Космические скорости
… прошу не торопить.
Тот падает, кто мчится во всю прыть.
Уильям Шекспир
Вы видели фантастические фильмы о космосе, где главный герой покидал нашу планету на космическом корабле, а когда возвращался, его дети уже были древними стариками? В сюжете этих картин есть доля истины. Скорость и время в космосе течет несколько иначе, чем на поверхности планеты. А как именно, мы с вами сейчас узнаем.
Ближний и дальний космос
Пожалуй, первое, о чем нужно узнать перед изучением космических скоростей – это понятие о ближнем и дальнем космосе. Ближний космос – это пространство, которое находится на расстоянии от 150 до 2000 километров от поверхности Земли. Дальний космос расположен чуть дальше. Это мир звезд и далеких галактик, расположенный на расстоянии 2000 километров от поверхности нашей планеты и далее.
Первый искусственный спутник Земли
Мы относительно хорошо изучили ближний космос и даже побывали в нем. А еще провели ряд наблюдений и экспериментов.
• В ближнем космосе из костей человека вымывается кальций. Это выяснилось еще во время первых длительных космических полетов. За месяц, проведенный на орбите, космонавт может потерять до 1,5 % костной массы. Ученые обосновывают этот факт тем, что механизмы, которые отвечают за поддержку костей, ориентируются в том числе и на земное притяжение. А когда гравитация исчезает, система дает сбой.
• В ближнем космосе могут расти растения (но только в стенах космического корабля!) На Земле корни растений понимают, куда расти. В этом им помогает земное притяжение. Кроме того, растения «понимают», где верх, а где низ, по источнику света. Они тянутся к лампе, как к Солнцу. Этим можно воспользоваться в космосе, чтобы вырастить красивые цветы и грядки с овощами.
Конвекция (от лат. convectio – принесение, доставка) – это перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих веществах потоками самого вещества. Существует естественная конвекция, которая возникает самопроизвольно. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают вверх. А верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз. Этот процесс повторяется снова и снова
• В ближнем космосе могут вырасти гигантские кристаллы. В космосе отсутствует конвекция, а это идеальное условие для роста кристаллов. Кристаллы образуются из растворов некоторых веществ, например сульфита натрия. Такие кристаллы начинают расти, когда молекулы из жидкости присоединяются к зачатку. Жидкость, которая лишилась части вещества, становится менее плотной, и на поверхности Земли она бы поднялась наверх, но в ближнем космосе такого нет. Земное непрерывное движение жидкости не дает разрастаться кристаллам, но в невесомости они смогут достигнуть внушительных размеров.
Скорости для выхода в дальний и ближний космос
Вы никогда не задумывались о том, что нужно сделать, чтобы покинуть эту планету и больше никогда сюда не возвращаться? Давайте рассмотрим это на примере мячика. Если мы запустим мячик с маленькой скоростью, он пролетит метра два и упадет. Если мы бросим его посильнее, скорость мяча станет чуть выше, а проделанный путь – длиннее. Но мяч все равно плюхнется на землю. Как же добиться того, чтобы мячик взлетел в воздух и больше не упал? Оказывается, мы должны запустить его с огромнейшей, поистине нечеловеческой силой. Если мяч будет продолжать двигаться с заданной скоростью, он сможет назвать себя гордым именем «спутник». На искусственные спутники Земли действует центробежная сила – именно та, что прижимает вас к стенке автомобиля на крутом повороте. Также на спутник действует гравитационное притяжение Земли. Эти две силы начинают противоборствовать друг с другом и заставляют объект двигаться по окружности «притягательного» тела. Из-за этого спутники будто приклеены к нашей орбите: они движутся по ней и не улетают в открытый космос.
Когда-то времени не существовало
Существует версия, что 13,7 миллиарда лет назад, еще до Большого взрыва, времени не было. Тогда еще не было пространства и, соответственно, никакого движения – а без них время просто немыслимо. Большой взрыв, образно говоря, запустил вселенские часы, обратив всю материю в движение
• Первая космическая скорость. Вернемся к мячику. Какой же должна быть скорость мяча, чтобы он больше не вернулся на Землю? Методом сложных математических вычислений ученые пришли к цифре 7,9 километра в секунду. Это и есть первая космическая скорость. Ею должен обладать объект, чтобы двигаться вокруг неподвижного центра (в данном случае Земли).
• Вторая космическая скорость. Это космическая скорость, которую нужно придать объекту, чтобы он не просто вышел на орбиту планеты, но и преодолел гравитацию и улетел в межпланетное пространство. Эта скорость равна 11,1 километра в секунду.
• Третья космическая скорость. Это скорость, с которой нужно пустить объект в космос, чтобы он преодолел не только притяжение Земли, но и улетел за границы планетной системы. Другими словами, это скорость для ухода из Солнечной системы и выхода в межзвездное пространство. Она составляет 16,67 километра в секунду.
• Четвертая космическая скорость. Объект, летящий с этой скоростью, преодолеет притяжение галактики Млечный Путь и выйдет в межгалактическое пространство. Эта скорость равняется 550 километрам в секунду.
«Скорость ни разу никого не убила, внезапная остановка… вот что убивает»
(Джереми Кларксон)
Что такое световой год?
Световой год – это не единица времени, как могло бы показаться сначала. Это единица измерения расстояния. Чтобы не писать огромные числа в привычных нам километрах, ученые придумали понятие «световой год». Он равняется расстоянию, которое преодолевается светом за 365 дней, то есть 9 460 730 472 580 800 метрам. Огромное число, не правда ли? Гораздо проще конвертировать его в единицу – 1 световой год. Но существуют и другие единицы измерения. Они нужны для определения расстояния не столь далеких объектов. Например, световой час. Среднее расстояние от Солнца до Плутона приблизительно равно 5,2 светового часа. Или световое тысячелетие. Смотрите: диаметр диска нашей галактики составляет 100 тысяч световых лет (или сто световых тысячелетий). Существуют даже миллиарды световых лет. К примеру, Великая стена Слоуна, которая является одним из крупнейших образований во Вселенной, простирается более чем на миллиард световых лет. Впечатляет, правда?
Как летит время во Вселенной?
Человек видит небесные тела как бы в прошлом. Интересно, почему? Давайте разберемся. Мы не можем видеть далекий мир таким, какой он есть сейчас. Мы его видим в состоянии, в котором он был доли секунд (или более) назад. К примеру, Луна расположена на расстоянии 384 тысячи