В «Курилке Гутенберга»: почему Стоунхедж – это обсерватория, как спутники падают на Землю и откуда мы стартанем на Марс

Человек всегда тянулся к звездам, к гармоничному и вечному пространству космоса. И это не просто слова: с древности люди пытались исследовать небесные светила, определять время по ним и создавать календари. Через тысячелетия произошел запуск спутника, первый полет человека в космос и высадка на Луну, а сегодня мы уверены, что уже скоро Homo sapiens обретет новый дом где-то на другой планете. В День космонавтики в «Курилке Гутенберга» выступили ученые-оптики и популяризаторы космоса, которые рассказали о долгой истории отношений человека и космоса.

Сергей Стафеев, профессор Университета ИТМО: «Исследования древними космоса – это архаичный Hi-Tech»

«Солярные символы, то есть обозначающие солнце, а также лунные и звездные, есть у всех древних народов. Первые календари были основаны на изучении неба. Их делали уже в пещерах, на бронзовых зеркалах, на мамонтовой кости. Это все связано с многолетними наблюдениями. Кроме того, человеку нужно было как-то ориентироваться и в пространстве – этому также помогали светила. Точки солнечного равноденствия задавали темп годового цикла. Ранее год делили на шесть сезонов. Как древние отслеживали это?» – задался вопросом профессор и привел несколько примеров.

Сергей Стафеев
Сергей Стафеев

В мире существует очень много древних солнечных храмов, которые гораздо старше и египетских пирамид, и Стоунхеджа. Конструкция этих сооружений была такая, что определенная ось, проходящая через те или иные архитектурные формы, совпадала с солнечным лучом в момент восхода звезды в те или иные дни года. Например, солнечный луч, проходящий через пару ворот, появлялся лишь тогда, когда светило вставало из-за горизонта в дни зимнего и летнего солнцестояния, то есть в самые короткие и длинные световые дни в году. Эти астрономические «часы» помогали древним определяться со временем начала и окончания сельскохозяйственных работ, отсчитывать другие важные даты.

Сегодня нам кажется само собой разумеющимся деление времени по годичному календарю. Однако для людей, которые мало что знали о Солнечной системе, солнечные храмы были огромным достижением и результатом многолетних наблюдений. Известный всем Стоунхедж является, по мнению большинства исследователей, тоже своеобразным солнечным храмом, примитивной обсерваторией, которая помогала ориентироваться не только во времени, но и в пространстве, изучать движение небесных объектов. Памятник древности Ньюгрейндж в Ирландии также считают обсерваторией. Это огромный курган, в котором есть туннель. И только 21 декабря утром солнце освещает курган так, что весь туннель и следующая за ним комната заполняются ярким светом. Чтобы увидеть это, туристы участвуют в розыгрыше билетов: войти в Ньюгрейндж в этот момент могут только 50 человек, а желающих обычно около 30 тысяч.

Ориентация в пространстве была неблагодарным делом для древних, особенно, если они жили в степных районах, где не было визуальных ориентиров. В Алтайских степях есть курганы, которые ученые называют «курганы с усами», – группа древних сооружений. От курганов отходят вогнутые линии примыкающих друг к другу камней, на которых есть определенные маркеры. По ним древние определяли положение Солнца и других небесных объектов, а также ориентировались в пространстве. Вы скажете, что здесь сложного? А попробуйте прямо сейчас, с ходу определить, где находится восток и запад? Наверняка вам потребуется не одна минута, чтобы сориентироваться. И для этого вы будете вспоминать карту Санкт-Петербурга, рассчитывать, в какой стороне находится, например, ваш дом, а потом определять относительно его ориентации, где же восток, а где – запад.

«У древних были и мобильные визирные системы. В Египте использовался шест с V-образным основанием, по нему можно было определять время. С помощью специальной палочки, воткнутой в землю, люди могли определять широту местности и наклон земной оси, но для этого требовались длительные наблюдения. В Мачу-Пикчу прорыты наклонные ходы и колодцы, из которых люди наблюдали за звездами днем. Инки могли таким образом визировать отражение Венеры», – привел еще несколько примеров оптических достижений в области астрономии древних Сергей Стафеев.

Более того, с помощью примитивных, на наш взгляд, приспособлений древние смогли выяснить прецессию земной оси. Это периодическое изменение оси вращения Земли под влиянием притяжения Луны и Солнца. Насколько периодическое? Смещение заканчивается примерно один раз в 25,5 тысяч лет. Для людей, которые не знали законов Ньютона, заметить такое было совсем неплохо. Дело в том, что из-за прецессии Земли изменяется положение звезд на небе. Например, через какое-то время Полярная звезда перестанет быть самой ближайшей к северному полюсу яркой звездой. Также изменение траектории вращения планеты предположительно может вызывать и изменение климата.

Андрей Самойлич, авиационный инженер, популяризатор космонавтики: почему спутники вечно падают на Землю?

Андрей Самойлич
Андрей Самойлич

«Существует очень много теоретических способов вывести полезный груз в космос: космический лифт, космический небоскреб, но единственно действующей системой сегодня являются ракеты-носители. Когда мы думаем о космических полетах, то чаще всего представляем себе некое плавание в невесомости. Но это не совсем так. Ведь на Земле действует притяжение, и, чтобы справиться с ним, нужно развить некоторую скорость», – определил главное условие космических полетов спикер.

Если вы еще не знаете, то Международная космическая станция на самом деле вовсе не парит в невесомости, а постоянно падает на Землю. Если построить небоскреб до высоты полета станции, то на вершине на человека будет действовать 90% гравитационного притяжения планеты, то есть он будет чувствовать себя, почти как обычно. Все дело в скорости. Дело в том, что если «запульнуть» что-то в космос со скоростью примерно 8 км/с, то оно, достигнув определенной точки, начнет падать, но будет падать бесконечно долго. Скорость его падения будет настолько высока, что объект будет успевать смещаться горизонтально относительно поверхности Земли. А так как наша планета круглая, то объект будет выше над поверхностью ровно настолько, насколько он опустился. Звучит странно, но нарисуйте это на бумаге, и тогда все станет понятно. Скорость в 7,9 км/с называют первой космической. Но как развить эту скорость? На Земле все просто: здесь всегда есть от чего оттолкнуться. А как же быть в космическом вакууме?

«Вспомним простой пример: мы сидим в лодке в штиль и бросаем яблоки. В результате мы отталкиваемся, и лодка движется. Действует закон сохранения импульса. Он и используется в ракетах, только вместо яблок есть струя раскаленных газов», – рассказал Андрей Самойлич.

Но для того, чтобы обеспечить достаточно мощную струю, необходимы огромные запасы топлива. Например, в общей массе ракеты-носителя полезный груз, то есть люди и вещи, составляет 2-5%, а топливо – около 85%. Топливо, как правило, состоит из горючего и окислителя – жидкого кислорода, потому что в космосе кислорода, то есть горючей среды, нет. Масса всего того, что отправляют в космос, имеет огромное значение. Именно поэтому ракеты комплектуют многоступенчатым двигателем. Топливные баки и двигатели находятся в разных ступенях ракеты, и, как только они вырабатывают свое топливо, они отделяются. Также применяются и внешние топливные емкости, не оснащенные своими двигателями. В процессе полета они также сбрасываются. Это позволяет ракете развивать все большую скорость.

Существует две схемы построения многоступенчатых ракет: c поперечным и продольным разделением ступеней. В первом случае ступени размещаются одна над другой и включаются только после отделения предыдущей, нижней ступени. Плюс в том, что на такую ракету можно поставить сколько угодно ступеней. Минус – двигателю первой ступени приходится брать на себя дополнительную нагрузку и тащить все следующие ступени. Этого недостатка лишены ракеты с продольным разделением ступеней. В этом случае вокруг корпуса второй ступени расположены несколько одинаковых ракет-ступеней, которые включаются одновременно. Так, двигатель второй ступени тоже может работать при старте, увеличивая общую тягу при запуске. Существует и комбинированная схема – продольно-поперечная. При ней первая ступень разделяется со второй продольно, что обеспечивает тягу при запуске, а разделение всех последующих ступеней происходит поперечно, за счет чего достигается большая скорость. Именно так устроена отечественная ракета «Союз».

Дмитрий Олиферович, переводчик, популяризатор космонавтики: «Мы были на Луне!»

Дмитрий Олиферович
Дмитрий Олиферович

Люди давно мечтали добраться до Луны. Первые фантастические повести об этом появились еще в Древней Греции. Писатель Лукиан Самосатский создал повесть «Икароменипп, или заоблачный полет», в которой описывает полет на Луну и войну с лунными жителями. Первые детальные изображения Луны принадлежат Галилео Галилею. И, конечно, все знают о знаменитой работе Жюля Верна «С Земли на Луну». Сегодня человечеству досконально известно, что перелет между Землей и Луной длится около трех суток со второй космической скоростью – около 11 км/с. С этой скоростью объекты покидают орбиту планеты и становятся спутниками Солнца.

«Как технически лететь на Луну зависит от того, с какой целью мы хотим это сделать: мы хотим остаться на орбите спутника, или же сфотографировать его обратную сторону, или же и вовсе прилуниться? При этом и сама посадка тоже бывает разной. Кроме того, необходимо учитывать, что Луна движется, и мы должны так “выстрелить” космическим кораблем, чтобы через несколько дней он оказался в том месте космоса, где и будет Луна. Также во время первого полета человека на спутник планеты было важно прилуниться во время лунного восхода Солнца», – определил проблемы и задачи Дмитрий Олиферович.

Запуск «Апплона-11» произошел с помощью ракеты-носителя «Сатурн-5». Сначала он оказался на низкой опорной орбите – около 200 километров, а оттуда к Луне его запустила третья ступень ракеты. Астронавты летели до спутника в лунном модуле. Во время полета постоянно происходили корректировки траектории космического корабля с помощью двигателей. Для того, чтобы остаться на орбите Луны, нужно было снизить скорость полета. Кроме того, посадка также совершалась с помощью тормозного ракетного двигателя, потому что на Луне нет атмосферы, чтобы раскрыть парашют, или воды, в которую можно упасть.

Когда проводились тестовые запуски космических кораблей в сторону Луны, то ученые заметили, что роботизированные машины вдруг начинали сбиваться с курса без очевидных причин. Расчетные параметры их орбит различались на километры от реальных. Оказалось, что на Луне есть участки, где концентрация вещества поверхности более плотная, из-за чего аппараты и сбивались с курса. Это открытие показало, что иногда космос можно исследовать только опытным путем.

«Были ли американцы на Луне? Да, определенно и точно. Космонавт Алексей Леонов развенчал все мистификации, связанные с этим вопросом. Сейчас на спутник нашей планеты снова обратили внимание. И “Роскосмос” и НАСА разрабатывают проекты создания орбитальных станций на Луне. И уже в 2018 году США планирует совершить пилотируемый полет вокруг Луны. Почему это снова стало важно? Дело в том, что путь на Марс лежит через Луну. Луна должна стать промежуточной базой, с которой человек стартует на “красную» планету”», – сказал лектор.

Редакция новостного портала
Персоны
  • Сергей Стафеев

    Декан естественнонаучного факультета, директор Музея оптики Optimus

Архив по годам:
Пресс-служба