Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

совсем не очевидных особенностей указанных пяти точек было приведено Лагранжем в 1772 г. в премированном сочинении по теории лунной орбиты и вставлено в знаменитое сочинение о проблеме трех тел. Он разделил премию с Леонардом Эйлером, еще до того открывшим точки L1, L2 и L3, но анализ Лагранжа оказался более полным и привел его к обнаружению точек L4 и L5.

Устойчивые точки Лагранжа важны, поскольку вещество будет стремиться собираться в них. Наиболее впечатляющим примером являются устойчивые точки Лагранжа на орбите Юпитера, где в непосредственной близости от каждой находятся сотни астероидов29. Первый из таких астероидов был открыт Максом Вольфом в 1906 г., когда он посредством сравнения фотографий, полученных с интервалом в одну ночь, пытался обнаружить какие-либо изменения в положении светил. Неправильно оценив обстановку, эти астероиды начали называть в честь героев Троянской войны – именами греков в точке L4 и именами троянцев в точке L5, – но в настоящий момент они настолько многочисленны, что их называют просто «троянскими астероидами». Спутники Сатурна Елена и Полидевк, находящиеся в точках Лагранжа орбиты спутника Сатурна Дионы, иногда называют «троянскими спутниками», так уж печально сложилась судьба этих греков – брата и сестры.

241

Пять точек Лагранжа по отношению к планетной орбите, а именно – точки, в которых объект может находиться в устойчивом (L 4 , L 5 ) или неустойчивом (L 1 , L 2 , L 3 ) равновесии. В данном случае точка S обозначает центральное тело, а точка E ее спутник (планету, если S – это Солнце). Поскольку система Солнце-Земля представляет особый интерес, на рисунке изображена точка M, помечающая Луну. Если не принимать во внимание Луну, то S будет обозначать планету (в данном случае Сатурн), а E – один из спутников, например Диону, у которой, как известно, есть соседи в точках L 4 и L 5 . Орбиты изображены окружностями без соблюдения масштаба.

Часто задавался вопрос, имеется ли что-нибудь в устойчивых точках Лагранжа у нашей Луны? В 1846 г. директор Тулузской обсерватории Фредерик Пети заявил о том, что он и несколько его коллег наблюдали второй спутник Земли. Мало кто прислушался тогда к этой идее, но после того как Жюль Верн использовал ее в своем романе «С Земли на Луну», астрономы время от времени стали выступать с заявлениями об обнаружении одного или нескольких подобных неуловимых объектов. В скором времени астрологи добавили новые луны в свой инструментарий. Одним из наиболее экстравагантных лунных охотников был, несомненно, Георг Вальтемат из Гамбурга, заявивший в 1898 г. об открытии не одной, а целой системы мини-лун. Несмотря на то что к его заявлению часто относились с усмешкой, сама идея оказалась не из тех, которые можно легко сбросить со счетов, и в XX в. астрономы несколько раз пытались обнаружить необнаруживаемое. В итоге важные результаты представил польский астроном Казимеж Кордылевский из Краковской обсерватории. Он начал свое исследование в 1951 г., вполне естественно, с телескопических наблюдений. Ему не удавалось ничего найти до 1956 г., когда один коллега подсказал ему, что если там находится не один крупный спутник, а большое количество малых тел, то наблюдения невооруженным глазом в темную безлунную ночь, возможно, будут более результативны, чем с помощью телескопа. Последовав этому совету, Кордылевский обнаружил в октябре 1956 г. то, что искал. Он и его студент увидели в одной из точек Лагранжа тусклое пятно, примерно в четыре раза превышающее размеры Луны. Спустя два года он обнаружил и его близнеца – другое маловыразительное облачко. Кордылевскому не удавалось сфотографировать эти облака вплоть до 1961 г. И даже после получения фотографий его открытие в течение нескольких лет подвергалось сомнению. Летающая обсерватория НАСА в 1967 г. не сумела подтвердить существование этих объектов; но затем, в 1975 г., Орбитальная солнечная обсерватория № 6 (OSO6) и анализатор зодиакального света орбитальной станции «Скайлэб» обнаружили оба облака в местах, более или менее соответствующих точкам L4 и L5. Как позже удалось обнаружить, эти скопления частиц регулярно покидают точки Лагранжа, но их устойчивое равновесие означает, что они снова возвращаются на место. В истории астрономии было лишь несколько случаев, когда с таким упорством отыскивались столь эфемерные объекты.

Что касается точек Лагранжа самой Земли, то они наконец-то нашли себе применение с наступлением космической эры. «Общество L5», способствовавшее колонизации космического пространства в подходящих для этого местах, несомненно, имеет благородную историю, но у точек Лагранжа, используемых в качестве стоянок для искусственных спутников, более практически полезная родословная. В 1995 г. точка L1 стала местом расположения космического аппарата «SOHO» (Solar and Heliospheric Observatory – Солнечная и гелиосферная обсерватория), а в 2001 г. точку L2 использовали для зонда НАСА «WMAP» (Wilkinson Microwave Anisotropy Prope – Исследователь микроволновой анизотропии им. Уилкинсона). Последний аппарат был преемником новаторского спутника «COBE» (Cosmic Background Explorer – Исследователь космического фонового излучения); и тот и другой предназначались для изучения космического микроволнового фонового излучения, картографирования темной материи и темной энергии во Вселенной (подробнее об этом в следующей главе).

Неустойчивые точки Лагранжа, как может показаться, не самый удачный выбор для космического аппарата, однако они обладают тем преимуществом, что к ним легко приблизиться, а затем так же легко их покинуть. Космический аппарат «Генезис», который, к сожалению, разбился при возвращении (после сбора образцов солнечного ветра) в пустыне штата Юта, использовал точку L1 в начале миссии и точку L2 при ее окончании. Использование этих точек приносит многие выгоды с точки зрения экономии топлива при совершении в последующем полетов за их пределами, и выдвигались предложения создания пилотируемой станции в лунной точке L1.

В сентябре 2006 г. НАСА объявило о своих планах поступить еще лучшим образом и основать к 2020 г. базу на самой Луне и, таким образом, «расширить зону обитания людей в Солнечной системе и за ее пределами»30.

РАСЦВЕТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

К концу XX в. количество запусков межпланетных зондов, осуществленных всеми государствами, равнялось примерно 160, это число включало около 30 неудач того или иного рода. С точки зрения количества запусков и вложенных средств Соединенные Штаты явно превосходили Советский Союз (впоследствии Россию) с соотношением три к двум. Еще до окончания тысячелетия Япония запустила четыре космических аппарата своими усилиями и один в кооперации; а Европа – два своими и пять совместно, причем партнером как у Европы, так и у Японии были Соединенные Штаты. В новом тысячелетии в силу бюджетных соображений одну или две научные программы отменили, а их ресурсы использовали для финансирования популярных у избирателей пилотируемых космических полетов. Финансирующие учреждения отдавали предпочтение совместным международным проектам; начинает приносить свои плоды и повышение эффективности сбора данных. Хотя не все наиболее зрелищные результаты получены в ходе программ, которые можно было бы назвать «большим сериалом», примерное представление об огромных масштабах инвестиций в эти миссии может быть составлено из одного лишь их перечисления: советская программа «Венера» насчитывает общим счетом шестнадцать полетов к Венере, в то время как Соединенные Штаты запустили девять солнечных зондов «Пионер», семнадцать лунных кораблей «Аполлон» и десять аппаратов «Маринер» к Венере и Марсу. Эти многочисленные примеры с хорошо знакомыми названиями насчитывают менее трети всех полетов. Количество искусственных спутников и зондов, участвующих в астрономических предприятиях, очень велико, и то, что начиналось как сенсация, превратилось в событие, редко ныне попадаемое даже на внутренние полосы большей