Текст книги "Научные открытия для тех, кто любит краткость"

18 июня
Первая женщина в космосе

16–19 июня 1963 года Валентина Терешкова первой из женщин в мире совершила полет в космос на корабле «Восток-6», облетев 48 раз вокруг Земли.

Легенда о «космической Золушке» облетела всю планету. Простая девушка из крестьянской семьи, которая после окончания вечерней школы рабочей молодежи трудилась на ткацкой фабрике и занималась парашютным спортом в аэроклубе, взлетела к звездам. Почти трое суток на орбите дались ей нелегко. Кабину «Востока» сами конструкторы называли между собой «консервной банкой» – она была настолько тесной, что космонавт, облаченный в скафандр, с трудом мог там шевелиться. Почти непрерывно Валентину тошнило и рвало. Но на Землю шли доклады: «Я – „Чайка“. Полет проходит нормально». Приземление тоже оказалось отнюдь не комфортным. На высоте 7 километров она катапультировалась, при этом ударившись головой о шлем. Внизу было озеро. Подумала: «Господи, послали одну женщину, и надо же будет угодить в воду!» Но сильный ветер перенес через озеро. Приземлилась с большущим синяком на щеке и виске почти в бессознательном состоянии. Ее срочно переправили в госпиталь в Москву. Лишь к вечеру врачи сообщили, что жизнь и здоровье Терешковой вне опасности. На следующий день сделали постановочную съемку для кинохроники: Терешкову посадили в аппарат, засняли статистов, бегущих к нему. Потом один из них открыл крышку аппарата. Терешкова сидела внутри веселая, улыбающаяся. Таким и увидел Терешкову весь мир.

Учитель: «Чем планета отличается от звезды?» Ученик: «Планета круглая, а звезда остроугольная».

19 июня
Как Эратосфен измерил Землю

19 июня 240 года до н. э., в день летнего солнцестояния, греческий ученый Эратосфен (276–194 до н. э.) впервые вычислил радиус Земли.

Эратосфен, друг Архимеда, греческий математик, астроном и географ, выбрал для своего измерения дугу меридиана, на которой лежат греческий город Александрия и египетский город Ассуан. Из рассказов купцов, сопровождавших свои караваны, Эратосфен узнал, что путь между Ассуаном и Александрией лежит в направлении полуденной тени, т. е. по меридиану. По скорости движения караванов и времени перехода он вычислил расстояние между городами: 5000 стадий. Ему было также известно, что в Ассуане во время летнего солнцестояния, в полдень, можно видеть изображение Солнца в глубоких колодцах. Это означает, что Солнце достигает там в это время зенита, то есть город лежит на экваторе. Чтобы вычислить широту Александрии, Эратосфен измерил длину тени от вертикального шеста в полдень дня солнцестояния. По отношению длины тени к длине шеста он определил широту: 7° 12’ – это примерно 1/50 часть окружности меридиана. Значит, длина всего меридиана равна 250 000 стадий, а радиус Земли – около 40 000 стадий. К несчастью, точная длина египетской стадии сейчас не известна, поэтому о точности этого первого измерения размера Земли мы не можем строго судить. В любом случае, полученный Эратосфеном результат отличается от правильного не более чем на 5 %. А придуманный им метод применяют до сих пор. Два тысячелетия все географы и астрономы пользовались его результатами. Только в конце XVIII века Земля была измерена более точно.

20 июня
Менделеев – не только химик

20 июня 1893 года в Петербурге открыта основанная Д.И. Менделеевым Главная палата мер и весов. Уже к началу XX века его усилиями была создана национальная эталонная база мирового уровня.

Дмитрий Менделеев (1869–1907) был семнадцатым, последним ребенком в большой семье. Сам он был дважды женат, у него было трое сыновей и две дочери. Его дочь Люба была замужем за великим поэтом Александром Блоком. Блок в своем письме Любе писал: «Твой папа вот какой: он давно все знает, что бывает на свете. Во все проник. Не укрывается от него ничего. Его знание самое полное. Оно происходит от гениальности, у простых людей такого не бывает… При нем вовсе не страшно, но всегда не спокойно, это от того, что он все и давно знает, без рассказов, без намеков…» Современники говорили, что этот великий ученый создал свою жизнь как произведение искусства.

В 1906 году Менделеева выдвигали на Нобелевскую премию, но получил премию не создатель гениальной классификации элементов, а французский химик Муассан, открывший один элемент – фтор. А через год Дмитрия Ивановича не стало. В честь Менделеева назван 101-й химический элемент – менделевий.

Менделеев, кроме химии, физики, метрологии, воздухоплавания, экономики, метеорологии, сельского хозяйства и народного просвещения, занимался также переплетным делом и… изготовлением чемоданов. Однажды он покупал в лавке материалы. «Кто это?» – спросили лавочника. «Неужели не знаете? – удивился тот, – известный чемоданных дел мастер Менделеев!» Дмитрий Иванович был очень польщен этой характеристикой.

21 июня
Начало космического туризма

21 июня 2004 года впервые вышел в космос первый частный управляемый космический корабль многоразового использования «SpaceShipOne» («Космический корабль-один»).

Похоже, не за горами время, когда вы сможете купить билет и полететь в космос на экскурсию. Началось с того, что у американского бизнесмена Питера Диамандиса возникла идея создать призовой фонд как стимул для реализации «безумных» проектов. И в 1995 году Фонд X-Prize был учрежден. Первый приз был объявлен за построение частного космического аппарата, способного доставить человека в ближний космос. К концу 2003 года за приз 10 млн долларов боролись 26 компаний. Выиграл «SpaceShipOne» (на его разработку и строительство было потрачено вдвое больше призовой суммы).

Сначала корабль поднимается на высоту около 14 км при помощи специального самолета, затем он отделяется и включается ракетный двигатель. Он приводит корабль почти в вертикальное положение и ускоряет его в течение 70–80 секунд. На этом этапе корабль достигает высоты примерно 50 км. Такую же высоту он набирает еще, двигаясь по инерции по параболической траектории. В космосе корабль находится около трех минут. Вблизи верхней точки траектории корабль складывает крылья и хвост, помогая входу в атмосферу. На высоте 17 км он снова «распускает» крылья и планирует до посадки.

На смену SpaceShipOne пришли другие корабли… 30 мая 2020 года в свой первый полет на МКС отправился новый коммерческий многоразовый корабль Crew Dragon. Скоро и мы с вами сможем полететь на Международную космическую станцию на частных пилотируемых кораблях.

22 июня
Как измерили Харон

22 июня 1978 года был открыт спутник Плутона – Харон.

Плутон и Харон разделяет расстояние, равное восьми диаметрам Плутона. Харон всего лишь вдвое меньше Плутона по размеру и в 8 раз уступает ему по массе. Оба тела обращаются друг вокруг друга с периодом около шести суток, причем они постоянно обращены друг к другу одними и теми же сторонами. Огромная удаленность этих тел не позволяет увидеть в наземные телескопы их диски и точно определить размеры по фотографиям. Измерить Харон помогло редкое событие: 5 июля 2005 года Харон закрыл собой слабенькую звезду (астрономы называют такое явление «покрытием звезды»). Зная скорость движения Харона и измерив длительность затмения звезды, удалось очень точно определить диаметр Харона: 1207±2 км. Кроме того, в моменты начала и конца затмения, судя по тому, насколько резко пропадает или появляется свет звезды, можно выявить наличие атмосферы у затмевающего тела, даже очень разреженной. Оказалось, что атмосфера у Харона совершенно отсутствует, в отличие от Плутона, у которого атмосфера имеется, хотя и сильно разреженная.

Новые данные о Плутоне и Хароне мы получили благодаря межпланетной станции «Новые горизонты», которая добралась до этих далеких тел в 2015 году (см. 19 января) и сделала фотографии с близкого расстояния. После 2005 года у Плутона было открыто еще четыре спутника, но все они гораздо меньше Харона. Это булыжники неправильной формы длиной от 7 до 54 км.

Плутон – бог подземного царства в греческой мифологии. А спутник планеты назвали Хароном в честь перевозчика душ мертвых через реку Стикс.

23 июня
Физические развлечения: «дырявая» ладонь

Это очень простая, но эффектная зрительная иллюзия.

Для начала не поленитесь определить, какой глаз у вас ведущий. Закройте правый глаз и посмотрите левым на свой поднятый палец на расстоянии вытянутой руки. Теперь откройте правый глаз. Палец скачком переместился? Значит, правый глаз у вас «главнее». Повторите ту же операцию, закрыв сначала левый глаз, – вы увидите, что после открывания левого глаза палец остался на месте.

Теперь собственно «фокус». Сворачиваем лист бумаги в трубочку и приставляем ее правой (главной) рукой к правому глазу. Раскрытую ладонь левой руки держим напротив левого глаза у дальнего края трубки, почти касаясь ее. Смотрим с помощью этой конструкции вдаль (например, в окно) и видим сквозь круглое отверстие в ладони далекий пейзаж.

Причина иллюзии проста. Глаза всегда устанавливаются на одно и то же расстояние, в этом опыте – на далекое. Дальний пейзаж, четко видимый правым глазом через трубку, совмещается в мозгу с изображением ладони, смутно видимой левым. А в итоге кажется, что мы видим пейзаж сквозь дыру в ладони. Итак, «видение» – это совместное действие глаз и мозга. Наше сознание, трактуя оптические сигналы, воссоздает представление о видимом – чаще правильное, но иногда и ошибочное. В данном случае мозг полностью подавляет изображение центральной части ладони, сквозь которую видны далекие предметы.

Резерфорд демонстрировал слушателям распад радия. Экран то светился, то темнел. «Теперь вы видите, – сказал Резерфорд, – что ничего не видно. А почему ничего не видно, вы сейчас увидите».

24 июня
НЛО

24 июня 1947 года американец Кеннет Арнольд во время полета на своем небольшом самолете увидел в воздухе девять похожих на плоские диски объектов, которые летели строем со скоростью около 2700 км/час. После публикации сенсационного сообщения Арнольда, в котором впервые появился термин «летающая тарелка», началась «погоня» за неопознанными летающими объектами (НЛО). За НЛО часто принимают астрономические и атмосферные явления, а также аэростаты, ракеты, спутники. Мало кто знает, например, что бывают аэростаты с оболочками в форме линзы. А иногда запускают связки из десятков воздушных шаров. Появление в сумерках такой цепочки, подсвеченной опустившимся за горизонт солнцем, выглядит впечатляюще. И все же некоторые явления пока не поддаются «расшифровке».

Рассказ космонавта Гречко: «Я выглянул в иллюминатор и увидел, что нас преследуют «тарелки». Причем они идут четким строем, и иногда на них заметны даже красные отблески. Я говорю Юрию Романенко: «Смотри, летят!» Он улыбнулся и ответил, что это просто пылинки, которые отделились от обшивки станции во время коррекции. Так как в космосе невозможно определить расстояние, то нам кажется, что объекты находятся далеко, на самом же деле пылинки у иллюминатора. Когда к нам в гости прилетели другие космонавты, у меня появилась идея их разыграть. <…> Я постучал пальцем по иллюминатору, и отлетело восемь пылинок. Подозвал гостей и показал им «НЛО», заметив, что сейчас они не опасные – преследуют нас, но не атакуют». Гречко не стал раскрывать секрет сразу. А на земле «секретная информация» просочилась, и пошли слухи…

25 июня
Удивительное вещество вода

25 июня 1783 года французский химик Антуан Лавуазье (1743–1794) сообщил, что вода – это соединение водорода и кислорода.

«Тобою наслаждаются, не ведая, что ты такое», – обращался к воде Антуан де Сент-Экзюпери. И сегодня вода не перестает удивлять ученых. Почти все ее физические свойства – исключение в природе. Это объясняется особого рода взаимодействием молекул воды: каждый из атомов водорода одной молекулы оттягивает к себе электроны атомов кислорода в соседних молекулах. За счет такой водородной связи молекулы объединяются в сложные агрегаты, размеры которых гораздо больше размеров одной молекулы.

Лед имеет рыхлую сетчатую структуру, в которой остается много свободного объема. При плавлении его сетчатая структура частично сохраняется. Молекулы в талой воде образуют сложные агрегаты, сохраняющие свойства льда. При нагревании часть агрегатов распадается, их размеры становятся меньше, поэтому вода уплотняется – самой плотной она бывает при 4 °C. Зимой вода с температурой 4 °C опускается на дно, а сверху остаются более холодная вода и лед, и перемешивание (конвекция) прекращается. Благодаря этому свойству воды ее обитатели живут зимой на дне глубоких водоемов.

Эта же особенность молекулярного строения воды объясняет рекордно большие значения ее теплоемкости, теплоты плавления и парообразования. На экваторе вода поглощает огромное количество солнечного тепла и переносит морскими течениями в холодные широты. Тепло, выделяющееся при замерзании воды, задерживает наступление зимних холодов. Вода – это великий распределитель тепла по Земле.

26 июня
Король физики викторианской эпохи

26 июня 1824 года родился Уильям Томсон, позднее лорд Кельвин, один из основателей термодинамики (ум. 1907).

Именно Томсон предложил абсолютную шкалу температур (в его честь названа единица ее измерения – кельвин). Ему принадлежит одна из формулировок Второго закона термодинамики (о невозможности полного превращения теплоты в работу в циклическом процессе). Томсон развил учение о сохранении энергии и ввел понятия кинетической и потенциальной энергии. Разрабатывая теорию электромагнитных колебаний, он вывел формулу для расчета периода колебаний (формулу Томсона). Он оценил возраст Земли, а также конструировал приборы и принимал заметное участие в прокладке первого трансатлантического телеграфного кабеля.

Уже в 10-летнем возрасте он поступил в университет Глазго; когда затем стал студентом Кембриджа, один из профессоров говорил своему коллеге: «Вы и я годимся только на то, чтобы подчищать опечатки в его работах». В 22 года Томсон стал профессором, в 27 был избран членом Королевского общества, в 42 посвящен в рыцари. За научные заслуги Томсон получил звание пэра и титул лорда Кельвина. Авторитет его в научном мире был огромен.

Томсон создал морской компас с компенсацией магнетизма железного корпуса судна. Сначала Адмиралтейство отнеслось к изобретению скептически, опасаясь, что «компас слишком нежный и наверняка очень хрупкий». В ответ Томсон швырнул компас в комнату, где заседала комиссия; компас не повредился. Затем он швырнул в комнату стандартный компас, и тот не выдержал броска. Новый компас был принят на вооружение всего флота.

27 июня
Что же лучше – ТЭС или АЭС?

27 июня 1954 года в Обнинске, под Москвой, введена в строй первая в мире атомная электростанция.

ТЭС (тепловая электростанция) преобразует внутреннюю энергию ископаемого органического топлива (каменного угля, нефти или газа) в электрическую. АЭС – это атомная электростанция. Там вместо органического топлива для получения тепла используется ядерное. Теплота в ядерном реакторе выделяется за счет управляемого самопроизвольного деления ядер урана.

Многие думают, что атомные электростанции приводят к радиоактивному загрязнению окружающей среды. Но это не так. При безаварийной работе выбросы АЭС содержат значительно меньше радиоактивных веществ, чем выбросы ТЭС, работающих на каменном угле, ведь в нем содержатся радиоактивные уран и торий, поэтому зольные отвалы ТЭС и выбрасываемый ими в атмосферу дым радиоактивны. Во Франции есть месторождения каменного угля с содержанием радиоактивных элементов до 3,9 кг на тонну! Отчасти этим объясняется тот факт, что около 80 % электроэнергии во Франции вырабатывается на АЭС. Они имеют еще ряд достоинств по сравнению с ТЭС. Атомная электростанция не потребляет кислород, не выделяет окислы углерода, серы, азота и другие токсичные вещества. Сама по себе АЭС – это одно из самых чистых современных производств. Радиоактивное загрязнение среды связано, в основном, с урановыми рудниками и обогатительными фабриками, перерабатывающими урановую руду. В процессе этой переработки образуется много долгоживущих радиоактивных отходов, требующих грамотного захоронения. Зато аварии на АЭС опасны чрезвычайно (см. 5 мая).

28 июня
Женщина-физик – нобелевский лауреат

28 июня 1906 года родилась Мария Гепперт-Майер, лауреат Нобелевской премии по физике 1963 года (ум. 1972).

Годы учебы Марии Гепперт в Геттингенском университете – это годы рождения квантовой механики. Она находилась в самом «эпицентре» новой физики рядом с ее творцами. Получив докторскую степень и выйдя замуж за американского химика Джозефа Майера, Мария уехала с мужем в США. Муж стал профессором, Мария же, несмотря на докторскую степень, не смогла получить оплачиваемую работу по специальности. Однако она не прекращала научную деятельность. В Колумбийском университете она работала с Энрико Ферми и Гарольдом Юри, которые в 1942 году ввели ее в Манхэттенский проект (создание атомной бомбы).

После войны Мария занялась «магическими» ядрами. Атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Мария обнаружила, что особо высокой прочностью обладают те ядра, в которых число протонов либо нейтронов равно одному из «магических» чисел 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. На основе этого факта она разработала оболочечную модель ядра. Как энергетические уровни атомных электронов группируются в электронные оболочки, так и уровни протонов и нейтронов в ядре группируются в ядерные оболочки. Ядра с полностью застроенными оболочками являются особо стабильными. Независимо от Марии к таким же выводам пришел Ханс Йенсен в Германии, с которым они разделили Нобелевскую премию по физике.

После смерти Марии Гепперт-Майер Американское физическое общество учредило награду в ее честь, присуждаемую молодой женщине-физику в начале научной карьеры.

29 июня
Человек, «сдвинувший» Вселенную

29 июня 1888 года родился Александр Александрович Фридман, русский математик и геофизик, создатель теории нестационарной Вселенной (ум. 1925).

Александр Фридман разрушил древнейшую иллюзию вечной неизменности Вселенной. Этот человек был талантлив во всем. Он стал одним из создателей теоретической метеорологии и организатором службы погоды в России, оказал большое влияние на создание русского воздушного флота. Но главным его достижением стали работы в области космологии. В 1920-е годы во всем мире можно было по пальцам перечесть ученых, которые смогли понять общую теорию относительности Эйнштейна. Одним из них был Фридман. Применив теорию тяготения Эйнштейна ко всей Вселенной, Фридман доказал, что она не остается неизменной, а должна либо расширяться, либо сжиматься. Революции, подобной этой, не было в науке о Вселенной со времен Коперника! Даже Эйнштейн, сам порушивший немало догм, не сразу смог согласиться с выводами Фридмана и смириться с тем, что Вселенная постоянно изменяется. Да и сам Фридман относился к своей теории как к математическому курьезу. Он будто бы говорил, что его дело – решать уравнения, а разбираться в физическом смысле этих решений должны другие специалисты – физики, астрономы. Спустя семь лет после этого открытия Фридмана и, увы, уже после его смерти, астроном Хаббл доказал, что галактики разбегаются и Вселенная расширяется (см. 17 января). Так в первой трети ХХ века был заложен фундамент современных представлений об эволюции Вселенной.

Фридман прожил всего 37 лет и умер от брюшного тифа.

30 июня
Тунгусский метеорит – загадка ХХ века

30 июня 1908 года в районе реки Подкаменная Тунгуска в Центральной Сибири с ревом пролетел большой огненный шар. Его полет закончился взрывом, в 1000 раз более мощным, чем взрыв атомной бомбы в Хиросиме. В течение нескольких ночей над Сибирью и даже в Европе наблюдалось свечение неба.

К сожалению, война и революция помешали сразу начать поиски. Лишь спустя 19 лет на место катастрофы отправилась первая экспедиция под руководством Леонида Кулика. В невероятно трудных условиях удалось найти кратерообразную заболоченную впадину. В ее центральной зоне вся растительность была выжжена, а в радиусе 60 км деревья повалены вершинами от центра. В эпицентре стояли голые прямые стволы с обрубленными ветвями. Возможно, метеорит взорвался на высоте 5–10 километров над тайгой. Однако никаких его осколков не нашла ни первая экспедиция, ни все последующие.

В 2006 году российские и датские ученые, проведя химический анализ образцов древесины и почвы, показали, что их состав близок к составу материи кометы Галлея, определенному аппаратами «Вега» и «Джотто» (см. 6 марта). Возможно, Тунгусский метеорит – это ядро ледяной кометы. А в 2007 году группа итальянских исследователей объявила, что они нашли в восьми километрах от эпицентра место, куда рухнуло гигантское космическое тело – это озеро глубиной 50 метров необычной конусообразной формы. Оно могло образоваться от падения тела массой около полутора тысяч тонн и диаметром около десяти метров, – возможно, фрагмента Тунгусского метеорита. Исследования дна озера продолжаются…