Небесные тела на Земле
Если искусственное воспроизведение ускорительных процессов имеет своей целью облегчить проникновение в тайны строения материи, то в ряде случаев моделирование астрономических явлений должно способствовать более глубокому изучению самих этих явлений.
. . . Специальное сложное устройство один за другим разгоняло небольшие стальные шарики и метало их о массивную металлическую мишень. С огромной, почти космической скоростью, достигающей семи с половиной километров в секунду, шарики врезались в металл. В это время за ними внимательно следил глаз кинокамеры, производящей сверхскоростную съемку. На множестве маленьких кинокадриков можно было проследить, что происходит с веществом мишени в месте удара.
Эти необычные опыты проводились в лаборатории американского ученого Чартерса. Может быть, это были испытания новейшего сверхтвердого металла или специальной брони, предназначенной для создания неуязвимого тапка?
Нет, опыты, о которых идет речь, носили совершенно мирный характер. И если ученых интересовали удары быстро мчащихся тел о преграду, то это были удары метеоритов о поверхность Луны. Около двух третей обращенной к Земле стороны Луны покрыто горами и горными хребтами. Среди них особенно выделяются своим необычным видом кольцеобразные горы—кратеры, или цирки, отдаленно напоминающие кратеры земных вулканов, по обладающие гораздо большими размерами. Некоторые из них достигают сотен километров в поперечнике.
Многие ученые связывают образование кольцевых гор с былой вулканической деятельностью на Луне, которая в отдаленном прошлом могла достигать весьма значительных масштабов. Другие придерживаются метеоритной гипотезы. Кто из них прав?
Для ответа на этот вопрос и понадобились опыты с «бомбардировкой» мишени стальными шариками. Было обнаружено, что в момент удара вещество мишени как бы «растекается» во все стороны, образуя круглую воронку. Таким образом, удар гигантского метеорита, с огромной скоростью врезающегося в незащищенную атмосферой поверхность Луны, может привести к заметному сдвигу почвы в радиальных направлениях, а это в свою очередь способно вызвать образование зала.
Действительно, по своему внешнему виду многие лунные кратеры напоминают взрывные воронки. Однако есть одно «но». Дело в том, что внутри многих кольцевых кратеров имеются центральные горки, напоминающие по своему виду маленькие сопки.
Существенную роль играет моделирование также и при изучении состава и строения пород, из которых сложена лунная поверхность. На протяжении ряда лет такие исследования проводились в лаборатории планетной астрономии при обсерватории Ленинградского университета под руководством В. В. Шаронова.
Основная идея этих исследований состояла в том, чтобы найти такие земные породы, у которых оптические свойства были бы наиболее близки к оптическим свойствам лунного грунта.
В ходе этих экспериментов изучались сотни различных образцов, в том числе и образцы вулканической лавы, пепла и шлаков, специально собранные астрономами на Камчатке и Курильских островах.
В результате многочисленных опытов в лаборатории Шаропона было искусственным путем создано «лунное вещество», т. е. такой образец, который отражал солнечный свет точно так же, как его отражает поверхность нашего естественного спутника. Это был темный пористый материал, способный выдержать значительное давление. Наблюдения, проведенные с помощью советских космических станций «Луна 9» и «Луна 13», показали, что выводы ленинградских астрономов хорошо согласуются с действительностью.
Исходя из того, что горообразовательные процессы па Луне протекали в условиях безвоздушного космического пространства, американские ученые поставили интересные эксперименты в вакуумных камерах.
Моделировался процесс выливания лавы в вакуум. Для этого в камеру выплескивались расплавленные образцы горных пород, содержащих кремний. При этом образовывалась пышная губчатая структура. Она отражала енот так же, как и вещество лунной поверхности, но, в отличие от него, имела белый цвет.
Интересные лабораторные опыты проводились и для уточнения теоретических предположений о химическом составе лунной почвы. Ученые считают, что на формировании лунного грунта должна, вероятно, сказываться бомбардировка лунной поверхности различными атомными частицами, и том числе протонами. Расчеты показывают, что па каждый квадратный сантиметр поверхности Луны ежесекундно попадает несколько десятков миллиардов подобных частиц. В результате такой бомбардировки многие атомы веществ, составляющих лунную почву, могут оказаться выбитыми из нее и получить при этом настолько большие скорости, что не смогут вернуться обратно. Чаще всего это, очевидно, должно происходить с более легкими атомами. Поэтому в результате атомной бомбардировки, вероятно, имеет место обогащение поверхности Лупы тяжелыми элементами.
Чтобы проверить это предположение, американскими исследователями был проведен специальный лабораторный эксперимент с помощью ускорителя атомных частиц. Поток частиц направили на материал, сходный по химическому составу с веществом лунной почвы. Интенсивность потока была так велика, что в течение одного часа лабораторной обработки на вещество попадало столько же частиц, сколько на лунное вещество за в тыс. лет. Результат опыта подтвердил, что поверхностный слон Луны должен постепенно терять легкие химические элементы.
Еще одна модель Луны, по на этот раз с несколько иной целью, была создана советскими учеными при исследовании лунного радиоизлучения.
В одном из районов Крымского побережья па высокой скале устанавливался черный диск около пяти метров в поперечнике. Этот диск «искусственная Луна» служил своеобразным эталоном радиоизлучения. Сравнивая с ним радиоизлучение настоящей Луны, советским ученым удалось добиться точности измерений в десять раз более высокой, чем обычно.
Одной из самых увлекательных проблем пауки, которая вот уже на протяжении многих десятилетий волнует ученых, является проблема жизни на Марсе. Но поскольку даже в моменты наибольшего сближения расстояние между Землей и Марсом составляет около 60 млн. км, то окончательных доказательств наличия на Марсе хотя бы растительного покрова до сих пор обнаружить не удалось.
Однако помимо непосредственного изучения Марса существует еще одни путь. Он состоит в том, чтобы создать в лаборатории физические условия, близкие к марсианским, и выяснить, способны ли в этих условиях существовать и развиваться земные живые организмы.
Специальная установка, с помощью которой можно решить эту задачу, «искусственный Марс», была создана в Институте микробиологии АН СССР.
В специальной камере за прозрачным стеклом имитируются условия Марса. Здесь, в соответствии с. астрономическими данными, воссоздается марсианский климат, а также те изменения, которые происходят в течение суток на поверхности планеты. Учтены температура, давление, влажность, газовый состав атмосферы, характер ультрафиолетовой радиации и другие условия Марса.
Если па таинственной красноватой планете действительно существует жизнь, то там непременно происходит круговорот органического вещества. А этот круговорот невозможен без участия микроорганизмов — различных микробов и бактерий. Поэтому первоочередная задача, которую поставили перед собой ученые, — выяснить, могут ли земные микроорганизмы, и если могут, то при каких обстоятельствах, приспособиться к марсианским условиям.
Уже первые наблюдения принесли интересные результаты. В частности, оказалось, что окрашенные микроорганизмы лучше переносят марсианский климат. Имеющийся у них пигмент защищает от губительного воздействия ультрафиолетовых лучей. В связи с этим не исключена возможность, что наблюдаемые па Марсе изменения окраски каким-то образом связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов.
В ряде зарубежных лабораторий имитировался не только марсианский климат, но и физические условия на других планетах, в частности на Юпитере. Например, американские ученые ставили такой опыт. Герметическая камера заполнялась смесью метана, водорода и аммиака. В камере поддерживалось атмосферное давление и температура в пределах 22—24° С. Внутренность камеры освещалась тусклым светом, едва пробивавшимся сквозь толстые стеклянные стенки. По мнению исследователей, в газовой оболочке Юпитера имеются слои со сходными условиями. Затем в камеру помещались так называемые ксерофиты: лишайники, кактусы и другие растения, способные существовать па весьма жестком водном «пайке». После длительного пребывания в необычных условиях, иногда продолжавшегося до двух месяцев, растения извлекались из камеры и подвергались тщательному микроскопическому исследованию. Оказалось, что многие виды бактерий, обитающих па поверхности растений, не только выживали в суровых условиях, но даже продолжали размножаться.
Это свидетельствует о том, что микроскопическая и растительная жизнь может оказаться значительно более распространенной в космосе, чем мы этого ожидаем.
Дальнейшие наблюдения на всевозможных установках, моделирующих космические условия, возможно, помогут пролить свет на многие вопросы, связанные с проблемой существования жизни на таинственной планете.
В последние годы моделирование космических условий в лабораториях все чаще применяется и при подготовке к новым полетам.
В частности, именно таким способом испытывалась советская космическая станция «Венера 4», а во время полета станции к Венере точная копия «Венеры 4» находилась в специальной барокамере, где поддерживался высокий вакуум. С одной стороны двойник разогревался специальными лампами, имитирующими солнечное излучение, а с другой стороны охлаждался особым экраном.
Когда по ходу полета основной станции возникали какие-либо неясности, сложившаяся ситуация моделировалась на двойнике в барокамере.
|
|
Читайте в рубрике «Космогония»: |