Что, куда и когда упадет
Вокруг Земли обращается достаточно много искусственных спутников. Некоторые находятся на низких орбитах (порядка ста километров), некоторые выше. Отдельную категорию составляют спутники, находящиеся на геостационарной орбите. Высота ее около 40 тысяч километров. Эти спутники тоже вращаются вокруг Земли, однако при такой высоте угловая скорость вращения совпадает со скоростью вращения Земли вокруг своей оси. В результате эти спутники всегда находятся над одной и той же точкой на поверхности Земли, точнее, над точкой на ее экваторе.
Спутники, которые находятся на низкой орбите, испытывают достаточно значительное сопротивление атмосферы Земли. На такой высоте она сильно разрежена. Только формально считается, что сто километров – это космос. На самом деле там еще далеко до космического глубокого вакуума. В результате линейная скорость спутника постоянно снижается. А если снижается скорость, значит в силу законов физики снижается и высота орбиты. Если ничего не делать, то через достаточно короткое время спутник снизится настолько, что сопротивление атмосферы станет решающим фактором. Скорость резко упадет. И сам спутник тоже упадет. Если быть до конца точным, на Землю упадут только его обгоревшие фрагменты.
Атмосфера на значительной высоте обладает определенными свойствами. Она не такая плотная, как на поверхности Земли. В результате торможение спутника будет относительно незначительным. А мы знаем, что скорость на орбите Земли составляет более пяти километров в секунду. Это большая скорость. И она в силу законов физики не может быть меньше. Иначе предмет, двигающийся по инерции, не вращался бы по орбите, а просто полетел бы к Земле.
Значительная линейная скорость и невысокая плотность атмосферы приводят к определенному эффекту. Предметы, попадающие в земную атмосферу на большой скорости, как правило, сгорают. Это выглядит как довольно яркая звезда, быстро движущаяся по небосклону.
Спутники на высокой орбите тоже постепенно теряют линейную скорость. Однако на высоте в несколько десятков тысяч километров сопротивление остатков атмосферы крайне мало. За счет этого фактора скорость вращения теряется, но значительно медленнее, чем на низкой орбите. Тут начинает действовать фактор внутренних деформаций. Если притяжение Земли по каким-то направлениям хоть чуть-чуть меняется, геометрические размеры спутника тоже изменяются. Это совершенно незначительное изменение, однако формально оно имеет место. Возникают внутренние напряжения, деформации. Они отнимают часть энергии вращающегося спутника. В результате тот опять-таки немного теряет линейную скорость. Таким образом, и геостационарные спутники тоже теряют высоту орбиты. Единственно, этот процесс очень медленный. Падение на Землю произойдет через сотни, а может быть, даже и тысячи лет.
Для того чтобы спутники на падали на Землю раньше времени, используется механизм корректировки орбиты. Время от времени спутник ориентируется таким образом, чтобы его двигатель оказался сзади. Двигатель на какое-то короткое время включается, линейная скорость возрастает, и спутник поднимается на орбиту в несколько десятков метров.
Все вышеописанные процессы протекают в рамках известных нам законов физики. Ничего тут удивительно нет. Однако, как выяснилось, не все так просто.
Луна тоже является спутником Земли. Ее орбита равна в среднем примерно 380 тысяч километров. Надо отметить, что эта орбита немного эллиптическая. Луна то приближается к нам на несколько десятков тысяч километров, то удаляется. Вообще, эллиптическая орбита не очень характерна для искусственных спутников Земли. Но тем не менее факт остается фактом, и не будем его скрывать.
Колебания высоты орбиты Луны длительное время не позволяли точно измерить расстояние до этого спутника Земли. Предполагалось, что в соответствии с законами физики эта орбита, как и у всех остальных спутников, тоже уменьшается. Другое дело, что масса Луны огромна, а сопротивление вещества, имеющегося в космосе на такой высоте, ничтожно. Из этого следовал вывод, что орбита Луны уменьшается, но исключительно медленно. Даже, может быть, так незначительно уменьшается, что мы со своими приборами и не сможем это установить.
Конечно, в отношении Луны действует приливной эффект, а также фактор внутренних напряжений и деформаций. Вот тут они должны существенно отнимать энергию движения Луны. Тем более, что Луна то приближается к Земле, то удаляется. Однако, с другой стороны, внутренние деформации не столь значительны за счет того, что Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Если бы она вращалась, то неоднородности в ее структуре непременно вызывали бы то растяжение, то сжатие. А это дополнительно отнимало бы энергию движения и снижало орбитальную скорость.
Обратимся опять к кинематографу. Он в определенной мере отражает наши бытовые взгляды на окружающий мир. Что мерещится нам, сразу же подхватывает кинематограф. И преподносит нам в виде кинофильма, просмотр которого не оставляет нас безучастными. Так вот, в кино вы можете неоднократно столкнуться с сюжетом падения Луны на Землю. Вокруг этого строится какой-то приключенческий сценарий, но это уже не столь существенно.
По всем рациональным расчетам так оно и должно было бы быть. Когда-нибудь, может быть, через миллионы лет, но Луна должна была бы обязательно упасть на Землю. Внутренние деформации и сопротивление космической пыли должны были в конце концов отнять у нее большую часть энергии движения и вызвать катастрофическое снижение орбиты. Тут режиссеры не должны были ошибаться. К тому же имеется похожий пример. Современные измерения изменения высоты орбиты Фобоса, спутника Марса, показывают, что его орбита снижается, и Фобос в результате должен упасть на поверхность планеты через несколько десятков миллионов лет.
Современное состояние науки и техники позволило проверить эти теоретические расчеты в отношении Луны. Теперь можно измерять расстояния между предметами с исключительной точностью. Применительно к Луне стало возможным измерить среднюю высоту ее орбиты, учитывая все колебания и отклонения. Вот ученые наконец и измерили это расстояние. Точнее сказать, определили его динамику: насколько орбита уменьшается со временем. Такие измерения позволили бы точно рассчитать, когда именно Луна намерена упасть на нашу многострадальную Землю. В ходе экспедиций американских астронавтов на Луну там были установлены лазерные отражатели. Именно с их помощью и удалось определить точное расстояние между Луной и Землей.
Результаты измерений оказались достаточно необычными. Как выяснилось, орбита Луны и не думала уменьшаться. Оказалось, что она не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Размер этого увеличения незначителен, всего около четырех сантиметров в год (3,8 см.) Однако если законы физики, которыми мы пользуемся, верны, это означает, что скорость вращения Луны вокруг Земли возрастает, а не уменьшается. А для этого необходим какой-то источник энергии. Не хочется употреблять слово "двигатель", но можете судить о ситуации сами. Факт имеет место. А объяснения можете выбирать такие, какие вам нравятся.
Конечно, в научных гипотезах, как всегда, нет недостатка. Но, учитывая характер события (оно касается основополагающих законов физики), все эти гипотезы никак не могут превратиться во что-то более точное и определенное. Если допустить, что такой источник энергии существует и именно он служит причиной ускорения вращения Луны, то никакие гипотезы в таком случае не нужны. Но тогда вы сами понимаете, какие следуют выводы. В таком случае Луна не слишком похожа на естественный спутник Земли. А мы с вами живем в мире, который совсем не соответствует описаниям, которые нам с вами сегодня подсовывают ученые и политики.
Не будем настаивать на этих трех сантиметрах. Может, ученые и ошиблись, а если еще раз измерят, то получат иные результаты. Несколько сантиметров при колебании орбиты в несколько десятков тысяч километров – это действительно крайне незначительная величина. Пока, однако, иных цифр нам не дали. Хотя упорно измеряют и перепроверяют уже четыре десятка лет.
Справедливости ради следует все-таки упомянуть о некоторых гипотезах, пытающихся объяснить феномен увеличения орбиты Луны. Суть одной из них сводится к тому, что если бы Луна вращалась вокруг своей оси не синхронно вращению вокруг Земли, то ее вращение замедлялось бы в результате взаимодействия с гравитационным полем планеты. При этом замедление вращения возникало бы в результате того, что гравитационное поле Земли неоднородное. При этом можно было бы предположить, что замедление вращения Луны вокруг собственной оси вело бы к увеличению ее скорости обращения вокруг Земли и увеличению высоты орбиты.
Как всегда возникает вопрос к авторам этой гипотезы. Даже если они правы, что далеко не очевидно. Так вот, насколько известно, вращение Луны вокруг собственной оси уже уравнялось с ее обращением вокруг Земли. Дальше уравниваться некуда. Откуда же в таком случае берется энергия для повышения орбиты? Кроме того, надо еще раз упомянуть, что, например, спутник Марса Фобос не удаляется от планеты, а, наоборот, падает на нее. Выходит, что два спутника, находящиеся примерно в равных условиях (оба обращены к планете одной стороной), ведут себя по-разному. Разные законы физики?
Еще одна гипотеза предполагает, что Земля и Луна взаимодействуют в гравитационном поле, при этом Земля замедляет свое осевое вращение. А за счет этого Луна получает дополнительную энергию и в результате удаляется от Земли. Тут можно отметить, что современные измерения не показывают явного и устойчивого замедления вращения Земли. Хотя измерения в этой области достаточно точные. Если бы явление имело место, мы бы о нем знали. Хотя не будем спорить. Может, и замедляет. Не в этом дело. Выходит, что если один объект в космосе замедляет свое осевое вращение, то вращающийся вокруг него спутник должен увеличивать линейную скорость? Что, существует такая закономерность? Ее удалось воспроизвести в лаборатории? А как же все тот же злополучный Фобос? С ним все происходит с точностью до наоборот.
Конечно, мы крайне мало знаем об окружающем мире. Вот еще один факт, имеющий определенное сходство с проблемой увеличения орбиты Луны. Астрономическая единица (а. е.) - одна из единиц измерения длины для космических расстояний. А. е. соответствует среднему расстоянию между центрами масс Земли и Солнца. Современные методы измерений позволили установить его значение достаточно точно. Так вот, эта величина ежегодно увеличивается на 15 сантиметров. А должна уменьшаться. Некоторые ученые пытаются объяснить этот феномен увеличением массы Солнца (значение а. е. связано с солнечной массой). Однако в таком случае неверны все наши знания о звездах, которые, как сейчас считается, с течением времени могут только терять массу, выжигая свое водородное "топливо".