Владимир Сурдин - Вселенная в вопросах и ответах. Задачи и тесты по астрономии и космонавтике

Фобос — маленький безатмосферный спутник Марса. Находясь на его поверхности, наблюдатель увидит «бездонное черное небо», так густо усыпанное звездами, что с трудом сможет отыскать среди них знакомые очертания астеризмов. Этот же эффект проявится и на любом другом безатмосферном теле.

Сведения о Венере в повести Стругацких в целом соответствуют современным данным об этой планете. Некоторое расхождение в размере, объеме, площади поверхности, силе тяжести и средней плотности связано с тем, что в 1950-е гг. планету измеряли по наблюдениям в телескоп по верхней границе облаков, а сегодня у нас есть данные о ее твердом теле, диаметр которого почти на 200 км меньше. Состав атмосферы тоже указан верно: в основном это диоксид углерода (CO 2), названный в повести углекислотой.

Главная же и по большому счету единственная ошибка авторов состоит в указании периода вращения планеты вокруг оси (57 час = 2,4 сут), ибо на самом деле планета вращается с периодом в сто раз большим (243 сут). Впрочем, в те годы все астрономы мира разделяли это заблуждение. Впервые вращение Венеры было измерено с помощью радиолокации в 1962 г. А причина ошибки заключалась в том, что с периодом в несколько суток вращается верхний слой атмосферы Венеры, т. е. наблюдаемая с Земли картина облаков. Физический механизм этой суперротации атмосферы Венеры до сих пор не до конца понятен.

Спутник Венеры — это фантастический прогноз авторов повести. Насколько известно современным астрономам, у Венеры нет естественных спутников, хотя вблизи ее орбиты движется несколько астероидов-троянцев и один квазиспутник. Начиная с XVII в. Джованни Кассини и другие астрономы неоднократно заявляли об открытии спутников Венеры, но каждый раз выяснялось, что это заблуждение. Обычно за спутник принимали звезду, рядом с которой по небу проходила Венера.

Радуга показалась героям повести странной, потому что это была не радуга, а гало. Радугу мы наблюдаем, когда Солнце у нас за спиной, а перед нами облако водяных капель. Солнечные лучи попадают к нам, дважды испытав преломление (на входе в каплю и на выходе из нее) и один раз полное внутреннее отражение в капле. Сильнее всех преломляются фиолетовые лучи; поэтому фиолетовый луч оказывается ближе других к входящему лучу, направленному в антисолярную точку (которая на небе отстоит на 180° от направления на Солнце). Угловой радиус фиолетового круга равен 40° 40′. Дальше всего от антисолярной точки располагается красный круг, на расстоянии 42° 30′. Так и получается последовательность цветов в радуге — изнутри наружу весь спектр от фиолетового к красному.

Если же источник света не сзади, а перед нами, то в преломляющей среде образуется гало с обратной последовательностью цветов. Обычно мы видим радужный круг гало, если Солнце или Луна просвечивают через тонкие перисто-слоистые облака, состоящие из ледяных кристаллов. Проходя через них, луч света испытывает два преломления (на входе и на выходе) без внутреннего отражения и попадает к наблюдателю под углом около 22°. Фиолетовый луч преломляется сильнее и поэтому находится дальше других от направления на источник света. Поэтому в гало и возникает последовательность цветов обратная той, что мы видим у радуги. Гало окрашено изнутри наружу от красного к фиолетовому. Вот почему «над тундрой заиграла странная перевернутая радуга».

В первом приближении параболоидное зеркало можно представить как сферическое радиусом R , у которого есть центр кривизны (центр сферы) и фокус на расстоянии R /2 от центра кривизны и от поверхности зеркала. Находясь к центре кривизны, глаз видит только себя, поскольку все лучи падают по нормали к поверхности зеркала. На большем расстоянии глаз видит перевернутое изображение, а на меньшем — прямое. Вы можете проверить это экспериментально, используя вогнутое («увеличивающее») зеркало для бритья и макияжа. Если у вас нет такого зеркала, поэкспериментируйте с положительной линзой: эффект тот же.

Если глаз находится в точке фокуса, он видит прямое изображение, увеличенное примерно вдвое по сравнению с плоским зеркалом. Параболоидное зеркало демонстрирует те же эффекты, что и сферическое, но с некоторыми искажениями, вызванными внеосевыми аберрациями. Быков находился в области фокуса такого зеркала; именно поэтому он «увидел над головой свое донельзя искаженное и увеличенное отражение».

В конце фрагмента повести мы обнаруживаем утверждение о том, что у Венеры есть естественный спутник — Венита. Это фантастический прогноз авторов, который до сих пор не подтвердился и, судя по всему, уже не подтвердится никогда. В нашу эпоху Венера лишена сколько-нибудь крупных природных спутников.

Однако сейчас нас больше интересует полет «Хиуса». Он двигался с постоянным ускорением a = 9,7 м/с 2и достиг скорости V = 4000 км/с. Это происходило в гравитационном поле Солнца, поэтому мы должны сначала проверить, насколько его влияние могло исказить равномерно ускоренное движение планетолета. У орбиты Земли ( R = 1 а. е.) Солнце создает ускорение a ⊙= GM ⊙/ R 2= 6 мм/с 2. С приближением к Солнцу оно возрастает, но, поскольку планетолет «устремился к точке встречи с Венерой в обход Солнца», он не слишком приближался к светилу, следовательно, его притяжением в нашей задаче можно пренебречь.

«Хиус» стартовал с нулевой скоростью, поэтому время его разгона составило

Пройдя половину пути, планетолет развернулся и начал торможение. Он выровнял свою скорость с орбитальной скоростью Венеры (35 км/с), которая гораздо меньше максимальной скорости планетолета (4000 км/с), значит, ее можно не учитывать. Следовательно, еще 4,77 сут «Хиус» потратил на торможение. Даже без учета времени, затраченного на разворот, ракета потратила на ускорение и торможение 9,5 суток, а не 8,5 суток, как утверждают авторы повести. Прокомментируем эту неточность словами самих Стругацких из этой же повести: «Работник он был прекрасный, ошибался редко».

Впрочем, мы еще не закончили анализ полета «Хиуса». А какое расстояние он прошел за эти 9,5 суток, двигаясь практически по прямой? При равноускоренном движении пройденное расстояние составляет at 2/2. Если t — время разгона, то «Хиус» за время разгона и торможения прошел путь 2 at 2/2 = at 2= 9,7 м/с 2(4,77 сут) 2= 1,6 · 10 9км = 11 а. е. А вот это уже грубая ошибка авторов. Пройдя такое расстояние, «Хиус» давно миновал бы не только орбиту Венеры, но даже пересек бы орбиту Сатурна! При самом неблагоприятном расположении планет (Венера в верхнем соединении) путь от Земли до Венеры занял бы у «Хиуса» всего 3,8 сут.