Маленькие рассказы о большом космосе - [25]

Уходить на пенсию рано

Почему Луна не падает на Землю, а Земля — на Солнце? Как точно предсказать движение планет? Отчего происходит смена дня и ночи, времен года? Почему Земля бежит быстрее Юпитера, а Юпитер — быстрее Плутона? Как открыть неизвестную планету, не видя ее? Отчего бывают приливы и отливы? Как предсказать солнечное затмение? Почему мы видим звезды и планеты все время, а кометы появляются и исчезают?

На все эти и многие другие вопросы отвечает небесная механика.

Есть молодые науки, которым от роду несколько лет или десятилетий; есть ветераны, у которых за спиною века. Небесная механика — одна из старейших. В ее анкете много туманного. Год рождения? Неизвестен. Трудно назвать даже столетие, когда появилась на свет. Родители? Пропали без вести. Еще в древней Греции основы ее были заложены людьми, имена которых затерялись в истории. Но Коперника, Галилея, Кеплера и Ньютона человечество не забудет никогда. После их работ на фундаменте здания небесной механики стали вырастать прочные стены.

Великие математики XVIII и XIX веков Клеро, Даламбер, Эйлер, Лагранж, Лаплас довели это здание до совершенства. Они разработали основные теоретические методы, с помощью которых ныне прокладываются космические трассы.

Сейчас небесная механика перешла с Космосом на «ты». Она помолодела и словно переживает второе рождение, бойко отвечая на новые вопросы: сколько времени будет «жить» спутник? Как попасть в Луну? По какой траектории лучше всего лететь к Венере, Марсу?.. Мозг новейших быстродействующих электрон-но-счетных машин работает стремительно, интенсивно.

Если раньше наблюдали за движением только естественных небесных тел, то теперь работы прибавилось: надо следить за искусственными спутниками, рассчитывать траектории межпланетных кораблей.

Небесная механика, древняя наука, уходить на пенсию не собирается.

Когда вскрыты печати

Природа скрытна. Свои законы она зашифровала и держит за семью печатями. Тайны выдает «со скрипом» и очень часто вместо истины подсовывает суррогат. Сколько раз казалось, что законы прочитаны верно! Древнегреческий астроном Птолемей был уверен, что Земля — центр вселенной, а Солнце, Марс, Венера и остальные планеты — всего лишь спутники Земли. Гений Коперника и мужество Джордано Бруно заслуженно «передвинули» Солнце на центральное место в нашей системе.

В XVI веке привычной стала фигура человека, смотрящего ночью на звезды. Сотни звездочетов изучали движение планет. Колонки цифр, сетки таблиц покрывали бумагу, и лучшие умы средневековья пытались установить закономерности в этой лавине чисел.

Один из самых замечательных людей в истории науки, Иоганн Кеплер, посвятил этому всю свою жизнь. Полуслепой, он мог смотреть на небо только чужими глазами, но это не помешало людям называть его «законодателем неба»… Снова и снова он отмечал на чертеже взаимное положение Земли и Солнца, пытаясь найти форму земной орбиты. Она напоминала окружность, но Солнце почему-то находилось не в центре. Тогда Кеплер взялся за изучение Марса, пытаясь заставить эту планету тоже двигаться по кругу. И с удивлением убедился, что Марс его «не слушается».

«Я собирался торжествовать победу над Марсом, — писал ученый, — я уже прилаживал к нему оковы, как вдруг оказалось, что моя победа не ведет ни к чему. Коварный враг, оставленный на небе, неожиданно разорвал все цепи моих уравнений и вырвался из тюрьмы таблиц. Он поразил в стычках мои войска, составленные из физических причин, сверг мое иго и вырвался на свободу». Но Кеплер не сдался и продолжал атаковать. И красная планета, наконец, выдала тайну своего движения.

Орбита Марса оказалась не окружностью, а эллипсом, то есть как бы сплюснутой окружностью.

У круга одна замечательная точка — центр. У эллипса их две — его фокусы. Чем более вытянут эллипс, тем дальше они друг от друга. Когда фокусы сближаются, эллипс становится похож на окружность. На чертеже Кеплера Солнце лежало как раз в одном из фокусов орбиты Марса. Быть может, тогда ученого и осенила гениальная догадка: Земля тоже движется по эллипсу, просто он очень мало отличается от окружности.

И Кеплер формулирует свой первый закон: «Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце».

Но движутся они неравномерно — то быстрее, то медленнее. После долгих расчетов Кеплер пришел к блестящему открытию. Оказалось, если соединить планету прямой линией с Солнцем, то эта прямая, двигаясь вместе с планетой, отмеряет за равные промежутки времени равные площади. Эту площадь астрономы называют секториалыюй скоростью. Поэтому второй закон Кеплера звучит так: «Секториальная скорость планет постоянна».

Первые два закона Кеплера относились к каждой планете в отдельности. Третий уже устанавливал связь между движениями различных планет. Ясно, что удаленные планеты тратят на полный оборот вокруг Солнца больше времени, чем близкие. На сколько больше? «Квадраты времен обращения каких-либо двух планет относятся друг к другу, как кубы их средних расстояний от Солнца».

Итак, стало ясно, как движутся планеты. Но что их движет? Еще Леонардо да Винчи, Коперник и Кеплер высказывали догадки, что тела способны притягиваться друг к другу и что силы, вызывающие падение камня на Землю, и силы, действующие между космическими телами, имеют одну и ту же природу. Понадобились долгие годы напряженного труда ученых Галилея, Борелли, Гука и многих других, чтобы в 1680 году Исаак Ньютон четко сформулировал «закон всемирного тяготения». По этому закону «сила притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними».