Искусственные спутники с замечательной точностью подтвердили правильность всех расчетов ученых о законах движения тел, о которых мы недавно говорили. Советские инженеры и ученые заставили спутники летать на высоте в сотни километров от земной поверхности со скоростью, в точности равной круговой скорости. На тех больших высотах, где летают спутники, атмосферы почти нет. Поэтому ее действие очень незначительно. Тем не менее она немного тормозит движение спутников. Они постепенно теряют высоту. И, в конце концов, попав в более плотные слои атмосферы, они сильно нагреваются и сгорают как «падающие» звезды.
Если спутник запустить на еще бóльшую высоту, то он вовсе не будет испытывать никакого торможения со стороны атмосферы и тогда он станет вечным спутником Земли, подобно Луне. Это ясно из того, что законы движения одинаковы для всех тел окружающего нас мира независимо от их размеров.
Успешным запуском в СССР искусственных спутников Земли ученые впервые получили средство для непосредственного исследования верхних слоев атмосферы и космического пространства. Последующие запуски спутников в течение Международного геофизического года позволили расширить число важнейших научных опытов, проводимых в космическом пространстве, и еще глубже понять многие процессы, происходящие в верхней атмосфере и космосе.
Впервые в истории человечества летательные аппараты, созданные и запущенные человеком, совершили столь длительные полеты. Пройденный первыми искусственными спутниками путь вокруг земного шара по своей протяженности в сотни раз превышает расстояние от Земли до ее естественного спутника — Луны. Конечно, это еще только начало открытого советской наукой великого пути исследований, ведущего в необъятные глубины Вселенной. Но первый шаг в космос уже сделан запуском советских спутников и недалеко то время когда сделанные человеческими руками маленькие небесные тела полетят на Луну, на Марс и другие планеты.
Советскими учеными, инженерами и рабочими были созданы межконтинентальные баллистические ракеты, при помощи которых были запущены искусственные спутники. Успешное разрешение этой задачи было обеспечено высоким уровнем развития науки и техники в СССР, четкой и организованной работой научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро и промышленных предприятий.
Располагая столь мощным средством, как межконтинентальная баллистическая ракета, Советский Союз, неуклонно следующий политике мира, использовал это замечательное достижение для целей науки, произведя в соответствии с программой Международного геофизического года запуск искусственных спутников Земли.
Советские люди под руководством Коммунистической партии своим вдохновенным трудом превратили казавшуюся далекой мечту в реальное достижение наших дней.
В первые же дни появления советских спутников в советской печати были широко опубликованы их подробные технические описания, помещены фотоснимки спутников и научной аппаратуры, систематически сообщались подробные данные об их движении для наблюдения в различных частях земного шара. Советские искусственные спутники Земли стали доступны для наблюдения всем ученым, всем научным организациям, миллионам людей на земном шаре.
Запуск в СССР искусственных спутников Земли неизмеримо расширил границы мировой науки, расширил возможности познания человеком окружающей его Вселенной. Трудно переоценить этот крупнейший вклад Советского Союза в сокровищницу мировой науки и культуры.
5. ЛУНА — ЕСТЕСТВЕННЫЙ СПУТНИК ЗЕМЛИ
Когда мы заговорили об открытии закона всемирного тяготения, мы рассказали только часть дела. Мы указали лишь на то, что Ньютон понял, в чем причина падения тел: она заключается в Земле, которая своим притяжением заставляет тела падать вниз. Мы установили также, что падение тела еще совсем не означает, что тело непременно должно упасть; при известных условиях тело может быть брошено так, что будет удаляться от Земли.
Но Ньютон на этом не остановился. Изучая падение тел, он вывел, что с удалением от Земли величина круговой скорости должна уменьшаться. Именно, если расстояние увеличивается в четыре раза, то круговая скорость уменьшается в два раза, если расстояние в девять раз больше, то круговая скорость будет в три раза меньше и так далее (рис. 12). Таким образом, для того чтобы узнать, во сколько раз уменьшится круговая скорость на данном расстоянии, нужно найти то число, которое, будучи умножено само на себя, дает это расстояние. Кроме того, исследуя движение планет вокруг Солнца, Ньютон пришел к ряду новых выводов. Один из этих выводов состоит в том, что планеты движутся под влиянием притяжения Солнца и что сила притяжения Солнца уменьшается пропорционально квадрату расстояния от него. Иными словами, если какая-нибудь планета находится в два раза дальше от Солнца, чем другая, то солнечное притяжение, действующее на нее, будет в четыре раза (2×2=4) слабее, чем на первую. Если она в три раза дальше, то притяжение, действующее на нее, будет в девять раз (3×3=9) слабее и так далее.
Придя к этому выводу и зная уже, что падение тел на Землю происходит также под влиянием ее притяжения, Ньютон задал себе такой вопрос: а не действует ли и на Луну та же самая сила тяжести, которая заставляет падать на Землю тела, т. е. не является ли сила тяжести тем же самым, что и сила притяжения между небесными телами?
Луна является спутником Земли. Она движется вокруг Земли подобно тому, как движутся искусственные спутники, и подобно тому, как сама Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца. Так как путь, или, как говорят, орбита, описываемая Луной вокруг Земли, лишь очень мало отличается от окружности, то вопрос, не действует ли та же сила тяжести, которая заставляет падать на Землю тела, равносилен вопросу: а не движется ли Луна вокруг Земли совершенно так же, как стал бы двигаться вокруг нее пушечный снаряд (или искусственный спутник) запущенные с круговой скоростью?
Небольшой расчет, который Ньютон проделал, убедительно показал, что это именно так и есть. Вот как он примерно рассуждал: Луна находится от Земли на расстоянии шестидесяти земных радиусов. Значит, если около самой Земли круговая скорость, как мы знаем, равняется восьми километрам в секунду, то на расстоянии, в шестьдесят раз большем, она будет примерно в восемь раз меньше (точнее в 7,8 раза). Таким образом, на расстоянии Луны круговая скорость должна равняться приблизительно одному километру в секунду.
Нетрудно проверить другим расчетом, такова ли действительная скорость движения Луны вокруг Земли. Вот этот расчет: окружность земного шара составляет сорок тысяч километров. Но радиус окружности, по которой движется Луна, в шестьдесят раз больше земного радиуса. Следовательно, и длина этой окружности будет в шестьдесят раз больше окружности земного шара, т. е. будет составлять два миллиона четыреста тысяч километров.
С другой стороны, из астрономических наблюдений известно, что полный оборот вокруг Земли Луна делает за 27⅓ суток. Разделив одно число на другое, мы получим, что в сутки Луна пролетает 87 820 километров, а так как в сутках содержится 86 400 секунд, то и выходит, что в одну секунду Луна пролетает приблизительно один километр, что как раз равняется высчитанной Ньютоном круговой скорости.
Таким образом, Луна летит как раз с той самой скоростью, с которой следовало бы пустить пушечный снаряд, чтобы он, находясь на таком же расстоянии от Земли, как и Луна, никогда не упал на Землю.
Это было очень важное открытие, так как оно доказало, что сила земного притяжения есть проявление более всеобщего закона всемирного притяжения, которому подчиняются все небесные тела.
Выходит, что мы были правы, сравнив Луну с пушечным снарядом. Она летит совсем так, как летел бы такой снаряд, если бы мы сумели им выстрелить, поднявшись над Землей на высоту 60 земных радиусов.
6. НА ЧЕМ ЖЕ ДЕРЖИТСЯ ЗЕМЛЯ?
Теперь мы подошли к концу наших рассуждений и можем ответить вполне ясно и точно на поставленный нами с самого начала вопрос: на чем же все-таки держится наша Земля?
Пример с движением Луны нам показал, что Луна ни на чем не держится. Если вы спросите: «Падает ли Луна на Землю?», то мы должны ответить: «Да, падает, как падало бы любое другое тело — камень, пушечный снаряд, искусственный спутник или что-нибудь другое, и падает потому, что ее тянет к Земле сила земного притяжения». Но тогда почему же Луна не упала до сих пор на Землю? А потому, что, падая, Луна вместе с тем все время остается на одном и том же расстоянии от Земли. Происходит это оттого, что Луна не падает прямо вниз, а огибает Землю по окружности.
То же самое можно сказать и про нашу Землю. По закону всемирного тяготения Солнце притягивает Землю. И поэтому мы вправе сказать, что Земля падает на Солнце. Но почему же Земля до настоящего времени не только не упала на Солнце, но и (как показывают самые точные измерения) совсем не приближается к нему? Да потому, что она движется с той самой круговой скоростью, которая как бы обезвреживает солнечное притяжение и заставляет Землю обращаться вокруг Солнца по окружности так же, как двигается Луна вокруг Земли.
Несложный расчет, очень похожий на тот, который мы проделали для Луны, показывает, что дело и здесь обстоит именно так.
Солнце гораздо больше Земли. Поэтому и притяжение его больше. Если на земной поверхности круговая скорость составляет около восьми километров в секунду, то на поверхности Солнца она почти в 55 раз больше и составляет 435 километров в секунду! С такой скоростью нужно было бы выпустить на Солнце пушечный снаряд, чтобы он обогнул его по окружности.
Земля находится от Солнца на расстоянии двухсот пятнадцати солнечных радиусов. Но ведь 215 равняется 14,7×14,7. Поэтому круговая скорость для Земли должна быть в 14,7 раза меньше, чем на поверхности Солнца, т. е. равняться 29,8 километра в секунду. Именно с такой скоростью Земля и летит вокруг Солнца