Изъ пушки на Луну. — Теорiя.
Небесныя силы отказали намъ въ помощи. Остается разсчитывать лишь на собственный силы, на могущество человѣческой техники, преодолѣвшей уже не мало природныхъ препятствiй. Не найдемъ ли мы здѣсь достаточно могучаго орудия, которое поможетъ намъ разорвать оковы тяжести и ринуться въ просторъ мiрозданiя, чтобы изслѣдовать иные мiры?
Надо было обладать оригинальнымъ и смѣлымъ умомъ Жюля Верна, чтобы въ смертоносномъ орудiи — пушкѣ — усмотрѣть средство вознестись живымъ на небо. Французскiй романистъ предлагалъ именно съ помощью пушки разрѣшить проблему заатмосферныхъ полетовъ. Въ своихъ романахъ онъ оставилъ намъ самый смѣлый и самый популярный проектъ межпланетныхъ путешествiй. Кто изъ насъ въ юности не путешествовалъ съ его героями на Луну, помѣстившись внутри пушечнаго ядра?
Эта остроумная идея, разработанная покойнымъ романистомъ въ двухъ произведенiяхъ — «Отъ Земли до Луны» и «Вокругъ Луны», заслуживаетъ гораздо бóльшаго вниманiя, чѣмъ то, которое обычно удѣляется ей. Увлекшись фабулой романовъ, читатели склонны превратно оцѣнивать ихъ основную мысль, считая ее фантастичной тамъ, гдѣ она вполне рѣальна, и наоборотъ — реальной тамъ, гдѣ она превращается въ несбыточную мечту. Разсмотримъ же поближе проектъ Жюля Верна, какъ чисто техническую идею, и постараемся выяснить, чтó въ немъ осуществимо и чтó относится къ области несбыточнаго.
Признаюсь, не безъ волненiя приступаю я къ анатомированiю плѣнительныхъ повѣстей симпатичнѣйшаго изъ романистовъ. За полвѣка, протекшие со времени появленiя (1865 г.) этихъ увлекательныхъ произведенiй увѣнчанныхъ французской академiей, они успѣли стать любимымъ чтенiемъ молодежи всѣхъ странъ. Въ годы моей юности они впервые зажгли во мнѣ живой интересъ къ «царицѣ наукъ» — астрономiи; не сомнѣваюсь, что тѣмъ же обязаны имъ и многiе тысячи другихъ читателей. И если все же я рѣшаюсь теперь вонзить анатомическiй ножъ въ поэтическое созданiе романиста, то совѣсть мою успокаиваетъ мысль, что я лишь слѣдую примеру извѣстнаго физика Шарля Гильома *), даровитаго соотечественника нашего автора.
*) См. его Initiation á la Mécanique» (есть два русскихъ перевода)
Вы имѣете совершенно превратное представленiе о наукѣ, если думаете, что она безжалостно подсѣкаетъ крылья воображенiю и обрекаетъ насъ пресмыкаться въ прозѣ и обыденности видимой дѣйствительности. Безплодной Сахарой было бы поле научныхъ изслѣдованiй, если бы ученые не прибѣгали къ
| Научное и ненаучное воображенiе |
Научный разборъ романа Жюля Верна не есть столкновение дѣйствительности съ фантазiей. Нѣтъ, это соперничество двухъ родовъ воображенiя — научнаго и ненаучнаго. И побѣда остается на сторонѣ науки вовсе не потому, что романистъ слишкомъ много фантазировалъ. Напротивъ, онъ фантазировалъ недостаточно, онъ не достроилъ до конца своихъ мысленныхъ образовъ. Созданная имъ воображаемая картина межпланетнаго путешествiя страдаетъ неполнотой, недодѣланностью. Намъ придется восполнить эти недостающiя подробности, и не наша вина, если упущенныя детали существенно измѣняютъ всю картину.
Надо ли пересказывать содержанiе романа, который у всѣхъ въ памяти? Напомню лишь вкратцѣ, словами самого Жюля Верна, главнѣйшiя изъ интересующихъ насъ обстоятельствъ.
«Въ 186... году весь мiръ былъ въ высшей степени взволнованъ однимъ научнымъ опытомъ, первымъ и совершенно оригинальнымъ въ анналахъ науки. Члены Пушечнаго Клуба, основаннаго артиллеристами въ Балтиморѣ послѣ американской войны, вздумали вступить въ сношенiя съ Луной, — да, съ Луной, — пославъ на нее ядро.
| Проектъ Жюля Верна |
«Согласно запискѣ, присланной членами обсерваторiи, пушка, изъ которой будетъ сдѣланъ выстрѣлъ, должна быть установлена въ странѣ, расположенной между 0° и 28° сѣверной или южной широты, чтобы можно было навести ее на Луну въ зенитѣ. Ядру должна быть дана первоначальная скорость въ 16 тысячъ метровъ въ секунду. Выпущенное 1-го декабря въ десять часовъ сорокъ шесть минутъ сорокъ секундъ вечера, оно должно достичь луны черезъ четыре дня послѣ своего отправленiя, 5-го декабря ровно въ полночь, въ тотъ самый моментъ, когда она будетъ находиться въ своемъ перигеѣ, то есть на ближайшемъ разстоянiи отъ земли.
«Рѣшено было, что: 1) ядро будетъ представлять собою алюминiеву гранату, дiаметромъ въ 108 дюймовъ, со стѣнками толщиною въ двѣнадцать дюймовъ, и будетъ вѣсить девятнадцать тысячъ двѣсти сорокъ фунтовъ; 2) пушка будетъ чугунная, длиною въ девятьсотъ футовъ и будетъ вылита прямо въ землѣ 3) на зарядъ будетъ взято четыреста тысячъ фунтовъ пироксилина, который, развивъ подъ ядромъ шесть мiллиардовъ литровъ газа, легко доброситъ его до ночного свѣтила.
«Когда эти вопросы были разрѣшены, предсѣдатель клуба, Барбикенъ, выбралъ одно мѣстечко, гдѣ послѣ чудовищной работы и была вполнѣ успѣшно отлита эта колумбiада.
«Въ такомъ положенiи находились дѣла, когда случилось одно событiе, во сто разъ увеличившее интересъ, возбужденный этимъ великимъ предпрiятiемъ.
«Одинъ французъ, фантастъ-парижанинъ, умный и отважный артистъ, попросилъ запереть его въ ядро, такъ какъ онъ хочетъ попасть на Луну и познакомиться съ земнымъ спутникомъ. Онъ помирилъ предсѣдателя Барбикена съ его смертельнымъ врагомъ, капитаномъ Николемъ, и въ залогъ этого примиренiя — уговорилъ ихъ отправиться вмѣстѣ съ нимъ въ ядрѣ. Предложенiе было принято. Измѣнили форму ядра. Теперь оно стало цилиндро-коническимъ. Этотъ родъ воздушнаго вагона снабдили сильными пружинами и легко разбивающимися перегородками, которыя должны были ослабить силу толчка при выстрѣлѣ. Захватили съѣстныхъ припасовъ на годъ, воды на несколько мѣсяцевъ, газа на несколько дней. Особый автоматическiй аппаратъ изготовлялъ и доставлялъ воздухъ, необходимый для дыханiя тремъ путешественникамъ.
«30-го ноября въ назначенный часъ, въ присутствiи необыкновеннаго количества зрителей, начался полетъ, — и въ первый разъ три человѣческихъ существа, покинувъ земной шаръ, понеслись въ межпланетныя пространства съ полной увѣренностью, что достигнутъ своей цѣли».
Первый вопросъ, который намъ предстоитъ обсудить, это, конечно, вопросъ о томъ, насколько научна самая идея перекинуть пушечное ядро на
| Можно ли перебросить ядро на Луну? |
 Ядро, извергнутое пушкой съ достаточною скоростью, никогда не упадетъ на землю, а будет вѣчно кружиться вокругъ земного шара, наподобие спутника. |
«Брошенный камень подъ дѣйствiемъ тяжести отклоняется отъ прямолинейнаго пути и падаетъ на землю, описывая кривую линию. Если бросить камень съ бóльшей скоростью, то онъ полетитъ дальше; поэтому можетъ случиться, что онъ опишетъ дугу въ десять, сто, тысячу миль и, наконецъ, выйдетъ за предѣлы Земли и не вернется на нее больше. Пусть ABF (см. рис. стр. 43) представляетъ поверхность Земли, С — ея центръ, a VD, VE, VF — кривыя линiи, которыя описываютъ тѣло, брошенное въ горизонтальномъ направленiи съ очень высокой горы съ все большей и большей скоростью. Мы не принимаемъ во вниманiе противодѣйствiя атмосферы, т. е. предполагаемъ, что она совершенно отсутствуетъ. При меньшей первоначальной скорости тѣло описываетъ кривую VD, при большей скорости — кривую VE, при еще большей скорости кривыя VF, VG. При еще большей скорости тѣло обойдетъ вокругъ всей Земли и возвратится къ вершинѣ горы, съ которой его бросили. Такъ какъ при возвращенiи къ исходному пункту скорость будетъ не меньше, чѣмъ въ началѣ, то тѣло будетъ продолжать двигаться и дальше по той же кривой».
Теперь вамъ, без] сомнѣнiя, понятно, что если бы на вершинѣ этой воображаемой Ньютоновой горы помѣщалась пушка, то извергнутое ею ядро, при извѣстной скорости и при отсутствiи атмосферы, никогда не упало бы на Землю, а безостановочно кружилось бы вокругъ нашей планеты, наподобiе крошечной Луны. Мы можемъ даже въ точности вычислить, какая начальная скорость нужна для такого полета ядра. Вычисленiе это настолько просто и результатъ настолько любопытенъ, что читатели, конечно, не откажутся произвести его сейчасъ вмѣстѣ со мною.
Чтобы найти искомую скорость, спросимъ себя сначала: почему всякое ядро, выброшенное пушкой горизонтально, въ концѣ концовъ падаетъ на Землю? Потому что земное притяженiе искривляетъ путь полета ядра — снарядъ летитъ не по прямой линiи, а по кривой, которая въ концѣ-концовъ упирается въ земную поверхность. Легко понять, что если бы мы могли уменьшить кривизну пути ядра настолько, чтобы сделать ее одинаковой съ кривизной шарообразной земной поверхности, то наше ядро никогда на Землю не упало бы, — оно вѣчно мчалось по кривой, концентрической съ окружностью нашей планеты. Этого можно добиться, сообщивъ ядру достаточную скорость.
| Вычисленiе скорости |
*) Путь, проходимый въ первую секунду свободно падающимъ тѣломъ близъ поверхности Земли, равенъ не 5-ти, а 4,9 метра. Мы закругляемъ это число ради простоты.
Знаменитая теорема Пиθагора поможетъ намъ вычислить этотъ отрѣзокъ АВ. Въ прямоугольномъ треугольникѣ АВО линiя АО есть не что иное, какъ земной радiусъ, равный 6371000 метровъ. Отрѣзокъ ОС=ОЛ, отрѣзокъ БС=5метр., следовательно, ОВ=6371005 метр.
 Вычисленiе начальной скорости пушечнаго снаряда, который никогда не долженъ упасть на землю. |
По теореме Пиѳагора имѣем
63710052 = 63710002 + AB2.
Отсюда уже легко вычислить искомую величину скорости: АВ= 7740 метровъ, или около 7½ верстъ.
Итакъ, если бы пушка могла сообщить ядру начальную скорость 7½ верстъ въ секунду, то, при отсутствiи атмосферы, такое ядро никогда уже не упало бы на Землю, а вѣчно обращалось бы вокругъ земного шара. Пролетая въ каждую секунду 7½ верстъ, оно въ теченiе 1 ч. 23 мин. уже описало бы полный кругъ въ 37000 в. и возвратилось въ точку своего исхода, чтобы начать новый кругъ, и т. д. Это былъ бы настоящiй спутникъ земного шара, наша вторая Луна, болѣе близкая и болѣе быстрая, чѣмъ первая. Ея «мѣсяцъ» равнялся бы всего только 1 часу 23 минутамъ. Она мчалась бы въ 17 разъ быстрее, чѣмъ любая точка земного экватора, и если вы вспомните то, что сказано было нами выше объ ослабленiи тяжести вслѣдствiе центробежной силы (см. стр. 26), то вамъ станетъ вполнѣ ясно, почему наше ядро не падаетъ на Землю; его вѣсъ цѣликомъ уничтожается центробежной силой. Вѣдь мы знаемъ уже, что если бы земной шаръ вращался въ 17 разъ быстрѣе, то тѣла на экваторе потеряли бы цѣликомъ свой вѣсъ; скорость же нашего ядра — 7½ верстъ въ секунду — именно въ 17 разъ больше скорости точекъ земного экватора.
Какъ видите, мы могли и сразу, безъ всякихъ геометрическихъ построенiй и вычисленiй, найти интересующую насъ скорость ядра: для этого достаточно было просто увеличить въ 17 разъ скорость движенiя точекъ земного экватора. Надѣюсь, читатель не посѣтуетъ на меня за то, что я провелъ его окольной дорогой, съ тайным умысломъ дать некоторое представленiе о простѣйшихъ расчетахъ въ механикѣ...
Человѣческой гордости должно льстить сознанiе, что мы имѣемъ возможность — пока, правда, лишь теоретическую — подарить Землѣ хоть и маленькаго, но все же настоящаго спутника. Это новое небесное тѣло при всей своей минiатюрности, будетъ нисколько не хуже всѣхъ остальныхъ. Оно строго подчиняется всѣмъ тремъ законамъ Кеплера, управляющимъ движенiемъ планетъ и ихъ спутниковъ.
Нужды нѣтъ, что пушечное ядро — предметъ «земной»; очутившись въ мiровомъ пространствѣ, онъ превращается въ настоящее небесное тѣло. Въ удрученномъ кошмаромъ мозгу Ивана Карамазова промелькнула совершенно правильная мысль, что и простой топоръ въ мiровомъ пространствѣ становится космическимъ тѣломъ и подчиняется всѣмъ законамъ небесной механики:
«Что станется въ пространствѣ съ топоромъ?.. Если куда попадетъ подальше, то примется, я думаю, летать вокругъ земли, самъ не зная зачѣмъ, въ видѣ спутника. Астрономы вычислятъ восхожденiе и захожденiе топора, Гатцукъ внесетъ въ календарь, вотъ и все»,
Мы можемъ, если хотите, тутъ же устроить маленькiй экзаменъ нашему пушечному ядру, выступающему въ роли небеснаго тѣла. Провѣримъ, подчиняется ли оно, напримѣръ, третьему закону Кеплера, гласящему: «Квадраты времѣн обращенiя небесныхъ тѣлъ относятся между собой, какъ кубы ихъ среднихъ разстоянiй отъ общаго центра притяженiя». Для подобной проверки мы должны приложить этотъ законъ къ Лунѣ и къ нашему
| Искусственная Луна |
Если дадите себѣ трудъ продѣлать это вычисленiе, вы убѣдитесь, что равенство отношенiй получается довольно близкое (надо считаться съ тѣмъ, что всѣ числа этой пропорцiи, ради простоты, закруглены, такъ что полной точности ожидать нельзя).
Итакъ, сообщивъ пушечному ядру начальную скорость 7½ верстъ въ секунду, мы превращаемъ его въ маленькое небесное тѣло, которое, побѣждая силу притяженiя, уже не возвращается на землю. Что же будетъ, если мы сообщимъ ядру еще большую начальную скорость? Въ небесной механикѣ доказывается, что при начальной секундной скорости въ 8, въ 9, въ 10 верстъ ядро, горизонтально выброшенное пушкой, будетъ описывать вокругъ Земли не окружность, а эллипсъ — тѣмъ болѣе вытянутый, чѣмъ значительнѣе начальная скорость.
Когда же мы доведемъ эту скорость приблизительно до 10½ верстъ, то эллипсъ превратится уже въ незамкнутую кривую, въ параболу. Точнее говоря, онъ долженъ былъ бы превратиться въ параболу, если бы Земля была единственнымъ тѣломъ, притяженiе котораго влiяетъ на путь нашего ядра. Могучее притягательное дѣйствiе Солнца существенно усложнитъ путь ядра, — но во всякомъ случаѣ при указанной начальной скорости, 10½ верстъ, ядро навсегда удалится отъ Земли. Если оно будетъ при этомъ брошено въ надлежащемъ направленiи, то избѣгнетъ паденiя на Солнце и будетъ вѣчно обращаться вокругъ него, подобно земному шару и другимъ планетамъ. Въ астрономическомъ смыслѣ оно повысится въ рангѣ: изъ спутника Земли превратится въ спутника Солнца, въ самостоятельную планету. Человѣчество подаритъ вселенной новое минiатюрное небесное тѣло...
Ради простоты, мы начали съ разсмотрѣнiя горизонтально брошеннаго тѣла. Въ небесной механикѣ доказывается, однако, что тѣ же выводы справедливы и для тѣла, брошеннаго подъ угломъ къ горизонту или даже вертикально, какъ ядро въ романѣ Жюля Верна. Во всѣхъ случаяхъ, при достаточной скорости, брошенное навсегда покидаетъ Землю и уносится въ пустыни пространства.
Вотъ какiя лестныя возможности открываетъ передъ нами теорiя. Но что же говоритъ ея несговорчивая сестра-практика? Въ состоянiи ли современная артиллерiя осуществить всѣ эти возможности?
Къ сожалѣнiю, пока еще нѣтъ. Самыя могучiя изъ нашихъ пушекъ не въ силахъ пока сообщить своимъ ядрамъ такихъ огромныхъ скоростей. Снаряды современной дальнобойной пушки покидаютъ жерло съ начальной скоростью, едва достигающей одной версты. Это вдвое быстрѣе, чѣмъ движенiе точекъ земного экватора, но въ восемь разъ медленнѣе, чѣмъ нужно, чтобы бросить ядро на Луну.
Однако, не будемъ терять надежды. Переходъ отъ 1 къ 8 не такъ ужъ значителенъ. Техника въ своемъ побѣдномъ шествiи оставила за собою гораздо большую пропасть, когда замѣнила жалкiе катапульты древнихъ мощными орудiями современной артиллерiи. Римскiе легионеры назвали бы безумцемъ всякаго, кто сказалъ бы имъ, что ихъ потомки будутъ перебрасывать 60-пудовыя ядра на разстоянiе
| Метательныя орудiя прежде и нынѣ. |
Нѣтъ ничего невозможнаго въ томъ, что Шварцъ или Нобель недалекаго будущаго изобрѣтетъ орудiе, которое по силѣ верженiя настолько же превзойдетъ современную пушку, насколько послѣдняя превосходитъ катапульту древнихъ римлянъ...
На Лунѣ, гдѣ напряженiе тяжести вшестеро слабѣе, чѣмъ на Землѣ, и совершенно отсутствуетъ атмосфера, служащая серьезнымъ препятствiемъ полету ядра, — тамъ осуществленiя горделиваго замысла героевъ Жюля Верна достаточна была бы пушка всего только въ 1½ раза сильнѣе тѣхъ, которыми мы уже располагаемъ въ данный моментъ.
А на спутникѣ Марса — на крошечномъ Фобосѣ — достаточно было бы просто бросить камень рукой, чтобы онъ уже никогда не упалъ обратно. По поверхности этого минiатюрнаго мiра (не болѣе 10 верстъ въ поперечникѣ) опасно было бы кататься въ автомобилѣ или на велосипедѣ развивъ достаточную скорость, седоки вмѣстѣ съ ихъ машинами рискуютъ взлетѣть вверхъ, умчаться въ мiровое пространство и превратиться въ самостоятельныя небесныя тѣла...
Но мы живемъ не на Лунѣ и не на Фобосѣ, а на Землѣ. Намъ необходимо поэтому добиваться секундной скорости въ восемь и болѣе верстъ, чтобы имѣть возможность перекидывать пушечныя ядра на иныя планеты.
в началоназад