"Путь к звездам (сборник)" - читать интересную книгу автора (Циолковский Константин Эдуардович)

II Всемирное притяжение

12. Как слабо взаимное притяжение земных тел. Камень падает в колодезь, пудовик давит на пол — это тяжесть. Причина ее — необъяснимое пока свойство материи притягивать к себе другую материю, подобно тому как магнит притягивает железо, но в гораздо слабейшей степени. Хотя было и много попыток объяснить всемирное притяжение, тем не менее все эти объяснения не были удовлетворительны[14] и потому были брошены. Кроме того, они вводили такие начала, которые были не более понятны, чем и взаимное стремление всех тел на расстоянии. Какое-нибудь необъяснимое начало принять неизбежно. Уж лучше принять за такое начало закон тяготения, который совершенно ясен, выражается математически и объяснил уже массу явлений.

Сила притяжения данной шаровой или точковой массы уменьшается (при удалении от нее), подобно умалению силы света по мере удаления от его шарового источника. Но, по-видимому, очень мало общего между тяготением и такими частичными силами. Действительно, тяготение не исчезает, не истощается, не зависит от температуры и освещения и не требует времени для своего распространения. В противном случае, например, накаленный или светящийся предмет притягивался бы Землей с непостоянной силой, т. е. весил бы различно, чего решительно еще никто не заметил. Также и разные части земного шара, будучи различно накалены, обнаружили бы стремление разорваться или исказить форму Земли. Земля с Луной, будучи физически различны, не могли бы иметь согласного движения кругом Солнца.

Итак, все тела и на всяком расстоянии притягивают друг друга.

Но только очень точные и трудные опыты[15] обнаруживают притяжение земных тел между собой, потому что даже сила притяжения таких масс, как горы, чрезвычайно мала. Масса Земли громадна, и потому-то действие ее мы легко замечаем.

Притяжение небольших тел обнаружилось бы в их сближении, если бы тому не препятствовало трение. Два тучных человека притягивают друг друга на расстоянии метра с силом 1/20 миллиграмма (миллиграмм — вес малейшей капельки воды, 1/4500 золотника). Эта сила если и согнет в дугу волос длиной в метр, то ни в каком случае не разорвет его, — не разорвет даже тончайшей паутинки. Может ли она после этого сдвинуть двух человек — победить сравнительно большое их трение о почву, на которой они стоят!

Тонна (61 пуд) с тонной в шарообразном виде и при расстоянии их центров в 1 метр притягиваются с силой 6 2/3 миллиграмма (1/670 золотника).

12. Сила и закон притяжения данной массы зависит от ее формы и плотности. Не думайте, что сила тяготения данной массы исключительно зависит от величины ее, расстояния и массы притягиваемого тела! Только для шаров или материальных точек притяжение пропорционально произведению притятивающихся масс и обратно квадрату их удаления. Для тел другой формы законы тяготения довольно прихотливы. Например, беспредельная пластина, ограниченная двумя параллельными плоскостями, а стало быть, и беспредельная масса, должна бы притягивать с беспредельной силой, а между тем этого совсем нет; притяжение довольно слабо, в зависимости от толщины и плотности пластины, оно нормально к ней и везде одинаково, на всяком расстоянии от нее.

Если расстояние предмета невелико в сравнении с величиной пластины, то при вычислении можно принимать ее за бесконечную; так, мы видели, что на одного жителя Земли приходится ее масса, равная массе плоского квадратного поля длиной и шириной в 1000 верст, а толщиной в 1 аршин (плотность его должна быть равна средней плотности Земли, или 5,5). Ходящий по нему человек будет испытывать почти на всем его пространстве и на высотах до нескольких десятков верст одно и то же притяжение (как будто бы пластина была бесконечна), которое в 6 миллионов раз меньше земного, или в 2000–3000 раз меньше, чем на поверхности астероида в 6 верст толщины (очерк 31).[16]

Чтобы беспредельная материальная пластина плотности Земли оказывала притяжение, равное земному, она должна быть толщиной в 4 тысячи верст (2/3 земного радиуса).

Зато притяжение такой плоскости не убывает ни на каком расстоянии и не изменяет своего направления (по другую сторону пластины, конечно, направление тяжести обратно).

Земля, расплющенная в диск (лепешку), производит тем меньшее притяжение, чем тоньше этот диск. Таким образом, теоретически притяжение Земли может быть уменьшено по желанию. А чтобы взаимное притяжение частей раздавленной планеты не могло согнуть ее в трубку или снова обратить в астрономическую каплю, можно придать диску слабое вращение, уничтожающее (центробежной силой) притяжение и препятствующее разрушению диска.

Разрыхление шаровидной планеты также умаляет притяжение на ее поверхности и внутри ее; например, уменьшение плотности, без нарушения массы, в 8 раз уменьшает притяжение в 4 раза; разрыхление в 1000 раз умаляет тяжесть в 100 раз.

Иногда произвольно громадные массы не производят на тела никакого механического влияния.

Так, пустой шар с концентрическими стенками и пустая цилиндрическая труба с такими же стенками[17] не производят никакого механического влияния на тела, внутри их помещенные, — не в геометрическом только центре, а где угодно. Внешнее притяжение трубы обратно удалению предмета от ее оси. Внешнее же притяжение шара обратно квадрату удаления от его центра.

13. Влияние тяготения на форму планет; тяжесть на разных планетах. Мы знаем, как поразительны по своим размерам небесные тела, и только они явно обнаруживают свою притягательную силу.

Благодаря тяготению все солнца и крупные планеты имеют форму почти совершенных капель. Если бы небесные тела были холодны и были устроены из самого прочного материала, какова, например, сталь, то и тогда бы они, при другой форме, не круглой, моментально бы раскрошились и округлились. Остались бы сравнительно незначительные неровности, как песчинки на полированном шарике.

Притяжение на поверхности различных солнц и планет различно, смотря по их массе и плотности.

Если на Земле человек поднимает 5 пудов и прыгает через стул, то на Луне он поднимет корову и прыгнет через высокий забор. На Солнце он не в состоянии был бы стоять: упадет и расшибется насмерть от собственной тяжести, которая обнаруживается там в 27½ раз сильнее, чем на Земле. На Марсе и Меркурии он поднимет 10–15 [земных] пудов и легко перескочит через стол. На Юпитере и без груза он едва будет волочиться, — как будто на плечах у него расположился непомерный толстяк. На астероидах он поднимает дома, прыгает через высочайшие деревья, колокольни, леса, широкие овраги и более или менее порядочные горы, смотря по размерам астероида, на котором он производит эти эксперименты. Наконец, на аэролитах, в несколько десятков сажен величины, он тяжести совсем не замечает.

Сила тяготения на разных планетах ограничивает высоту гор, зданий, организмов. На Луне горы могли бы быть в 6 раз выше, чем на Земле, и если они равны земным, то это только случайность или рыхлость материала лунных гор. Ведь и на Земле высота гор не достигает максимума. На астероидах неровности так громадны, что превышают размеры самой планеты, почему и форма их бесконечно разнообразна и может быть совсем не шаровая. Они представляют собой то вид неправильного камня или осколка, то форму диска, кольца и т. д. (Это одно предположение: форму их в телескоп разглядеть нельзя и заключение такое мы сделали отчасти теоретически, отчасти по крайней изменчивости их световой силы.) Вращаясь, они отражают то большее, то меньшее количество солнечных лучей и кажутся в телескопе наблюдателя переменными звездами всевозможных величин.

Если бы размер человека на Земле (при той же форме) был в 2–3 раза больше, то он едва бы по ней волочился, если бы в 6 раз, — то мог бы только лежать на мягком ложе или стоять в воде. Между тем на Луне тот же пятисаженный великан чувствовал бы себя совершенно свободно.

На астероидах свободны движения великанов высотой с огромную колокольню и более; великан, достающий рукой вершины башни Эйфеля и весящий 334 000 тонн (более 20 миллионов пудов), прыгает и играет, как козленок, на каком-нибудь астероиде, имеющем в окружности (предполагая шаровую форму) 150 километров и среднюю земную плотность. Наоборот, на Солнце могли бы жить только лилипуты ростом в 1½ вершка (6,6 сантиметра).

Заметим, что о подобном строении организмов эти выводы строго математичны.

Влияние тяжести на форму планет осложняется вращением их вокруг своих осей.

Благодаря вращению все планеты и Солнце более или менее сдавлены по направлению осей. Если бы вращение непрерывно ускорялось, то планета превратилась бы сначала в лепешку, потом в кольцо с центральным сфероидом; кольцо могло бы разорваться на части, вращающиеся вокруг срединного тела.

Так, может быть, образовался Сатурн с его кольцами и другие планеты с их спутниками; так, может быть, образовалась и вся планетная система.

14. Что было бы с Землей, если бы Солнце перестало простирать на нее свою притягивающую руку. Тяготение удерживает планеты близ Солнца и спутники близ их планет и не позволяет им удалиться в бесконечное и холодное пространство.

Если бы Солнце, как веревкой, не удерживало Землю, то не прошло бы и года, как все живое и незащищенное на ней погибло; Солнце превратилось бы в очень яркую звезду, сила света и тепла которой была бы в 37 раз меньше, чем теперешнего Солнца. Через 2–3 года температура атмосферы и наружных частей планеты немногим бы отличалась от температуры небесного пространства (градусов на 200 ниже нуля); затем бы исчез и свет, — последнее утешение, — напоминающий игривое электрическое солнце; осталась бы леденящая ночь с прекрасным, но печальным небом. Океаны бы замерзли, а воздух сгустился бы в жидкость и уничтожил бы человека, греющегося в норах у последнего очага.

Все разбрелось бы в разные стороны; планетная система не существовала бы. Если бы планеты с их несчастными жителями и наткнулись через несколько сотен тысяч лет на другое солнце, на что, впрочем, шансов очень мало, — то опять немедленно бы его потеряли, для чего довольно двух-трех лет; в такой же короткий промежуток времени погибшая или тлеющая жизнь не успела бы стать на ноги.

Так вот какую роль играет тяготение!..

Оно быстро уменьшается с расстоянием, как и свет, и звук, и тепло, и магнетизм — и по тому же закону.

Оно как бы расходится, растворяется в пространстве, все более и более расширяющемся, по мере удаления от источника силы.

Земля тянется к Солнцу с силой в 50 000 раз меньшей, чем та же Земля, но лежащая на самой поверхности Солнца; тем не менее этой силы довольно, чтобы изменить естественное прямолинейное движение Земли в круговое, точнее — эллиптическое.

Небесные тела, двигающиеся очень быстро, не могут долго удерживаться Солнцем; оно сворачивает их с прямого пути, но ненадолго: быстрота берет свое, и тело уносится в бесконечность; тела эти — кометы; иные из них возвращаются к Солнцу, назад; путь последних (траектория, орбита) — очень растянутый круг (эллипс, вроде длинного пузырька в дурном оконном стекле).

15. Взаимное притяжение звезд и Млечного Пути. Где нет тяжести? Когда мы удаляемся от свечи, свет ее ослабляется; совершенно в такой же зависимости от расстояния находится и сила; тяготения.

Удалившись от свечи на 10, на 100 верст, мы, наконец, поторяем ее из виду; подобно этому, удалившись достаточно от источника тяготения, наши органы чувств совершенно потеряют способность определить или хотя бы заметить бесконечно умалившуюся силу тяготения.

Междузвездные пространства, в особенности пространства между «пятнышками» млечных путей, именно таковы.

Даже между звездами сила тяжести по крайней мере в 100 000 000 раз слабее притяжения Земли у ее поверхности. Это значит, что помещенное там неподвижное тело в течение суток приобретет секундную скорость, равную 9 миллиметрам, т. е. менее ¼ вершка.

Через год эта скорость не более той, которую получает на Земле человек, прыгающий с высоты стола (5/6 метра).

Между пятнышками млечных путей, или звездных куч, тяготение меньше предыдущего раз в 1000; отсюда вытекает, что в течение года человек там приобретает ту же скорость, которую он получает, падая с незаметной для глаз высоты 1/1250 миллиметра). Скорость звезд так велика (очерк 10) сравнительно с влиянием тяготения, что путь их если и криволинеен, то кривизна эта весьма мала. Может быть, звезды не и состоянии выходить из родной им кучи — из сферы притяжения своего Млечного Пути, — но уж никак не из сферы соседней звезды, принимая среднее между ними расстояние.

Хотя есть множество «двойных», даже «тройных» звезд («сложные звезды»), или звезд, вращающихся одна около другой, как Земля вокруг Солнца или как Луна вокруг Земли, и составляющих системы, подобные планетным, но только из самосветящихся членов, тем не менее — это исключения, происшедшие благодаря относительно ничтожному расстоянию между такими звездами.

16. Кажущееся отсутствие тяжести. Нет надобности забираться так далеко, чтобы видеть разные явления при отсутствии тяжести.

Вообразим себя на какой-нибудь «малюсенькой» планетке, вращающейся вокруг Солнца, где-нибудь между Марсом и Юпитером, т. е. в поясе астероидов или вне его, ближе к Земле. Недостатка в таких планетках во всяком случае быть не может; если мы не видим их в телескоп, то только по их малости. Окрест Солнца в планетной системе нет даже недостатка в планетах — камушках, горошинках и пылинках, которые то и дело пересекают нашу атмосферу, нагреваясь через трение о воздух и светясь, как звезды (аэролиты, или «падающие звезды»); иногда они задевают и за твердую поверхность Земли, и мы их подбираем, сохраняя в музеях.

Итак, мы на планетке в несколько десятков метров диаметром; собственным тяготением ее можно пренебречь; в самом деле, при диаметре, например, 6 сажен (12 метров) и при плотности, равной средней плотности Земли (5,5) такая планета обнаруживает у своей поверхности притяжение в 1 000 000 раз меньшее земного.

Спрашивается, изменится ли наша малая тяжесть на этой планете под влиянием тяготения Солнца?

Солнце сообщает планете известное движение, но точно такое же движение оно сообщает и нашим телам; Солнце изменяет движение планеты, но точно так же оно изменяет и движение наших тел. Так что если мы, например, не касались ее поверхности до действия Солнца, то и после этого действия к планете не приблизимся и не удалимся; а это показывает, что отношение наше к планете не изменяется под влиянием посторонней силы тяготения, сколько бы таких сил ни было и куда бы они ни тянули, лишь бы расстояние их центров до наблюдаемой группы тел было велико по сравнению с величиной самой группы.

Вы поймете это, если вспомните, как одно и то же течение воды уносит кучу щепок, причем взаимное положение их долго не изменяется. Куча щепок — это мы с своей планеткой, течение — притяжение Солнца.

Стало быть, кажущееся отсутствие тяжести можно встретить на каждом маленьком астероиде, величиной в несколько сажен. Но и большие массы, даже произвольно громадные, могут не оказывать никакого влияния на другие тела своим тяготением.

Так, вычисления показывают, что полый шар не производит никакого механического действия на тела, расположенные внутри его или на внутренней его поверхности. Если наша планета — пустой стеклянный шар, содержащий воздух и растения, очищающие его, то мы имеем прекрасную обстановку для производства всяких опытов. Правда, самый воздух оказывает притяжение, но оно сравнительно ничтожно.

Наша стеклянная сфера делает оборот вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера. Не будет ли это немножко далеко? Не можем ли мы на самой Земле или очень близко к ней создать условия, при которых тяжесть как бы отсутствует? Да, можем; только помолчим до времени и вообразим, что каким-нибудь чудом земная тяжесть исчезла… Опишем, что произойдет тогда… Человек так сроднился с окружающей его обстановкой, что не может быть более подходящего способа для описания, явлений, происходящих без тяжести; поэтому и всю обстановку, за немногими исключениями, постараемся сохранить.