После дирижабля Циолковский перешел к исследованию аэродинамики самолета. Он детально исследовал влияние формы крыла на величину подъемной силы и вывел соотношение между сопротивлением воздуха и необходимой мощностью двигателя самолета. Эти работы были использованы Жуковским при создании теории расчета крыла.
В дальнейшем интересы Циолковского переключились на исследования космического пространства. В 1903 году он опубликовал книгу «Исследования мировых пространств реактивными приборами», где впервые доказал, что единственным аппаратом, способным совершить космический полет, является ракета. Правда, Циолковскому не хватало математических знаний, и он не смог дать детальные расчеты ее конструкции. Однако ученый выдвинул целый ряд важных и интересных идей.
Те первые работы ученого прошли почти незамеченными. Учение о реактивном звездолете только тогда было замечено, когда начало печататься вторично, в 1911–1912 годах, в известном распространенном и богато издающемся столичном журнале «Вестник воздухоплавания». Тогда многие ученые и инженеры за границей заявили о своем приоритете. Но благодаря ранним работам Циолковского его приоритет был доказан.
В этой статье и последовавших ее продолжениях (1911 и 1914 годах) он заложил основы теории ракет и жидкостного ракетного двигателя. Им впервые была решена задача посадки космического аппарата на поверхность планет, лишенных атмосферы.
В 1926–1929 годы Циолковский решает практический вопрос: сколько нужно взять топлива в ракету, чтобы получить скорость отрыва и покинуть Землю.
И.А. Минасян: «Циолковский вывел формулу, позволяющую рассчитать максимальную скорость, которую может развить ракета. Эта максимально достижимая скорость в первую очередь зависит, конечно, от скорости истечения газов из сопла ракеты. А скорость газов в свою очередь зависит, прежде всего, от вида топлива и температуры газовой струи. Чем выше температура, тем больше скорость.
Значит, для ракеты нужно подбирать самое калорийное топливо, которое при сгорании дает наибольшее количество теплоты.
Но максимальная скорость ракеты зависит не только от скорости истечения газов из сопла. Из формулы следует, что она зависит также от начальной и конечной массы ракеты, т. е. от того, какая часть ее веса приходится на горючее и какая — на бесполезные (с точки зрения скорости полета) конструкции: корпус, механизмы управления, рули и даже самую камеру сгорания и сопло.
Эта формула Циолковского является фундаментом, на котором зиждется весь расчет современных ракет Отношение общей, стартовой массы летательного аппарата к его весу в конце работы двигателя (т. е. по существу к весу пустой ракеты) в честь великого ученого названо числом Циолковского.
Основной вывод из этой формулы состоит в том, что в безвоздушном пространстве ракета разовьет тем большую скорость, чем больше скорость истечения газов и чем больше отношение начальной массы ракеты к ее конечной массе, т. е. чем больше число Циолковского. Установив, что предел скорости ракеты зависит от качества топлива и отношения полезной и „бесполезной“ массы, Циолковский исследовал теплотворные возможности пороховых топлив. Его вычисления показали, что эти топлива не смогут обеспечить нужной температуры горения, а значит, и скорости истечения, необходимых для преодоления земного притяжения. Кроме того, рыхлый порох занимает большой объем, приходится увеличивать корпус и, следовательно, конечную массу ракеты».
Расчет показывает: для того чтобы жидкостная ракета с людьми развила скорость отрыва и отправилась в межпланетный полет, нужно взять топлива в сто раз больше, чем весит корпус ракеты, двигатель, механизмы, приборы и пассажиры, вместе взятые. Снова очень серьезное препятствие.
Ученый нашел оригинальный выход — ракетный поезд, многоступенчатый межпланетный корабль. Он состоит из многих ракет, соединенных между собой. В передней ракете, кроме топлива, находятся пассажиры и снаряжение. Ракеты работают поочередно, разгоняя весь поезд. Когда топливо в одной ракете выгорит, она сбрасывается, при этом удаляются опустошенные баки, и весь поезд становится легче. Затем начинает работать вторая ракета и т. д. Передняя ракета, как по эстафете, получает скорость, набранную всеми предыдущими ракетами.
Может показаться, что выгоднее сделать как можно больше ступеней ракеты. Однако расчеты убедительно доказывают, что это не так: максимальная скорость заметно увеличивается до трех-четырех ступеней, а дальше почти не растет. Скорость ракеты после шести ступеней практически остается постоянной.
Любопытно, что, не имея практически никаких приборов, Циолковский рассчитал, что оптимальной высотой для полета вокруг Земли является промежуток от трехсот до восьмисот километров над Землей. Именно на этих высотах и происходят современные космические полеты.
На много лет опередив своих современников, великий ученый с помощью точного языка математики впервые показал пути овладения человеком космическим пространством и указал реальные пути, по которым должна пойти техника межпланетных сообщений.
Узнав о работах Циолковского, немецкий ученый Герман Оберт написал ему: «Зная Ваши превосходные работы, я обошелся бы без многих напрасных трудов и сегодня продвинулся бы гораздо дальше».
Еще в 1911 году Константин Эдуардович произнес вещие слова: «Человечество не останется вечно на Земле, но, в погоне за светом и пространством, сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство».
Сегодня все мы свидетели того, как сбывается это великое предвидение.
КОНЦЕПЦИЯ ДРЕЙФУЮЩИХ КОНТИНЕНТОВ
После открытия Колумбом Америки на географических картах стали уточняться изображения американского побережья.
«Если взглянуть повнимательней на глобус или на любую карту мира, можно заметить одну особенность очертаний многих береговых линий, — пишет Борис Силкин. — Южная Америка и Африка, если их „сдвинуть“ вплотную, довольно аккуратно „вложатся“ друг в друга, как детали мозаичной картинки. Гренландия выглядит так, будто она только что вырвалась из „объятий“, с одной стороны — Северной Америки, а с другой — Северной Европы… Длинный рукав Антарктического полуострова в Западном полушарии смыкается с крайним югом Южной Америки, и так далее: множеству выступов по одну сторону моря соответствуют впадины в очертаниях суши по другую сторону.
Эти „географические странности“ люди отметили еще в те времена, когда они только учились составлять карты. Об этом размышляли знаменитый английский философ Фрэнсис Бэкон (1561–1626), французский мыслитель Франсуа Пласэ и многие другие.
Еще в 1596 году в Амстердаме вышел в свет ученый трактат фламандского картографа Абрахама Ортелия (1527–1598) „Географическая сокровищница“. Ортелий совершил два замечательных „прорыва“ в познании мира, на столетия предваривших господствующую ныне теорию дрейфа континентов. Он не только отметил „совместимость“ береговых линий Старого и Нового Света (включая и Европу), но и попытался реально представить, как шло раздвижение континентов».
Антонио Снидер в середине девятнадцатого столетия узнал о полном сходстве ископаемых растений каменноугольного периода палеозойской эры, найденных в Европе и Северной Америке. Снидер стал искать причину. Он решил, что ископаемые деревья росли в одном большом лесу, разделившемся когда-то на части. Одна половина оказалась в Европе, а другая — в Америке!
Снидер сближает на карте материки так, чтобы берега соединились, и он получил единый континент. В 1858 году его сочинение «Мироздание и его разоблаченные тайны» было опубликовано в Париже. Но современникам его идея показалась неправдоподобной, и о ней забыли.
Та же судьба постигла гипотезы еще нескольких европейских и американских ученых. Все они предполагали, что континенты наших дней — всего лишь обломки более крупных «суперконтинентов» далекого прошлого, удалившиеся друг от друга на тысячи километров.
Наконец, в 1910–1912 годах немецкий исследователь Вегенер не только вновь выдвинул эту гипотезу, но и подкрепил ее разнообразными геологическими и геофизическими данными.
Альфред Лотар Вегенер (1880–1930) родился в семье берлинского священника. Сначала Альфред избрал профессию астронома. Он получил образование в Гейдельбергском, Инсбрукском и Берлинском университетах.
Еще в годы учебы он пишет работу о движении планет. Ее высоко оценили специалисты.
«Но он со студенческих лет мечтал заняться исследованием острова Гренландия и наукой о погоде — метеорологией, в то время делавшей практически первые шаги, — отмечает Б. Силкин. — И не только мечтал, но и готовился к этому.
Все свободное время Вегенер посвящал дальним лыжным походам, занятиям конькобежным спортом, а также изготовлению и запуску… воздушных шаров и змеев, считая, что именно эти „игрушки“ станут первыми средствами доставки измерительных приборов в относительно высокие слои атмосферы, где „делается“ погода. Вместе со своим братом Куртом в 1906 году он поставил рекорд длительности беспрерывного пребывания в воздухе на воздушном шаре — 52 часа.
„Воздушные“ и спортивные достижения Альфреда Вегенера не остались незамеченными, и вскоре он был включен в качестве метеоролога в состав датской полярной экспедиции, направлявшейся в манившую его Гренландию. Потом — преподавание метеорологии в Марбургском университете. Там он написал интересную работу о том, как ведет себя тепловая энергия в атмосфере. А в 1912 году — новая экспедиция в Гренландию. Собранные данные по метеорологии и гляциологии (науке о льде и снеге) заполнили множество томов».
Первая мировая война прервала научную работу. Вегенер становится младшим офицером германской армии. После окончания войны он становится директором Отдела метеорологических исследований Морской обсерватории в Гамбурге. В 1924 году ученый переезжает в Австрию, где получает кафедру метеорологии и геофизики в Грацском университете.
В 1929 году началась уже третья экспедиция Вегенера в Гренландию. Там он и погиб в 1930 году.
В некрологах, посвященных ученому, отмечались его заслуги в области физики атмосферы. О нем говорили, как о крупном полярном исследователе, отличном организаторе науки и преподавателе. Но об открытии Вегенера, прославившем его, не было сказано ни слова.
Трудно сказать, как немецкий ученый пришел к убеждению, что континенты способны «разъезжать» по поверхности Земли. Весьма вероятно, что, как и его предшественников, натолкнули на эту мысль характерные очертания материков нашей планеты.
Естественно, Вегенеру приходилось преодолевать огромные трудности, так как он не располагал большей частью тех фактов и знаний, которые известны в настоящее время. Тем не менее ему удалось заложить прочный фундамент современных представлений о строении и развитии Земли, включая основы теории дрейфа континентов, перемещения полюсов и подчиняющихся этим движениям перемен климата.
В наши дни гипотеза Вегенера хорошо известна, как гипотеза плавающих («дрейфующих») континентов. Единый суперконтинент палеозойской эры, позже расколовшийся и распавшийся, Вегенер назвал «Пангея», что означает «единая земля».
В январе 1912 года Вегенер представил свою гипотезу на заседании Германской геологической ассоциации во Франкфурте-на-Майне.
Гипотеза опровергала существующие в то время представления. Она стала предметом острых споров в научном мире.
Противники ученого считали, что материки движутся только в вертикальном направлении. Таким образом при поднятии земной коры образуется суша, при опускании — моря и океаны. Вегенер же убежденно говорил о горизонтальном движении континентов — они «разъезжаются», «дрейфуют». В результате этого образуются океаны. Увы, гипотеза Вегенера была большинством отвергнута. На несколько десятилетий геологи и геофизики о гипотезе забыли.
Справедливости ради надо сказать, что и в самом деле в ней имелись слабые места, на которые не замедлили указать специалисты.
Одно из слабых мест гипотезы Вегенера — это затруднение в объяснении «механизма» приводящего в движение континенты.
В тридцатые—сороковые годы такое объяснение дал шотландский геолог Артур Холмс (1890–1965). Он предположил, что силой, движущей континенты, могли бы стать потоки вещества, существующие в мантии и приводимые в движение разностью температур. При этом теплые потоки поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз.
Движущийся базальтовый слой он уподобил «бесконечной транспортировочной ленте», передвигающей континенты. Понадобилось еще полвека, чтобы к концу шестидесятых годов двадцатого столетия представления о крупных перемещениях земной коры превратились из гипотезы в развернутую теорию, в учение о тектонике плит.
Сегодня гипотеза Вегенера является общепризнанной и развивается в соответствии с уровнем современной науки.
ЗАКОН ХАББЛА
«В 1744 году швейцарский астроном де Шезо и независимо от него в 1826 году Ольберс сформулировали следующий парадокс, — пишет в своей книге Т. Редже, — который привел к кризису тогдашних наивных космологических моделей. Представим себе, что пространство вокруг Земли бесконечно, вечно и неизменно и что оно равномерно заполнено звездами, причем их плотность в среднем постоянна. С помощью несложных вычислений Шезо и Ольберс показали, что полное количество света, посылаемое на Землю звездами, должно быть бесконечным, из-за чего ночное небо будет не черным, а, мягко говоря, залито светом. Чтобы избавиться от своего парадокса, они предположили существование в космосе обширных блуждающих непрозрачных туманностей, заслоняющих наиболее отдаленные звезды. На самом деле так выйти из положения нельзя: поглощав свет от звезд, туманности поневоле нагревались бы и сами излучали свет так же, как и звезды.
Итак, если справедлив космологический принцип, то мы не можем принять идею Аристотеля о вечной и неизменяющейся Вселенной.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81