В МИРЕ БЕЗ ТЯЖЕСТИ
Для геолога пласты земной коры — это книга, которую он читает почти без труда. Где-нибудь на обрывистом берегу реки или глубокго оврага, глядя на сменяющие друг друга слои глины, песка, известняка, он может рассказать вам всю историю этой местности, смену климатов, повышения и понижения уровней суши. Выковыривая из выветрившейся породы остатки костей и раковин, он может воссоздать внешний облик древних обитателей Земли, примерно сообщить время, когда они населяли нашу планету.
Древнейшие очень немногочисленные остатки водорослей, радиолярий, губок и других простейших животных, находимые геологами в Земле, относятся к протерозойской эре в истории земной коры. Этим остаткам насчитывается почти миллиард лет.
Часто встречающиеся в огромных количествах окаменевшие остатки спирально загнутых раковин — аммонитов — насчитывают примерно 150 млн. лет; белемниты, в просторечии часто называемые «чортовыми пальцами», обычно несколько моложе — им около 10 млн. лет.
Несколько сотен тысяч лет назад в результате эволюционного развития живой природы на Земле появился человек.
За прошедшие миллионы лет жизнь приспособилась к земным условиям. Конечно, условия на Земле менялись, виды животных и растений, которые не смогли приспособиться к новым условиям, вымирали, а на смену им появлялись новые. Но можно с уверенностью сказать, что целый ряд факторов, определяющих те или иные свойства, приобретенные живыми организмами на Земле, в течение длительных периодов не изменился или почти не изменился. Таковы, например, сила земного тяготения, продолжительность дня и ночи, смена времен года, величина атмосферного давления, интенсивность магнитного поля и т. д.
К этим условиям приспособился и организм человека. Первый космический полет, в который скоро отправится человек, будет первым случаем, когда человеческий организм окажется вне влияния всех этих постоянных, совершенно не замечаемых на Земле факторов. Как сможет переносить эти новые условия организм человека? До самого последнего времени эти вопросы почти не изучались и не исследовались. А между тем ответить на вопрос, сможет ли человеческий организм приспособиться хотя бы к невесомости в космическом пространстве, безусловно надо еще до отлета первой космической экспедиции.
Действительно, все органы нашего тела приспособились к тому, что на них в определенном направлении постоянно влияет сила тяжести. Мы или ходим, или стоим, или лежим. Но стоит нам неудачно лечь, свесив голову ниже положения остального тела, как к ней начнет приливать кровь. В древности существовала казнь: человека распинали на кресте и крест ставили так, что человек висел вниз головой. Казнь эта считалась менее мучительной, чем обычное распятие: человек от прилива крови к голове умирал значительно быстрее, чем во втором случае. Значит, ненормальное направление действия силы тяжести в течение даже не очень длительного промежутка времени вредно для организма человека, может привести его к смерти. А как будет переносить человек полное отсутствие этой силы? Ответа на этот вопрос мы не знаем. Одни врачи утверждают, что начнется прилив крови к голове, головокружение и смерть, другие думают, что, кроме легкой тошноты в течение первых нескольких минут, ничего не случиться. Никакие логические рассуждения в данном случае не помогут. Надо сделать опыт. Надо исследовать поведение живых организмов, желательно более близких по своей организации к человеку, в условиях искусственно созданной невесомости.
В наших лабораториях мы создаем самые разнообразные условия: в оранжереях — теплую и влажную атмосферу субтропиков; в цилиндре под мощным прессом подвергаем чудовищным давлениям различные жидкости, исследуя их сжимаемость; между пластинами гигантского конденсатора получаем электромагнитное поле невероятной напряженности. Но нигде еще не создано лаборатории невесомости. Это и понятно: вес — это проявление земного тяготения. А избавиться от земного тяготения невозможно, — оно вездесуще.
Впрочем, есть на Земле такое место, где тела не имеют веса. Это место, к сожалению, трудно доступно для ученых: оно находится на расстоянии 6370 километров от поверхности Земли, в ее центре. Притяжение всей массы Земли действовало бы на тело, помещенное там, одинаково во все стороны и взаимно уничтожалось бы.
Может быть, когда-нибудь, очень не скоро, во всяком случае значительно позже того времени, когда люди побывают на всех планетах солнечной системы и на их спутниках, человек проникнет и в самые глубинные слои Земли и построит там лабораторию невесомости. Но к тому времени уже острота необходимости создания такой лаборатории отпадет.
Ученые нашли возможность создать условия невесомости, правда, всего на несколько минут, и не прокапывая для этого колодца глубиной в 6370 километров. Недавно они осуществили такой опыт. Несколько мышей и обезьяну посадили в пассажирское помещение небольшой ракеты. Ракету запустили в воздух на высоту 50 километров. Когда выключился двигатель и ракета сначала полетела по инерции, а потом начала падать, пассажиры ракеты оказались в состоянии невесомости.
В момент свободного падения тело ничего не весит. Люди, спускающиеся вниз в скоростном лифте, замечают частичную потерю веса своего тела. Если бы кабина лифта начала свободно падать, не удерживаемая ничем, они почувствовали бы полную потерю веса. Ведь вес — это давление тела на опору, а здесь сама опора, то-есть пол кабины, под действием силы тяжести убегает у вас из-под ног с той же скоростью, с какой падаете вы сами.
Мышей, подвергнутых опыту, поместили в стеклянный баллон, обезьяну привязали к резиновому мату. На них направили внимательные зрачки автоматически действующих киноаппаратов. Каждое движение их во время опыта фиксировалось. У обезьянки во время опыта автоматы измеряли температуру тела, снимали кардиограмму и т. д. Когда ракета с пассажирами в своем падении приблизилась к поверхности Земли, над ней раскрылся парашют, и первые астронавты благополучно вернулись из космоса на Землю.
Результаты опыта оказались, вообще говоря, обнадеживающими. Никаких ни сердечных, ни нервных расстройств обнаружено у животных не было.
Но ведь это только несколько минут. Несколько минут вниз головой и гимнаст в цирке может провисеть без всякого вреда для себя. А если состояние невесомости будет продолжаться значительно дольше?
На этот вопрос ответа у врачей еще нет. Но зато на него охотно отвечают конструкторы космических кораблей.
— Пусть даже, — говорят они, — человеческий организм — сердечно-сосудистая, пищеварительная, нервная и все другие системы и органы его будут нормально работать в условиях без тяжести. Но зато, как трудно будет в таких условиях работать самому человеку! Ему придется привязывать себя к стулу, иначе случайное движение — и он улетает к потолку. Лист бумаги, на котором он захочет записать свои впечатления, ему придется приклеивать или пришпиливать к столу. Все предметы в кабине корабля тоже придется прикрепить к своим местам.
А сколько еще разных неприятностей вызовет отсутствие силы тяжести. Разольется случайно вода — и будет в виде шариков витать в воздухе, попадать в дыхательные пути человека, смачивать самые неподходящие предметы. Трудно будет зажечь спиртовку: углекислый газ, выделяемый при горении, ничто не будет удалять от пламени, и оно погаснет. Может быть, трудно будет просто дышать: выдохнутый воздух не будет достаточно интенсивно смешиваться с остальным воздухом. Будет очень трудно вскипятить чайник, зажарить котлету.
— Нет, уж лучше мы создадим в космическом корабле искусственную тяжесть, — говорят конструкторы. — Или заставим его вращаться вокруг своей оси, и центробежная сила заменит нам силу тяжести. Или не будем выключать окончательно двигатель корабля, будем все время двигаться с ускорением, которое тоже может заменить силу тяжести.
Этой обезьянке выпала честь быть первым космическим путешественником. Одетая в полный костюм астронавта, она была единственным пассажиром ракеты, поднявшейся на высоту 50 километров.
ПОТОКИ ЛУЧЕЙ
Мы часто слышим выражение: «Прозрачный, как воздух…». Действительно, воздух очень прозрачен. Если в нем нет каких-либо примесей вроде пыли или крохотных капелек сконденсировавшейся воды — тумана, трудно заметить, что воздух не абсолютно прозрачен. Только самые далекие предметы в таких случаях видны, как бы сквозь голубоватую дымку. Но нам очень редко приходится так внимательно вглядываться в даль, и мы этой непрозрачности воздуха почти не замечаем.
Но совершенно иначе ответят на вопрос о прозрачности воздуха летчики. Им часто приходится в поисках ориентира вглядываться в очертания предметов, встающих на горизонте, и эта голубоватая дымка нередко мешает им четко видеть. Кроме того, они знают, как редко бывает воздух чистым — без облаков, пыли, тумана…
Воздух толстым слоем покрывает нашу Землю. Распространено выражение, что мы живем на дне воздушного океана. Воздух, атмосфера, не пропускает к нам на Землю очень большую долю солнечного излучения. Прозрачный для волн видимого участка спектра, он почти совершенно непрозрачен для некоторых его других участков.
Огненный шар нашего Солнца непрерывно излучает во все стороны космического пространства огромное количество лучистой энергии. Излучение, радиация Солнца содержит лучи с самой различной длиной волны. Поставьте на пути солнечного луча трехгранную стеклянную призму, и, пройдя через нее, белый луч словно разложится на разноцветную полоску — спектр. В нем и синий, и зеленый, и красный цвета, значит, все они содержались в белом луче. А отличаются эти отдельные цвета друг от друга именно длиной волны.
Но радиация Солнца не ограничивается лучами видимого спектра. С помощью специальных методов можно доказать, что за красными лучами в спектре расположены еще какие-то лучи. Их можно обнаружить, поместив туда термометр. Ртуть в нем поднимается, ее нагрели невидимые лучи, которые называют обычно инфракрасными.
С помощью фотопластинки можно обнаружить наличие невидимых лучей и с другой стороны спектра, за фиолетовым его участком. Эти лучи называют ультрафиолетовыми.
В последние годы открыли, что от Солнца на нашу планету приходят и радиоволны различных частот и даже рентгеновские лучи.
Взвихренная ураганами раскаленных газов, поверхность Солнца выбрасывает в космическое пространство целые тучи крохотных частиц вещества — корпускул. Эти крохотные частицы, приближаясь к Земле, попадают в ее магнитное поле и отбрасываются к полюсам. Там, проникая в верхние слои атмосферы, они рождают пленительную игру трепетных огней полярного сияния.
Из всего состава солнечной радиации до поверхности Земли в различное время (в зависимости от высоты над горизонтом) от нашего дневного светила доходит от 70 до 20 процентов лучистой энергии. Остальная часть задерживается атмосферой.
Особенно сильно задерживаются атмосферой лучи ультрафиолетового участка спектра. На высоте 20–55 километров в атмосфере содержится большое количество озона. Этот слой озона съедает, поглощает ультрафиолетовые лучи почти целиком. Только очень незначительная часть их доходит до поверхности Земли.
Лет 50 назад радиолюбителей поразило одно очень любопытное явление. Когда они работали на коротких радиоволнах, слышимость передачи на сравнительно небольшом расстоянии от передатчика падала, а затем исчезала совершенно. На большем же расстоянии она внезапно возникала и достигала довольно значительной величины. Причины появления зон молчания в течение долгого времени никто объяснить не мог.
А секрет заключался опять-таки в непрозрачности атмосферы. Радиоволны отражались от ее высоких слоев и, подобно зайчику, отраженному зеркалом, падали обратно на Землю. В зоне этого-то радиозайчика и возникала слышимость радиопередачи.
В течение многих уже лет бьются ученые над загадкой космических лучей.
Эти лучи содержат больше энергии, чем все другие известные нам, обладают колоссальной проникающей способностью. Не Солнце является главным источником этих лучей: они падают на нашу Землю со всех сторон со средней интенсивностью, мало зависящей от времени суток и от времени года.
Когда ученые начали исследовать природу этих лучей, они пришли к выводу, что в нижние слои атмосферы проникают собственно не лучи, а ливни осколков атомных ядер, разбитых быстролетящими частицами материи в верхних слоях атмосферы. И в этом случае атмосфера заслоняет нашу Землю от проникновения могучих и таинственных посланцев космоса.
Ну, а что будет, когда космический корабль вылетит за пределы атмосферы и на него обрушатся во всем богатстве своего спектра яростное излучение Солнца, всепронизывающие потоки космических лучей, и другие, может быть, вообще не известные нам излучения, которые целиком «застревают» в нашей атмосфере и о которых мы не знаем ничего? Как эти излучения будут влиять на человеческие организмы? Не вызовут ли потоки космических лучей радиоактивного распада материалов космического корабля?
Ученые делали опыты: поднимали в кабинах стратостатов мышей и кроликов на большую высоту и оставляли их там на продолжительное время. На несколько минут животных поднимали с помощью ракет на высоту свыше 100 км. Но окончательно ответить на вопрос о влиянии солнечной радиации на живые и в частности на человеческие организмы наука еще в настоящее время не может.
Ультрафиолетовые лучи, почти не достигающие поверхности Земли, имеют, однако, огромное физиологическое влияние на живые организмы. Это благодаря их действию кожа загоревшего на солнце человека приобретает золотистый оттенок. Облучение этими лучами в небольших дозах вызывает усиленный рост цыплят и телят; на животноводческих фермах и птицефабриках уже используется это их свойство. Однако в больших количествах эти лучи смертельны. И если бы защищающий слой озона исчез, поверхность Земли превратилась бы в безжизненную пустыню.
Обезопасить пассажиров космического корабля от вредного действия ультрафиолетовых лучей будет не очень трудно: ведь материалов, не пропускающих эти лучи, очень много. В частности, обыкновенное оконное стекло для них почти непрозрачно. Поэтому лампы — излучатели ультрафиолетовых лучей, которые широко применяются в медицине, сельском хозяйстве и в промышленности, делаются не из стекла, а из кварца.
Значительно сложнее будет защититься от действия космических лучей. Однако влияние их на живые организмы и на различные материалы практически почти не изучено. Это — задача ближайшего будущего.