земное притяжение и достигнуть Венеры, астроплан должен развить колоссальную скорость – 11,5 километра в секунду. Это известно всем. Если перевести эти цифры на более понятный язык, то выйдет, что астроплан должен лететь со скоростью свыше 40 000 километров в час, – значит, он мог бы за один такой час облететь всю Землю по экватору![48]
Вы согласны с этим утверждением?
7.28. Космонавты наблюдают звезды
И северное и южное звездное небо, говоря земными словами, всегда перед нами… Мы можем видеть на небе любое созвездие в любое время: ведь нас не отгораживает от половины неба горизонт Земли. А созвездия мы видим с такой яркостью и четкостью, с какой их не приходилось видеть ни одному астроному с Земли, даже в самые лучшие, самые мощные телескопы[49].
Все ли тут верно?
7.29. Земля и Венера – сестры
Автор повести сообщает:
Ученые считают, что атмосфера Венеры по своему строению аналогична земной, хотя, вероятно, она имеет большую высоту, чем земная, и ее давление у поверхности планеты может быть в два-три раза больше, чем на Земле[50].
Верны ли эти представления об атмосфере Венеры?
7.30. Вращение Венеры
Автор повести сообщает:
Не установлен наукой и период вращения Венеры вокруг своей оси. Некоторые астрономы считают, что этот период составляет 68 часов. А другие утверждают, что день на Венере равен земному. Третьи оспаривают и первую точку зрения, и вторую, заявляя, что период вращения Венеры вокруг своей оси равен периоду ее обращения вокруг Солнца, то есть 224 суткам[51].
Кто же прав?
7.31. Радиолокатор? Гениально!
Чтобы рассмотреть детали поверхности Венеры, закрытые облаками, путешественники решили применить радиолокатор:
Радиолокатор дает возможность видеть отдаленные предметы, даже наглухо скрытые от наблюдателя густыми облаками, пеленой пара или тумана. Но локатор хорошо действовал только на определенном, не слишком большом, расстоянии. С Земли, например, с помощью радиолокатора наблюдать Венеру невозможно. Значит, теперь, когда мы уже значительно приблизились к Венере, радиолокатор будет действовать и поможет нам увидеть, что именно происходит под ее сплошными облаками[52].
Справедливо ли это высказывание?
7.32. По орбите
Ракета, нырнув в атмосферу Венеры, притормозила свой полет и перешла с гиперболической на эллиптическую орбиту вокруг планеты. Через 11 часов ракета вторично нырнула в атмосферу, сопротивление которой еще сильнее затормозило ее полет.
Вступили во второй эллипс, – известил спутников Рындин. – Скорость девять с половиной километров в секунду. Продолжительность полета по второму эллипсу – четыре с половиной часа[53].
Нет ли противоречия в этом утверждении?
7.33. День на Венере
Путешественникам удалось мягко сесть на Венеру. Они готовятся к исследовательской вылазке, но сильный дождь не позволяет покинуть корабль.
– Можно собираться, Николай Петрович? – с готовностью осведомилась Галя. Она уже сгорала от нетерпения.
Рындин невольно рассмеялся:
– Нет, Галя, не спешите. Я вижу, вы готовы выбежать прямо под ливень? Такая прогулка не даст нужных результатов.
– Да ведь ливень уже кончается, Николай Петрович, – умоляюще сказала Галя.
– Даже когда сойдет вся вода, и то надо будет повременить. Ведь мы еще не знаем точно, какова продолжительность дня на Венере. Или вы хотите отправиться в путешествие на ночь глядя?[54]
Какова продолжительность солнечных суток на Венере?
7.34. Температура Венеры
Внимательно читаем повесть:
Оказывается, на Венере можно говорить «сутки» в том же значении, как и на Земле: продолжительность дня и ночи здесь равнялась земной. Вот почему так незначительна разница температуры между освещенной и не освещенной Солнцем сторонами Венеры, что всегда удивляло астрономов! Действительно, температура освещенной стороны Венеры не поднималась, как давно установили ученые, выше +50–60 градусов, зато и температура теневой стороны никогда не опускалась ниже –25 градусов. Причины этого, как оказалось, были просты: время обращения Венеры вокруг своей оси не превышало, как и для Земли, 24 часов. Но, в отличие от земной, атмосфера Венеры, а тем более ее поверхность, скрытая густой пеленой облаков, не успевала ни сильно разогреться, ни сильно остыть за такой короткий срок[55].
Как с современной точки зрения можно прокомментировать эти утверждения?