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

22 августа
Властелины колец

22 августа 1989 года при пролете космического аппарата «Вояджер-2» мимо Нептуна обнаружено его первое полное кольцо.

Более трехсот лет Сатурн считался единственным «Властелином колец» Солнечной системы, пока в 1977 году не были обнаружены кольца у Урана. Произошло это так. Астрономы готовились наблюдать, как Уран затмит своим диском свет далекой звезды. Совершенно неожиданно приборы стали фиксировать кратковременные затмения звезды еще до расчетного времени. Было зарегистрировано девять миганий звезды до, а затем и после покрытия ее Ураном. Так были открыты девять плотных колец Урана. В отличие от светлых и широких колец Сатурна, урановые кольца оказались угольно-черными и в тысячу раз более узкими. Через два года «Вояджер-1» обнаружил тонкое кольцо у Юпитера. Не «окольцованным» оставался один Нептун. К нему летал только один космический аппарат – «Вояджер-2» (см. 24 января). Почти все, что мы знаем об этой планете, было получено благодаря этому одиночному пролету в августе 1989. Оказалось, что и у Нептуна есть кольца. Их вид озадачил астрономов: на непрерывные узкие и почти прозрачные пылевые колечки нанизаны отдельные более плотные и яркие дуги.

Астрономы считают, что кольца – это остатки околопланетных облаков, из которых формировались миллиарды лет назад спутники планет-гигантов. Удивительно, как сильно отличаются кольца разных планет друг от друга. Кольца Сатурна – это множество небольших снежных комочков, покрытых пылью. Кольца Урана состоят из каменных глыб размером в нескольких метров, а кольца Нептуна – из ледяных частиц.

23 августа
Вода легкая и тяжелая

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Но водород на Земле существует в виде трех изотопов (см. 3 июня): стабильных атомов протия (H) и дейтерия (D) и радиоактивного трития (Т). Воздействие воды на живые организмы зависит от того, какие из изотопов водорода входят в состав молекулы. Самый благотворный вид воды – это легкая вода Н₂О. Тяжелая вода D₂O или «полутяжелая» НDO, хотя они содержатся в виде очень малых примесей в обычной воде, угнетают жизненные функции организмов. Когда подопытных животных поили водой, треть которой была заменена водой состава HDO, начиналось расстройство обмена веществ, разрушались почки. При увеличении доли тяжелой воды животные погибали. Растения при поливе такой водой переставали расти. И наоборот, растения, потреблявшие воду, в которой содержалось дейтерия на 25 % ниже нормы, развивались быстрее, а животные давали более многочисленное и здоровое потомство.

Только вот беда – обзавестись такой «живой» водой непросто: чистой H₂O в естественных условиях не существует. Ее получают в лабораториях очень сложным способом (через многоступенчатую очистку природных вод или путем синтеза из предварительно очищенных от изотопных примесей элементов H₂ и O₂) и хранят с величайшими предосторожностями. Если говорить о природных источниках, то тяжелой воды больше в местностях с жарким климатом и в закрытых водоемах – ведь легкая вода быстрее испаряется. Осадки также обогащены тяжелой водой – она конденсируется быстрее, чем легкая. Самая легкая вода содержится в антарктических льдах.

24 августа
Новый взгляд на Солнечную систему

24 августа 2006 года на Ассамблее Международного астрономического союза принята новая классификация объектов Солнечной системы.

Бурные дебаты астрономов привели к «переделу» Солнечной системы. Она стала выглядеть удивительно гармонично: четыре планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) – пояс астероидов – планеты-гиганты, которых тоже четыре (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) – пояс Койпера. Последнее название относится к области Солнечной системы за орбитой Нептуна, удаленной от Солнца на 30–50 астрономических единиц (т. е. в 30–50 раз дальше, чем удалена от Солнца Земля). В этой области расположено большое число космических объектов (их открыто уже более 800), самым известным (но не самым крупным) из которых является Плутон. Совокупная масса «населения» пояса Койпера в сотни раз превышает массу пояса астероидов. Наконец, далеко-далеко, на расстояниях от 50 000 до 100 000 астрономических единиц, простирается «облако Оорта» – скопление сотни миллионов комет. Здесь заканчиваются «гравитационные сети» нашего светила. Кого-то из этого облака гравитационные возмущения изредка направляют в сторону Солнца, и к нам прилетает «новая» комета.

Что касается Плутона, который до тех пор считался девятой планетой Солнечной системы, его отнесли к особой категории карликовых планет, так же как Эриду из пояса Койпера и Цереру из пояса астероидов. Итак, в нашей системе 8 планет. И человечество уже исследовало космическими аппаратами все планеты Солнечной системы, а также карликовые планеты Плутон и Цереру.

25 августа
Как защитить себя от радиации

Для населения в мирное время основные источники радиации – это вовсе не те, о которых больше всего говорят. Скажем, радиация, связанная с атомной энергетикой, составляет ничтожную часть по сравнению с дозами от медицинских обследований.

Основную часть (более 80 %) облучения люди получают от естественных источников земного и космического происхождения. От Солнца и из глубин Вселенной к нам приходят космические лучи. А из земных источников радиации наиболее значимым является радон – тяжелый радиоактивный газ без запаха и вкуса. Он выделяется повсеместно из земной коры, из строительных материалов. Особенно радиоактивны гранит, глиноземы и фосфогипс; а вот дерево, кирпич и бетон выделяют сравнительно мало радона. В закрытых помещениях содержание радона в несколько раз больше, чем в наружном воздухе. В конце 1970-х, когда в связи с энергетическим кризисом в Европе увлекались герметизацией помещений, были зарегистрированы концентрации радона, превышающие санитарные нормы в 5000 раз! Поэтому самый эффективный рецепт защиты от лишнего облучения в мирное время очень прост: чаще проветривайте помещение (конечно, если поблизости не случилась авария на АЭС). Открыв окно на 1 час, вы уменьшите содержание радона в комнате в 5 раз! Очень важна вентиляция подвалов, где скапливается особенно много радона, а оттуда он сквозь щели просачивается в жилые помещения.

В среднем концентрация радона в ванной комнате в 3 раза выше, чем на кухне, и в 40 раз выше, чем в жилых комнатах. Радон растворен в воде, и вместе с водяным паром он попадает в легкие.

26 августа
От ядерных взрывов не спрячешься

26 августа 1944 года Нильс Бор представил свой меморандум о международном контроле над ядерным оружием президенту США Рузвельту. Это был первый в мире документ, в котором была проделана попытка запрещения ядерного оружия.

Ядерная эра человечества началась 16 июля 1945 года, когда США взорвали первую атомную бомбу. Вскоре мощь нового оружия испытали на себе жители Хиросимы и Нагасаки. В 1949 году атомная бомба была создана и в СССР (см. 29 августа). К счастью, сверхдержавы быстро поняли, к чему может привести масштабная ядерная война, и в 1967 году подписали Договор о нераспространении ядерного оружия.

Где бы ни произошел взрыв – последствия его глобальны. При ядерных взрывах в атмосфере большая часть радиоактивного материала выбрасывается высоко в стратосферу и остается там многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности Земли. Поэтому буквально каждый подвергнется облучению от радиоактивных осадков. А так как эти осадки содержат много долгоживущих изотопов, последствия придется «расхлебывать» много десятилетий. Радиоактивные осадки попадут в почву, затем в растения и мясо животных. Так, в течение нескольких лет после пика ядерных испытаний в 1961–1962 годах содержание опасных для жизни цезия и стронция в пище было увеличено почти в 10 раз! Глобальный ядерный конфликт может привести к изменению климата на всей Земле. Неясно лишь, каковы будут эти изменения. Одни ученые полагают, что температура сильно повысится, а другие– что наступит «ядерная зима» (см. 31 октября). Проверять на практике, кто прав, очень не хочется.

27 августа
Самое мощное извержение

27 августа 1883 года в Индонезии произошел взрыв вулкана Кракатау, разрушивший значительную часть одноименного острова.

Это было одно из самых страшных извержений, когда-либо происходивших на глазах человека. Взрыв вызвал волны цунами высотой до 40 м, в которых погибло около 36 тыс. человек на островах Ява, Суматра и др. Рев вулкана разнесся на 5 тысяч километров вокруг! Волна цунами в море обошла всю планету. Воздушная же волна обошла земной шар три раза! Осенью 1883 во многих местах Европы прошел дождь из пыли и словно снегом покрыл землю. Необычные явления наблюдались в атмосфере всей Земли: солнечная корона, зеленоватый цвет дисков Солнца и Луны, пурпурные зори, внезапные мрачные сумерки… Все это было связано с помутнением атмосферы из-за огромного количества выброшенного при взрыве вулканического пепла и пыли.

Сегодня вулкан Кракатау по-прежнему существует. На месте старого вулкана появился новый конус, который растет, и сейчас его высота уже достигла 300 метров. Этот «пороховой погреб» планеты может снова взорваться. Ученые стремятся понять причины взрывных извержений. Они происходят, когда магма насыщена углекислым газом и парами воды. Выделение газов из магмы приводит к резкому возрастанию давления в магматической камере, что и ведет к взрыву. Удастся ли избежать в будущем такой трагедии?

Самое крупное извержение вулкана из когда-либо наблюдавшихся во всей Солнечной системе зарегистрировано на спутнике Юпитера Ио в 1979 году космическими аппаратами «Вояджер». На Земле подобные извержения могли происходить миллионы лет назад.

28 августа
О дирижабле замолвите слово

28 августа 1908 года состоялся первый полет первого российского дирижабля «Учебный».

Дирижабль – это аэростат с движителем, благодаря которому он может двигаться независимо от направления воздушных потоков. Дирижабли с жестким металлическим каркасом называли также цеппелинами. Внутри каркаса помещались баллоны с легким газом – опасным, но дешевым водородом, обеспечивающие большую подъемную силу. Идеален был бы безопасный гелий, но в первой половине ХХ века его добывали только в США и никому не продавали. Снаружи к каркасу крепились гондолы. Причаливали дирижабли к специальным мачтам. В начале ХХ века дирижабли были одним из самых передовых транспортных средств. Они перевозили людей и тонны груза на большие расстояния. Перемещались они со скоростью около 100 км/ч. Во время первой мировой войны немцы широко использовали цеппелины для бомбардировок Англии, для морской разведки.

После войны дирижабли совершали регулярные пассажирские рейсы, трансатлантические и даже кругосветные путешествия. Но череда аварий и катастроф, унесших немало человеческих жизней, серьезно подрывала веру в этот вид транспорта (см. 6 мая). К 40-м годам XX века строительство дирижаблей было свернуто. Казалось, прогресс авиации оставил эпоху дирижаблей позади. Однако сейчас есть несколько проектов возрождения дирижаблей. Они могут быть востребованы и в ХХI веке для транспортировки крупных грузов.

Дирижабль – единственное место, где в нарушение этикета входящие не пропускают выходящих: ведь если все выйдут, то дирижабль может улететь.

29 августа
Ядерный щит для физиков

29 августа 1949 года проведено первое испытание советского ядерного оружия, положившее конец ядерной монополии США.

В 1949 году в России предполагалось развернуть компанию против «физического идеализма, космополитизма и низкопоклонства перед западом». Угроза была серьезной. Уже заклеймили генетику и кибернетику, и немало ученых пропало в лагерях. Спасла физиков атомная бомба, работа над созданием которой вовсю велась с 1943 года. Л.П. Берия, курировавший эту работу, спросил у Курчатова, научного руководителя проекта, правда ли, что теория относительности и квантовая механика – идеалистические теории. Курчатов ответил: «Мы делаем атомную бомбу, действие которой основано на теории относительности и квантовой механике. Если от них отказаться, придется отказаться и от бомбы». Сталин отменил компанию, рассудив: главное – бомба. «Разгром идеализма в физике сделаем потом», – сказал он. Так оружие массового уничтожения спасло жизни тысяч ученых.

Отставание СССР от США в развитии ядерного оружия составило всего четыре года. И это при том, что после войны страна лежала в руинах и не могла привлечь столько денег и людей, как Америка, для работы над атомным проектом. Президент США долго не мог поверить, что «эти азиаты могли сделать такое сложное оружие, как атомная бомба», и только спустя месяц он объявил американскому народу, что СССР испытал атомную бомбу. У американских военных были планы атомных бомбардировок целого ряда крупных городов СССР. Но после прекращения атомной монополии США пришлось от этих планов отказаться.

30 августа
Алхимик ХХ века

30 августа 1870 года родился великий британский физик Эрнст Резерфорд, открывший законы радиоактивного распада, обнаруживший атомное ядро и впервые расщепивший его (ум. 1937).

Трудно назвать другого физика, совершившего столько фундаментальных научных открытий. В 1902–1903 годах Резерфорд вместе с химиком Содди раскрыл тайну радиоактивности. Их смелый вывод – радиация сопровождает превращения одних химических элементов в другие – шокировал многих химиков. Это же «трансмутация» элементов, о которой веками толковали алхимики! Даже гениальный Менделеев не смог воспринять эту идею. Но Резерфорд уже тогда предугадал космическую роль внутриатомной энергии, уже тогда догадался, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения». За исследования по превращению элементов в 1908 году Резерфорду и Содди была присуждена Нобелевская премия по химии. Резерфорд шутил, что из всех превращений, которые ему удалось наблюдать, «самым быстрым стало мое собственное превращение из физика в химика».

В 1919 году он осуществил первую искусственную трансмутацию: превращение азота в кислород при бомбардировке его альфа-частицами. Так родилась ядерная химия – «современная алхимия», по выражению Резерфорда. Он мог бы еще дважды претендовать на Нобелевскую премию: как физик, предложивший в 1911 году ядерную модель атома; как «алхимик», проложивший путь к искусственному превращению элементов.

Резерфорд говорил: «Если ученый не может объяснить, чем он занимается, уборщице, которая моет пол в его лаборатории, значит, он сам не понимает, что делает».

31 августа
Универсальный ученый

31 августа 1821 года родился Герман Гельмгольц, немецкий физик, математик, врач, физиолог и психолог (ум. 1894).

Удивительно, но в школе Герман отнюдь не блистал. Он имел плохую память, с трудом осилил историю и грамматику. Кто бы мог подумать, что в будущем этот человек станет национальным достоянием Германии! С молодости его привлекало естествознание, а медициной он занялся в надежде иметь прочное материальное положение. В итоге Герман фон Гельмгольц достиг высот в самых различных научных сферах. Его научные интересы простирались от медицины, физики, химии и математики до психологии, музыки и философии. Он был и теоретик, и экспериментатор-практик.

После окончания института семь лет «отпахал» в качестве военного врача (отрабатывал стипендию). До 50 лет был профессором физиологии. Именно Гельмгольц создал физиологическую оптику (науку о глазе и зрении) и физиологическую акустику – науку о слуховых ощущениях. Разработал теорию трёхкомпонентного цветового зрения, которая приобрела новое значение в эпоху цветного телевидения. Мы обязаны Гельмгольцу созданием офтальмоскопа – глазного зеркала, с помощью которого ему впервые удалось сделать видимой сетчатку глаза живого человека, и офтальмометра – прибора для измерения кривизны роговицы глаза. Фактически благодаря Гельмгольцу офтальмология выделилась в самостоятельную специальность. Не случайно ведущий научно-исследовательский институт глазных болезней в Москве носит его имя.

А в 50 лет – неслыханное дело – врач и физиолог стал профессором физики в Берлинском университете, а еще через несколько лет – ректором этого университета. Как так получилось? Дело в том, что Гельмгольц всегда связывал физиологию с физикой. Исследования в области обмена веществ привели его к закону сохранения энергии. Он показал всеобщий характер этого закона и применил его и в механике, и в электродинамике, и в физиологии. Гельмгольцу принадлежат открытия в гидродинамике, электродинамике, термодинамике, а также он заложил основы современной метеорологии. Он первым измерил длину волны ультрафиолетового излучения и вычислил предел разрешающей способности светового микроскопа. Это был один из последних поистине универсальных учёных.

Работа не волк, а произведение силы на перемещение.

Сентябрь

1 сентября
Черные дыры

1 сентября 1939 года журнал «Физикал Ревью» публикует первую статью о «черных дырах».

Чтобы покинуть звезду, необходима скорость, превышающая вторую космическую. Чем массивнее или плотнее звезда, тем больше эта скорость. А если она станет равной скорости света, то даже свет не сможет вырваться наружу – и звезда будет невидимой. Предположение о существовании в космосе таких объектов высказал более двухсот лет назад английский астроном Джон Мичелл. Общая теория относительности описала их свойства. А удачный термин «черная дыра» для них придумал американский астроном Джон Уилер в 1967 году.

Из всех объектов Вселенной, предсказанных научными теориями, черные дыры производят самое жуткое впечатление. Не дай бог будущим космонавтам встретиться с одинокой черной дырой! Эти невидимые «обжоры» способны поглотить огромное количество вещества. Во время акта поглощения излучается много энергии во всех диапазонах волн, и черная дыра становится заметной. Черные дыры, пожирающие вещество, уже обнаружены астрономами.

Как возникают черные дыры? Во-первых, это конечный этап эволюции достаточно массивных звезд. Когда выгорает ядерное топливо, силы тяготения заставляют звезду сжиматься все сильнее и сильнее. Когда ее радиус уменьшается до нескольких километров, звезда превращается в черную дыру. Во-вторых, в момент Большого взрыва появились первичные черные дыры. Они сохранились до сих пор и, вероятно, находятся в центрах многих галактик, в том числе и нашей (см. 13 ноября).

Если бы Земля стала черной дырой, ее радиус был бы 9 мм!

2 сентября
Вокруг света через полюса

2 сентября 1979 года началось первое кругосветное путешествие вдоль земного меридиана через оба полюса.

Нет, не перевелись еще герои-путешественники, готовые обойти вокруг света пешком, на яхте, на воздушном шаре… Все прежние кругосветные путешествия проходили в широтном направлении, т. е. с запада на восток или наоборот. И вот впервые в истории английские путешественники Ранул Файнс и Чарльз Бертон задумали обогнуть нашу планету вдоль меридиана – через ее полюсы. Они отплыли из устья реки Темзы на небольшом судне «Бенджи Би» и взяли курс на юг вдоль нулевого меридиана. По суше двигались пешком через Францию, Испанию, через пустыню Сахара и далее на юг. Потом на «Бенджи Би» пересекли Атлантический океан и прибыли к побережью Антарктиды. На специально сконструированных снегоходах путешественники двинулись в глубь ледяного материка и добрались до американской станции «Амундсен-Скотт», расположенной на Южном полюсе. Всего за 66 дней путешественники пересекли Антарктиду. Далее их путь лежал вдоль 180-го меридиана: мимо Новой Зеландии через Тихий океан, вдоль побережий США и Канады до Аляски… Перезимовав, направились к Северному полюсу, которого достигли в апреле 1982-го. Затем 99 дней дрейфовали на льдине до Шпицбергена, где их снова подобрал «Бенджи Би» и доставил в Лондон. Путешествие продолжалось почти три года.

В начале ХХ столетия человек, ежедневно шагая по земле, проходил за всю свою жизнь около 75 тысяч километров – почти два кругосветных путешествия! Сегодня наш средний «жизненный путь» втрое меньше.

3 сентября
«Торговец смертью» и благодетель

3 сентября 1864 года в Стокгольме взрыв смел с лица земли лабораторию Альфреда Нобеля, где он вместе с отцом проводил свои опыты с нитроглицерином. Погибли 5 помощников и младший брат Альфреда. Отца от горя разбил удар. Но Альфред свои опыты не прекратил, и через три года получил патент на изготовление динамита.

В памяти людей Нобель остался как изобретатель динамита и учредитель самой престижной в мире научной премии. За свою жизнь он зарегистрировал более 300 патентов, которые принесли ему не только славу, но и огромное богатство. Он хотел осчастливить человечество своими изобретениями, но Бернард Шоу назвал его врагом человечества. Нобель был крайним пацифистом и признавался, что мечтает изобрести оружие столь мощное и ужасное, чтобы его разрушительная сила предостерегла людей даже от помыслов о войне.

К концу жизни Нобель накопил огромное богатство, но был одинок. Он завещал все свое состояние фонду, «прибыль от которого будет ежегодно выдаваться в виде премий тем, кто в течение предыдущего года принес наибольшую пользу человечеству…». Всего он назначил пять премий: по физике, химии, медицине, литературе, а также премию Мира (см. 10 декабря).

Автобиография Нобеля, написанная по просьбам журналистов: «Нобель – бедное полуживое существо. Достоинства: держит ногти в чистоте и никому не бывает в тягость. Недостатки: отсутствие семьи, великое терпение, слабое здоровье, но хороший аппетит. Единственное желание: не быть погребенным заживо. Величайший грех: отсутствие любви к богатству… Этого вам достаточно?»