Наука
Когда наступает полнолуние, яркий свет Луны притягивает наше внимание, но Луна хранит и другие секреты, который могут вас удивить.
1. Существует четыре типа лунных месяцев
Наши месяца соответствуют примерно тому промежутку времени, которое требуется нашему естественному спутнику для прохождения полных фаз.
Из раскопок ученые обнаружили, что люди еще с эпохи палеолита считали дни связывая их с фазами Луны. Но на самом деле существует четыре разных вида лунных месяцев.
1. Аномалистический - продолжительность времени, которая требуется Луне, чтобы пройти вокруг земли, измеряемое от одного перигея (ближайшая к Земле точка орбиты Луны) до другого, что занимает 27 дней, 13 часов, 18 минут, 37,4 секунды.
2. Узловой - продолжительность времени, которая требуется Луне для того, чтобы пройти от точки пересечения орбит и вернутся к ней, что занимает 27 дней, 5 часов, 5 минут, 35,9 секунд.
3. Сидерический - продолжительность времени, которая требуется Луне, чтобы обойти землю, ориентируясь по звездам, что занимает 27 дней, 7 часов, 43 минут, 11,5 секунд.
4. Синодический - продолжительность времени, которая требуется Луне, чтобы пройти вокруг земли, ориентируясь по Солнцу (это промежуток времени между двумя последовательными соединениями с Солнцем - перехода от одного новолуния к другому), что занимает 29 дней, 12 часов, 44 минут, 2,7 секунд. Синодический месяц берется за основу во многих календарях и используется для разделения года
2. С Земли мы видим немногим больше половины Луны
Большинство справочников упоминают, что из-за того, что Луна вращается только один раз во время каждого витка вокруг Земли, мы никогда не видим больше половины всей ее поверхности. По правде говоря, нам удается увидеть больше во время ее прохождения по эллиптической орбите, а именно 59 процентов
.
Скорость вращения Луны является одинаковой, но не ее частота вращения, что позволяет нам увидеть только край диска время от времени. Другими словами, два движения не происходят совершенно синхронно, несмотря на то, что они сходятся к концу месяца. Этот эффект называется либрация по долготе .
Таким образом, Луна колеблется в направлении востока и запада, позволяя нам увидеть чуть дальше по долготе с каждого края. Оставшийся 41 процент мы никогда не увидим с Земли, а если бы кто-то находился на той стороне Луны, то он бы ни за что не увидел Землю.
3. Требуется сотни тысяч Лун, чтобы сравнится с яркостью Солнца
Видимая звездная величина Полной Луны -12,7, но Солнце в 14 раз ярче, при видимой звездной величине -26,7. Соотношение яркости Солнца и Луны составляет 398,110 к 1
. Столько Лун потребуется, чтобы сравнится с яркостью Солнца. Но все это спорный вопрос, так как не существует способа вместить столько Лун на небе.
Небо составляет 360 градусов, включая ту половину за горизонтом, которую мы не можем увидеть, и таким образом в небе больше 41,200 квадратных градусов. Луна соответствует только половине градуса поперек, что дает площадь в 0,2 квадратных градуса. Таким образом, вы можете заполнить все небо, включая ту половину, которая лежит под нашими ногами, 206,264 полными Лунами и у вас все равно останется 191,836, чтобы соответствовать яркости Солнца.
4. Первая и последняя четверть Луны и наполовину не такие яркие, как Полная Луна
Если бы поверхность Луны была бы как совершенно гладкий бильярдный шар, то яркость ее поверхности, была бы везде одинаковой. В таком случае, она бы была в два раза ярче.
Но у Луны очень неровный рельеф , особенно около границы света и тени. Ландшафт Луны пронизан бесчисленными тенями от гор, валунов и даже мельчайших частиц лунной пыли. Кроме того, поверхность Луны покрыта темными областями. В конечном счете, в первой четверти, Луна в 11 раз менее яркая чем, когда она полная . На самом деле Луна немного ярче в первой четверти, чем в последней, так как в этой фазе некоторые части луны отражают свет лучше, чем в других фазах.
5. 95 процентов освещенной Луны в два раза менее яркие, чем полная Луна
Хотите верьте, хотите нет, но примерно за 2,4 дня до и после полнолуния Луна светит в два раза менее ярче полной Луны. Несмотря на то, что 95 процентов Луны освещается в это время, и большинству обычных наблюдателей будет казаться, что это полнолуние, ее яркость примерно на 0,7 величин меньше, чем при полной фазе, что делает ее в два раза менее яркой.
6. Если смотреть с Луны, Земля тоже проходит через фазы
Однако, эти фазы противоположны лунным фазам
, которые мы видим с Земли. Когда мы видим новолуние, то с Луны можно наблюдать полную Землю. Когда Луна находиться в первой четвери, то Земля находиться в последней четверти, а когда Луна между второй четвертью и полнолунием, то Земля видна в виде полумесяца, и наконец, Земля в новой фазе видна, когда мы видим полнолуние.
С любой точки Луны (за исключением самой удаленной стороны, откуда нельзя увидеть Землю), Земля находится на том же самом месте на небе.
С Луны, Земля кажется в четыре раза больше, чем полная Луна , когда мы ее наблюдаем, и в зависимости от состояния атмосферы, светит от 45 до 100 раз ярче полной Луны. Когда полная Земля видна на лунном небосводе, она освещает окружающий лунный ландшафт голубовато-серым светом.
7. Затмения тоже меняются, если смотреть с Луны
Не только фазы меняются местами, если смотреть с Луны, но и лунные затмения являются солнечными затмениями, если смотреть с Луны
. В этом случае, земной диск закрывает Солнце.
Если он полностью закрывает Солнце, узкая полоска света окружает темный диск Земли, который подсвечивается Солнцем. Это кольцо имеет красноватый оттенок, так как он получается вследствие сочетания света восходов и закатов, который происходят в этот момент. Вот почему во время полного лунного затмения, Луна приобретает красноватый или медный оттенок.
Когда на Земле происходит полное затмение Солнца, наблюдатель с Луны может видеть в течение двух или трех часов как небольшое, отчетливое темное пятно медленно перемещается через поверхность Земли. Это темная тень Луны, которая падает на Землю,называется умбра. Но в отличие от лунного затмения, когда Луна полностью поглощается тенью Земли, лунная тень меньше на несколько сотен километров в ширину, когда касается Земли, появляясь только в виде темного пятна.
8. Кратеры Луны называются по определенным правилам
Лунные кратеры формировались астероидами и кометами, которые сталкивались с Луной. Считается, что только на ближней стороне Луны примерно 300,000 кратеров, шириной больше чем 1 км
.
Кратеры называются в честь ученых и исследователей . Например, Кратер Коперника был назван в честь Николая Коперника , польского астронома, который в 1500 годах обнаружил, что планеты движутся вокруг Солнца. Кратер Архимеда назван в честь математика Архимеда , который сделал множество математических открытий в 3 веке до нашей эры.
Традиция присваивать личные имена лунным образованиям началась в 1645 Майклом ван Лангреном (Michael van Langren) , Брюссельским инженером, который назвал главные особенности Луны по имени королей и великих людей на Земле. На своей лунной карте он назвал самую большую лунную равнину (Oceanus Procellarum ) в честь своего покровителя испанского Филиппа IV .
Но всего шесть лет спустя, Джованни Батиста Рикколи(Giovanni Battista Riccioli) из Болоньи создал свою лунную карту, удалив имена, которые дал ван Лангрен и вместо этого присвоил имена в основном известных астрономов . Его карта стала основой системы, сохранившейся по сей день. В 1939 году, Британская Астрономическая Ассоциация выпустила каталог официально названных лунных формирований. "Кто есть кто на Луне ", указав названия всех образований принятых Международным Астрономическим Союзом (МАС ).
На сегодняшний день МАС продолжает решать, какие имена давать кратерам на Луне, наряду с именами для всех астрономических объектов. МАС организует именование каждого конкретного небесного тела вокруг конкретной темы.
Названия кратеров сегодня можно разделить на несколько групп. Как правило, кратеры Луны называли в честь умерших ученых, научных работников и исследователей , которые уже стали известны за свой вклад в соответствующих областях. Так кратеры вокруг кратера Аполло и Моря Москвы на Луне назовут в честь американских астронавтов и русских космонавтов.
9. На Луне огромный температурный диапазон
Если вы начнете искать в интернете данные о температуре на Луне, то, скорее всего, запутаетесь. Согласно данным NASA
, температура на экваторе Луны варьирует от очень низкой (-173 градусов по Цельсию ночью) до очень высокой (127 градусов по Цельсию днем). В некоторых глубоких кратерах возле полюсов Луны, температура всегда около -240 градусов по Цельсию.
Во время лунного затмения, когда Луна движется к земной тени, всего за 90 минут, температура поверхности может упасть на 300 градусов по Цельсию.
10. На Луне свои часовые пояса
Вполне возможно сказать время на Луне. На самом деле, в 1970 году компания Хелброс Уотчес
(Helbros Watches)попросила Кеннета Л.Франклина (Kenneth L. Franklin)
, который много лет был главным астрономом в Нью-Йоркском Планетарии Хайден
создать часы для космонавтов, ступивших на поверхность Луны
. Эти часы измеряли время в так называемых "Лунациях
" - время, которое требуется Луне, чтобы обратится вокруг Земли. Каждая Лунация соответствует 29,530589 дням на Земле.
Для Луны Франклин разработал систему, называемую лунное время . Он представил себе местные лунные часовые пояса согласно стандартным часовым поясам на Земле, но основываясь на меридианах, шириной 12 градусов. Они будут называться незамысловато "36 градусов по восточному поясному времени " и т.д., но возможно, что будут адаптированы и другие более запоминающиеся названия, как например, "Коперниковское время ", или "время Западного спокойствия ".
Несмотря на то, что наш спутник находится на одинаковом с Землёй расстоянии от Солнца, температура на Луне колеблется от аномально низкой, до аномально высокой.
Некоторые учёные считают, что температурный режим на нашем спутнике – самый экстремальный в Солнечной системе.
Так как атмосфера Луны крайне разрежена, то основное влияние на температуру поверхности оказывает степень её освещённости. В дневное время атмосфера, рассеивая солнечные лучи, не допускает сильного прогревания, а в ночное время сохраняет тепло, защищая от переохлаждения.
Температурный диапазон
На ночной стороне Луны температура опускается до -173C, а на стороне, обращённой к Солнцу, она может достигать +127C в зависимости от степени освещённости. Температура лунных пород на глубине 1 метр постоянна и составляет -35C.
Минимальные температуры наблюдаются возле полюсов спутника на дне кратеров. Так как наклон лунной оси к плоскости эклиптики всего полтора градуса, туда никогда не доходит солнечный свет. В кратерах в районе Северного полюса зарегистрирована температура -249C, что близко к значению абсолютного нуля.
Во время полных солнечных затмений, которые длятся полтора часа, температура за этот промежуток времени падает на 250-300C и затем так же быстро поднимается до предыдущих значений.
Как измерили
Температура измерялась при помощи инфракрасных датчиков автоматических межпланетных станций, выведенных на окололунную орбиту или приземлявшихся на поверхность спутника. Поэтому результаты измерений имеют высокую степень точности.
Самые холодные места на Земле и рядом не стоят близко к температуре лунной ночи - и создать базу, которая будет способна оградить поселенцев от такой температуры, очень нелегко. В течение многих десятилетий мысли о колонизации Луны волновали ученых и дальновидных людей. На экранах телевизоров и мониторов появлялись самые разные концепции лунных колоний.
Возможно, лунная колония будет следующим логичным шагом для человечества. Это наш ближайший сосед по звездам, который находится в каких-то 383 000 километрах от нас, что упрощает поддержку ресурсами. Кроме того, на Луне в избытке гелия-3, идеального топлива для термоядерных реакторов, которого на Земле очень мало.
Маршрут для постоянной лунной колонии теоретически набрасывали разные космические программы. Китай выразил заинтересованность в размещении базы на обратной стороне Луны. В октябре 2015 года стало известно, что Европейское космическое агентство и Роскосмос планируют ряд миссий к Луне, чтобы оценить возможности для размещения постоянных поселений.
Тем не менее у нашего спутника есть ряд проблем. Один оборот Луна совершает за 28 земных дней, а лунная ночь длится 354 часа - больше 14 земных дней. Длинный ночной цикл означает существенный спад температур. Температура на экваторе варьируется от 116 градусов по Цельсию днем до -173 градусов ночью.
Лунная ночь будет короче, если разместить базу на Северном или Южном полюсе. «Есть много причин строить такую базу на полюсах, но необходимо учитывать и другие факторы, помимо часов солнечного света», говорит Эдмонд Троллоп, инженер по космическим операциям в Telespazio VEGA Deutschland. Как и на Земле, на полюсах может быть очень холодно.
На лунных полюсах Солнце будет перемещаться вдоль горизонта, а не по небу, поэтому придется выстраивать боковые панели (в форме стен), что усложнит строительство. Большая плоская база на экваторе собирала бы много тепла, но чтобы добраться до тепла на полюсе, придется строить вверх, а это непросто. «При разумно выбранном месте, разницу температур можно будет с легкостью контролировать», говорит Волкер Майвальд, ученый Немецкого аэрокосмического центра DLR.
Широкая вариативность температур в цикле дня и ночи означает, что придется обеспечивать лунные базы не только достаточной изоляцией от леденящего холода и жгучей жары, но и справляться с термическими напряжениями и тепловым расширением.
Первые роботизированные миссии на Луну, вроде советских миссий «Луна», были спроектированы прожить один лунный день (две земных недели). Посадочные модули миссий NASA Surveyor могли возобновить работу на следующий лунный день. Но урон, нанесенный компонентам во время ночи, зачастую не позволял получить научные данные.
Луноходы советской космической программы с одноименным названием, которая проводилась в конце 60–70-х годов, включала элементы радиоактивного нагрева с хитроумной системой вентиляции, что позволило аппаратам прожить до 11 месяцев. Луноходы впадали в спячку ночью и запускались с солнцем, когда становилась доступна солнечная энергия.
Один из вариантов избежать высоких тепловых колебаний - закопать здание в лунный реголит. Этот порошкообразный материал, который покрывает поверхность Луны, имеет низкую теплопроводность и высокую устойчивость к солнечной радиации. Это значит, что он обладает сильными теплоизолирующими качествами, и чем глубже колония, тем выше тепловая защита. Кроме того, поскольку база будет нагреваться, а тепло на Луне передается плохо из-за отсутствия атмосферы, это снизит дальнейшее термическое напряжение.
Тем не менее, хотя идея «закопать» колонию, в принципе, была принята успешно, на практике это будет невероятно сложной задачей. «Я пока не видел проекта, который мог бы с этим совладать, - говорит Волкер. - Предполагают, это будут роботизированные строительные машины, которыми можно будет управлять удаленно».
Другой метод, с помощью которого можно было достичь нужного результата, лежит в самой земле. Пенетраторы, способные пробить поверхность в процессе удара, уже предлагались (но в меньших масштабах) для нескольких лунных миссий, вроде японской Lunar-A и британского MoonLite (в настоящее время проект отложен, хотя идея посадки с проникновением была настолько убедительной, что ЕКА решило использовать ее для механизма быстрой доставки образцов для анализа с поверхности и подповерхности планеты или луны). Преимущество этой концепции в том, что база зарывается при столкновении, а значит подвергнется относительно умеренным термическим условиям прежде, чем будет защищена.
Тем не менее останется проблема с обеспечением энергией, поскольку типичный проект с проникновением предлагает лишь очень ограниченные возможности по использованию солнечной энергии. Есть также проблемы нагрузок высокого ускорения при столкновении и высокой точности, необходимая для наведения. «Силу столкновения, необходимую для зарывания структуры, будет очень трудно согласовать с необходимыми функциями пилотируемой базы», говорит Троллоп.
Альтернативой такому решению будет насыпать лунный реголит сверху на колонию, возможно, используя машины типа гидравлических экскаваторов. Но чтобы сделать это эффективно, придется работать быстро.
Если лунный реголит не получится насыпать на колонию, тогда над ней можно развернуть «шляпу» многослойной изоляции (MLI), которая предотвратит рассеивание тепла. Теплоизоляционные материалы MLI широко используются на космических аппаратах, защищая их от холода космоса.
Преимущество такого метода в том, что он позволяет использовать массивы солнечных батарей для сбора и хранения энергии в течение двухнедельного лунного дня. Но если будет собрано недостаточно энергии, придется учитывать и альтернативные методы генерации энергии.
Термоэлектрические генераторы могли бы обеспечивать колонию энергией в течение ночного цикла: при своей низкой эффективности они, впрочем, не имеют проблем с обслуживанием, поскольку не имеют движущихся частей. Радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) предлагают большую эффективность и имеют очень компактный источник топлива. Но базу придется экранировать от радиации, при этом позволив ей передавать тепло. Логистика установки генератора со съемным радиоактивным изотопом кишит проблемами: риски будут на всем пути, от взлета с Земли до посадки на Луну, наряду с проблемами политики и безопасности.
Можно было бы использовать и реакторы ядерного деления, но с ними будет еще больше проблем, включая перечисленные выше.
А если будут разработаны термоядерные реакторы, их тоже можно будет использовать на Луне, учитывая избыток гелия-3. Также могут пригодиться батареи - вроде литий-ионных - при условии достаточной генерации солнечной энергии за две недели ночного цикла.
Есть идея обеспечить энергией станцию на поверхности во время ночного цикла с помощью орбитального спутника, который будет передавать энергию через микроволны или лазер. Исследование этой идеи проводилось 10 лет назад. В ходе исследования выяснилось, что для большой лунной базы, требующей сотни киловатт энергии, поставляемой с орбиты 50-киловаттным лазером, ректенна (тип антенны, которая конвертирует электромагнитную энергию в прямой электрический ток) будет 400 метров в диаметре, а на спутнике - 5 квадратных километров солнечных батарей. На Международной космической станции порядка 3,3 кв. км солнечных панелей.
Несмотря на значительные трудности в строительстве колонии, которая должна будет противостоять суровому ночному лунному циклу, они не являются непреодолимыми. При соответствующей тепловой защите и соответствующей системе выработки энергии во время длинной двухнедельной ночи, мы можем получить лунную колонию уже в ближайшие двадцать лет. И тогда сможем обратить свой взор подальше.
На один квадратный метр поверхности нашей планеты, расположенной перпендикулярно солнечным лучам (для средних широт), в ясный летний день падает в одну секунду около 0,8 киловатт лучистой энергии. Если бы всю эту энергию можно было бы превратить в электрическую, то с одного гектара можно было бы «снимать» невиданный урожай - 8 тысяч киловатт электроэнергии.
Установлено, что за 5 минут человек, лежащий на пляже, получает столько солнечной энергии, сколько надо, чтобы нагреть от нуля до кипения 4 стакана воды или заставить гореть в течение 3,5 часа полуваттную лампочку в 50 свечей.
Половина всего солнечного тепла, достигающего поверхности нашей планеты, расходуется на испарение. Непрерывно к небу устремляются невидимые глазу потоки воды, которую солнечный луч превратил в пар.
В атмосфере при определенных условиях водяной пар сгущается, образуя облака. Рано или поздно дождевой каплей или легкой снежинкой, но земная вода неизбежно возвращается из облаков. Ученые подсчитали, что ежегодно на Землю выпадает более 500 тысяч кубических километров осадков. Это примерно равно объему воды в Черном море или почти в семи таких водоемах, как Каспий.
Без солнечных затмений не проходит ни одного года: ежегодно случается не менее 2 солнечных затмений. Годы без лунных затмений бывают довольно часто, примерно каждые 5 лет.
Самое продолжительное солнечное затмение длится не более семи минут.
Еще Архимед использовал солнечную энергию. Защищая родной город, он с помощью вогнутых зеркал с расстояния 200 метров поджег римские корабли, осаждавшие Сиракузы.
Полная Луна светит у нас на Земле в 440000 раз слабее Солнца.
Разница суточных температур на Луне такова, что ее жители могли бы днем купаться в расплавленной сере (+129,5 градуса Цельсия), а ночью кататься на коньках по замерзшему спирту (-127,5 градуса Цельсия).
Горы у северного и южного полюсов Луны настолько высоки, что их верхушки солнечные лучи освещают при всех фазах Луны. Их называют горами вечного дня на Луне.
Число кольцевых гор - цирков - на видимой с Земли стороне лунного шара доходит до 35000. Диаметр самых больших цирков около 300 км. Самая высокая лунная вершина достигает девяти километров - это составляет одну двухсотую часть лунного радиуса. А рекордсмен земных пиков - Джомолунгма вздымается лишь на одну семисотую часть радиуса Земли.
От некоторых лунных кратеров разбегаются светлые лучи. Природа их пока неизвестна. Одна из наиболее интересных лучевых систем - область кратера Тихо.
Шесть лучей, выходящих из этого кратера, превышают тысячу километров в длину, а один простирается на 4 тысячи километров.
На Луне есть Прямая стена. Она почти отвесно поднимается над окружающей местностью на 300 метров. Длина ее более ста километров.
На заре программы «Меркурий» Джон Шиа, главный администратор NASA, предложил способ защиты тепловых экранов космических модулей от растрескивания при вхождении в земную атмосферу после «космического холода»:
«Шиа спросил, за какой период времени тепловой экран охлаждается до той стадии, когда начинаются проблемы. Ответ был - «около тринадцати часов». Так зачем космическому кораблю оставаться в одном положении так долго? Почему бы его не вращать, чтобы тепловой экран оставался теплым в течение всего времени? Вот истоки того, что позже стало называться «шашлычным» режимом, или пассивным терморегулированием, когда корабль совершает один оборот в час на протяжении всего пути к Луне и обратно» (4, с. 176).
Таким образом, Джон Шиа решил, что капсулы Аполлона должны вращаться вокруг продольной оси, прогревая защитный тепловой экран корабля, чтобы он не треснул при вхождении в атмосферу. Было даже придумано красивое название - пассивное терморегулирование (ПТР). Но тепловой экран был закрыт служебным модулем почти до самого момента входа в атмосферу, поэтому я не представляю, чего именно NASA пыталось здесь добиться.
Само по себе вращение корабля не может ни нагреть его, ни охладить. Если жарить целую курицу на вертеле, то совершенно не имеет значения, делает она 5 оборотов в час или 50. Скорость приготовления птицы от этого не меняется. Единственное, что обеспечивает такое вращение, это равномерную прожарку.
Продольное вращение космического корабля лишь равномерно распределяет тепло от солнечного излучения: все стороны корабля нагреваются примерно до одинаковой температуры, если только корабль не направлен точно на Солнце или от него. Но это сильно усложнило бы навигацию, ведь бортовому замеряющему устройству и связанному с ним компьютеру пришлось бы одновременно решать сразу несколько задач. Но в то время компьютерная память была очень ограниченной, а скорость вычислений невысокой.
А вот что Борман пишет о режиме вращения:
«Мы использовали пассивное терморегулирование, которое означало вращение Аполлона-8 вдоль его длинной оси, когда она была направлена в сторону Солнца» (9, с. 205).
Казалось бы, человек получил степень магистра в Калифорнийском технологическом институте и преподавал термодинамику в университете Уэст-Пойнт. При этом он как будто не понимает, что если длинная ось (нос - хвост) направлена в сторону Солнца, то поглощение тепла и так минимально, и вся солнечная сторона поверхности будет нагрета равномерно. Зачем в таком случае вообще нужно это вращение?
Чтобы достичь Луны, Аполлону понадобилось 90 часов, и почти столько же, чтобы вернуться обратно. NASA утверждало, что в течение этого времени и капсула, и служебный модуль использовали кондиционеры, питаемые топливными элементами и другим смонтированным там оборудованием.
День на Луне длится две недели, затем две недели продолжается ночь. Первая экспедиция, Аполлон-11, прилунилась, когда солнце, по заявлениям NASA, находилось всего в 10 град. над горизонтом (хоть это и противоречит фотографиям и расчетам), чтобы избежать полуденной жары. Прилунения последующих Аполлонов происходили в еще более поздние лунные дни, причем в пределах 20 град. от лунного экватора.
Мистер Нобель писал о температуре на Луне:
«Температура поверхности варьируется от +117 град. в чистом солнечном свете в лунный полдень до -172 град. глубокой лунной ночью…» (37, с. 272)
Эти значения похожи на правду. Иначе астронавты непременно указали бы на ошибку. 117 град. - это горячее, чем кипящая вода, даже горячее, чем находящийся под давлением кипяток в бытовых обогревателях и бойлерах.
Однако снова и снова NASA проповедует доктрину о «холодном космосе». Гарри Хёрт так рассказывал об отдыхе Олдрина и Армстронга на Луне во время миссии Аполлон-11:
«Олдрин старался свернуться на полу ЛЭМа, но был очень взволнован, да еще и слишком замерз, чтобы нормально спать в отведенный астронавтам 7-часовой промежуток времени перед обратным вылетом. Он впоследствии сообщил: «Нам не давала уснуть температура. Было очень холодно. Спустя примерно 3 часа стало невыносимо. Конечно же, в наших скафандрах функционировала система охлаждения, и мы пытались добиться комфорта путем уменьшения циркуляции воды в них до минимума. Но это не сильно помогло. Мы включили температурный контроль в кислородных системах на максимум. Но и это не возымело особого эффекта. Мы могли бы открыть шторы на иллюминаторах и впустить солнечный свет, чтобы согреться, но это окончательно лишило бы нас всякой возможности поспать"» (13, с. 185).
Неужели NASA не сконструировало систему, которую можно просто отключить? Вопреки заявлениям Олдрина, система охлаждения в скафандре не может функционировать в условиях герметичного салона, находящегося под давлением, - об этом мы поговорим в следующей главе. В своей книге Олдрин описывает тот день:
«Мы почти не спали. Кроме всего прочего, мы были в возбужденном состоянии, да еще и замерзли» (26, с. 239).
Это по меньшей мере странно - ведь все прилунения имели место во время лунного дня, когда поверхность Луны адски раскалена. Если в полдень температура составляет +117 град., не логично ли предположить, что при возвышении Солнца в 10 град. температура поверхности будет хотя бы +80 град.? Не будем забывать также, что на Луне Солнцу требуется более 24 земных часов, чтобы оказаться на такой высоте.
Не логично ли далее предположить, что Солнце нагревает каждый объект на лунной поверхности до приблизительно одинаковой температуры? Ведь нагреваются же на припеке в земных условиях машины, дома, дорожное покрытие. Вы когда-нибудь пытались взять металлический инструмент, оставленный на летнем солнце? Он может вызвать ожог, если не использовать перчатки. А на Луне солнечный свет куда более интенсивен, поскольку не рассеивается атмосферой, как на Земле. Поэтому дневная температура там гораздо выше. И если Солнце нещадно палило, то как могло быть холодно внутри ЛЭМа?
А что касается невозможности уснуть при солнечном свете, то это представляет проблему лишь для вампиров. Нормальные же люди частенько засыпают на пляже. Зачем тогда Бог создал веки, а человек - солнцезащитные очки?
Очевидно, что вся эта история была придумана авторами «космической оперы» с одной целью: затемнить тот факт, что система охлаждения ЛЭМа предназначалась только для охлаждения электронной аппаратуры. Эта система, если она вообще существовала когда-либо, работала на батареях. Но дополнительный отток для системы кондиционирования не был показан ни на одной схеме. Мюррэй и Кокс (Murray & Сох) пишут:
«Поскольку ЛЭМ вместо топливных элементов использовал батареи, кислород не закладывался в расчеты энергообеспечения» (4, с. 426).
Тогда получается, что электронная аппаратура превращала в тепло почти всю подводимую энергию. Мне не верится, что система охлаждения ЛЭМа, как она описана, справлялась даже с этим теплом.
Во время миссии Аполлон-13, NASA нам рассказало о взрыве кислородного бака, что лишило топливные элементы необходимого окислителя. Это привело к полной зависимости астронавтов от батарей ЛЭМа. У Мюррэя и Кокса читаем:
«Постепенно энергопотребление ЛЭМа было снижено до 15 ампер в час, и астронавты, одетые в тонкую одежду, предназначенную для долгого перелета в закрытом пространстве при температуре 21 град., стали замерзать, поскольку температура упала до 15 град. и продолжала падать» (4, с. 428).
Прелюдия к этой душещипательной истории имела место во время экспедиции Близнецы-5, отправленной 21 августа 1965 года с астронавтами Питом Конрадом и Гордоном Купером на борту. Тогда топливные элементы дали сбой, и давление кислорода в них упало с 54 до 8 атм. Они выключили кондиционер внутри капсулы. Давление упало до 3,7 атм во время следующего витка, но затем случилось чудо: давление начало стабилизироваться, хоть и на очень низком уровне (14, с. 96).
Позже было выявлено, что нагреватели топливных элементов дали сбой, а затем элементы просто нагрелись на солнце. Но разве Солнце не светило во время первых трех витков? При этом Купер и Конрад жаловались ЦУПу, что внутри капсулы слишком холодно:
«Мы сидели там и дрожали от холода на протяжении последних нескольких часов» (14, с. 96).
Фрэнк Борман (Близнецы-7), напротив, сетовал на то, что его скафандр слишком теплый и что в салоне слишком жарко (9, с. 136). Это случилось после того, как обогрев салона был снижен до минимума.
Первый вопрос: почему Борман (преподаватель термодинамики, между прочим!) не мог совсем отключить систему отопления? Вы когда-нибудь видели автомобиль, у которого печка не выключается? Обогрев у Бормана наверняка был электрическим. А выключатель-то где?
Второй вопрос: почему у NASA не было обычного термостата, вроде тех, что мы используем в домах и машинах?
Третий вопрос: как эта капсула могла так сильно нагреться, если она половину времени проводила в тени Земли, в то время как экипаж Аполлона-13 замерз, проведя все свое время в солнечном свете?
Итак, еще раз пройдемся по логической цепочке NASA:
1) На стартовой площадке весь корабль охлаждается обычным кондиционером, подключенным к наземному источнику питания в космическом центре Кеннеди.
2) Корабль охлаждается в космосе за счет топливных элементов, но если пропадает питание, то кондиционер отключается.
3) Поскольку кондиционер отключается, корабль начинает остывать.
4) В ЛЭМе кондиционеров не было, поэтому в нем стало еще холоднее.
Отсюда мы извлекаем урок: когда в следующий раз ваш кондиционер начнет проигрывать схватку с летним солнцем, охладить помещение можно путем выключения кондиционера. Необходимо следить за тем, чтобы из-за жары в доме не стало слишком холодно. И наоборот: если зимой вы начнете замерзать, просто выключите обогрев и откройте окна. Блестящая логика NASA в действии!
На Земле утренние лучи быстро прогревают поверхность. Точно так же Солнце нагревает все, находящееся и на лунной поверхности. Мы можем вычислить температуру ЛЭМа, сложив всю входящую тепловую энергию и вычтя все исходящее тепло.
NASA не ответило ни на одно мое письмо с просьбой рассказать о том, какое оборудование использовалось во время миссий Аполлонов, поэтому мне придется сделать несколько допущений, прежде чем я смогу использовать закон Стефана- Больцмана для расчета температуры ЛЭМа, припаркованного на поверхности Луны под палящими лучами солнца.
Сначала надо вычислить все входящее тепло от всех источников. Я выбрал коэффициент отражения равным 0,5 просто потому, что он представляет собой середину между идеальным зеркалом и идеальным черным телом. Солнечные лучи падают на обшивку ЛЭМа с мощностью 1353 Вт на квадратный метр с освещенной стороны (8, с. 316). Таким образом, поглощенное тепло составляет: 1353 Вт х 0,5 = 675,5 Вт на квадратный метр, что можно округлить до 676.
Рассчитаем площадь лунного модуля. По моим предположениям, диаметр ЛЭМа составляет около 4,8 м. Получаем площадь его поверхности - 18 кв.м. Значит, суммарное тепло, полученное от Солнца, составляет: 676 х 18 = 12 168 Вт в час.
Процессы жизнедеятельности нормального человека поддерживают температуру тела, выделяя 111 Вт (8, с. 312). Два астронавта на борту добавляют 222 Вт в общую копилку. Итого, 12 168 + 222 = 12 390 Вт входящего тепла. Чтобы ЛЭМ не стал смертельной духовкой для своих обитателей, он должен отражать большую часть тепла, что при отсутствии кондиционирования может происходить только посредством теплового излучения. Коэффициент отражения остается тем же.
Простейший способ получить ответ - найти температуру, при которой ЛЭМ излучал бы 12 390 Вт со своей теневой стороны. Используем формулу Стефана-Больцмана, чтобы вычислить эту температуру:
Получаем 394 К, или 120 град. С.
Таким образом, чтобы ЛЭМ мог излучать тепло, равное полученному, его температура должна увеличиться до 120 град. С. Поскольку это значение очень близко к оценке температуры поверхности Луны, данной астрономами, можно признать его верным.
Я что-то упустил? Ах, да! Как может машина, которая изначально была достаточно теплой, чтобы в ней жить, вдруг стать слишком холодной, чтобы в ней спать? Это находясь-то под палящим солнцем! ЛЭМ оставался на Луне в течение 24 с лишним часов, и NASA утверждает, что наши храбрые астронавты в нем спали, отдыхали, ели, использовали для отходов, когда они не гуляли «по улице». К тому моменту, когда программа потребовала их возвращения, ЛЭМ должен был быть таким же горячим, как поверхность Луны! Тем не менее наши отчаянные астронавты как ни в чем не бывало поднялись по лестнице и заползли внутрь. Какое же им потребовалось мужество, чтобы залезть в эту «духовку»! У них и в самом деле были «правильные данные»!
Если космос холодный, зачем NASA понаставило столько радиаторов на служебный модуль - не только для охлаждения его самого, но еще и командного модуля? Ведь в космосе не может быть различных климатических зон: одна для околоземной орбиты, а другая - для окололунной. Если там так холодно, то почему не было обогревателей для отсеков? Ведь одним из требований программы «Аполлон» была возможность нахождения астронавтов внутри кораблей без скафандров (15, с. 97).
Олдрин выходил в открытый космос на Близнецах-12:
«Работая снаружи в дневное время, он мог ощущать сильное тепло от солнечного света на задней внутренней части герметичного скафандра; он едва не получил ожог кожи. В том месте находилась внешняя молния, и ее металлическая часть была раскалена от теплового излучения» (27, с. 215).
Каждый виток Земли вокруг своей оси означает один день, который можно определить как период между двумя восходами Солнца. Однако, поскольку капсула обращалась вокруг Земли приблизительно за 80 минут, это был один «день» для астронавтов, что означало приблизительно 40 минут дневного света. За 40 минут металлическая молния раскалилась настолько, чтобы обжечь Олдрину спину. А металлический ЛЭМ Аполлона-11, который стоял на Луне почти 12 часов, не нагрелся! В последующих миссиях ЛЭМ был выставлен под палящее солнце на несколько дней. И все равно сильно не нагревался. Может, солнечные лучи ослабевают на Луне? Или космос на Луне холоднее?
ЛЭМ должен был испечь наших киногероев вскоре после прилунения и задолго до того момента, как они смогли снова взлететь с Луны, чтобы состыковаться с командным модулем.
Мюррэй и Кокс писали о том, как беспокоился хьюстонский ЦУП - а вдруг холод выведет из строя измерительные приборы, и точность в одну сотую градуса пропадет:
«Они обдумывали страшную возможность: астронавтам придется выключить систему навигации и оставить ее на холоде…» (4, с. 414)
Вот так - ни много ни мало!
Если космос может охладить корабль, почему Мюррэй и Кокс написали после интервью с экспертами NASA приведенные ниже строки?
Была огромная проблема с водой. Электроника в космическом корабле выделяла тепло, которое отводилось антифризом, циркулирующим в системе. Теплый антифриз охлаждался путем его проведения через заключенные в лед трубы. Лед создавался космическим холодом из воды, запасенной на ЛЭМе. По мере того как антифриз проходил через трубы, лед испарялся и выкипал (4, с. 426).
Сначала NASA волновалось по поводу трудностей функционирования системы охлаждения. Потом Хьюстон переживал из-за возможного воздействия холода на измерительные приборы. Где логика? Эти две причины для беспокойства взаимно исключают друг друга!
Это не космический холод заставил воду превратиться в лед. Просто космос - бесконечный теплоотвод. Как мы видели, тепло от электронного оборудования составляет лишь очень незначительный процент от всего тепла, которое нужно было отвести. Командный модуль тоже должен был нагреваться с каждой минутой, проведенной под солнцем. Сколько же воды потребовалось радиаторам, чтобы охлаждать корабль в течение двухнедельного путешествия под палящим солнцем?
Коллинз задался этим вопросом в своей первой книге:
«Какой была бы температура внутри корабля, если бы он постоянно находился в солнечном свете, направляясь к Луне? Если солнечная сторона кипела, а теневая замерзала, каким было бы равновесное состояние внутри?» (7, с. 64)
Идем дальше. В мае 1973 года была запущена модернизированная ракета Сатурн-5 с космической лабораторией Скайлэб. Огромная солнечная батарея, выступающая из обеих сторон Скайлэба, как фюзеляжный киль, дала сбой во время планового развертывания. Впоследствии пытливые умы обнаружили, что во время запуска микрометеоритный поток сорвал одну панель и пригвоздил другую. Каким образом метеориты могли одновременно атаковать обе стороны корабля? Этот вопрос до сих пор ставит меня в тупик.
Орбита Скайлэба проходила на высоте 400 км. Вот как Бейкер описывает ситуацию почти через три часа после запуска:
«Персонал, обслуживающий системы жизнеобеспечения, оказался буквально завален информацией, которой никто не ожидал. Температура скакала, как сумасшедшая, но большей частью менялась только в одном направлении - вверх!» (17, с. 474)
Этот человек, современник Олдрина, Коллинза и Армстронга, должно быть, верил, что космос холодный - такой холодный, что планы не предусматривали даже термального вращения по системе Джона Шиа. Напомним, что всего несколькими годами ранее решение о посадке на Луну каждого ЛЭМа принимал ЦУП в Хьюстоне, а не «безответственные» астронавты, управляющие агрегатом. NASA раз за разом демонстрировало чудеса современной телеметрии, несмотря на 2,6-секундную задержку в передаче сигнала на 384000-километровое расстояние!
Видимо, тех гениев сразу же уволили, а оборудование быстренько списали, поскольку в этот раз на расстоянии гораздо меньшем сбоило вообще всё. Один пилотируемый запуск вообще был отменен. Обнаружилась и еще одна незадача: если солнечные батареи направлялись на Солнце, то Скайлэб сильно нагревался, если же корабль отворачивал в сторону от Солнца, ему не хватало электропитания.
Проблему можно было решить еще на стадии планирования, если бы разработчикам вовремя сообщили, что космос не холодный. Они бы сконструировали солнечные батареи с возможностью поворота на 90 град. Тогда корабль можно было бы направить в сторону от Солнца, чтобы он не нагревался, а батареи ориентировать так, чтобы обеспечить полноценное электропитание корабля.
На 12-м витке (спустя примерно 12 часов после запуска) датчики показывали внутри корабля +38 град. С, а температура фюзеляжа достигала +82 град. С. Было ясно, что на этом проблемы с температурой не закончатся (17, с. 476). Во время запуска давление внутри Скайлэба было преднамеренно снижено до 58 мм ртутного столба (0,08 атм), дабы корабль не разорвало. К приему астронавтов планировалось увеличивать давление до 225 мм (0,3 атм), закачивая кислород (17, с. 476). Однако реализацию и этого плана пришлось приостановить, поскольку повышение давления при экстремальной температуре тоже могло разорвать фюзеляж.
Мне в это верится с трудом. Однако достаточно очевидным представляется именно то, что высокая температура при 70 % кислорода может привести к еще одному пожару, аналогичному тому, в котором сгорели Гриссом, Чаффи и Уайт.
Чуть позже в тот же день температура солнечной стороны фюзеляжа достигла снаружи отметки +146 град. С, а внутри, измеренная непосредственно у стены, поднялась до +49 град. С. На теневой стороне значения температур были, соответственно, +32 град. С снаружи и +21 град. С внутри (17, с. 476).
О чем вообще никогда не упоминалось, так это о том, что в отличие от ЛЭМа и командного корабля Аполлона, Скайлэб провел половину времени в тени Земли, не получая вообще никакого солнечного излучения. Разве вблизи от Земли космос не такой же холодный? К вечеру того же дня внутренняя температура достигла своего максимума в +51 град. С и только после этого начала медленно снижаться.
Это еще одна шутка NASA? У Коллинза читаем:
«Пока не было этой тени, температура внутри постепенно поднялась до 66 град. С» (16, с. 175).
Тем временем в Хьюстоне боялись, что высокие температуры могут привести к отравлению воздуха угарным газом и толуилендиизоцианатом (ТДИ) от материалов внутри корабля (17, с. 476). Возникло опасение, что лабораторию придется многократно проветривать, чтобы удалить токсичные испарения (17, с. 479).
Поскольку гироскоп и другие измерительные приборы отказали, гении NASA придумали, как определить точную угловую ориентацию, опираясь на температурные показатели. По крайней мере, так они сказали Бейкеру. Он пишет:
«На протяжении прошедшего дня информация от двухстепенного гироскопа о точной угловой ориентации Скайлэба становилась менее и менее надежной, поскольку она не обновлялась данными с сенсоров, сфокусированных на солнечном диске, и аппарат таким образом постепенно утратил точную калибровку, которая у него была на старте. Диспетчеры, теперь хорошо понимавшие влияние местоположения на внешнюю и внутреннюю температуры, могли по повышению или уменьшению температурных показателей определить точную ориентацию Скайлэба» (17, с. 480).
Это напоминает историю про Эмиля Шиссера, который по радиосигналам с Аполлона-11 мог точно определить местоположение корабля. В эту сказку так же трудно поверить.
«27 мая наши космические герои наконец-то поднялись на борт Скайлэба и развернули зонт от солнца. И, как нас уверяют, не без колоссальных усилий. С раскрытым зонтом внутренняя температура упала до +46 град. С, и астронавты легли спать в Скайлэбе» (17, с. 480). Вы когда-нибудь пытались заснуть при температуре +35 град. С, не говоря уже о +46 град. С? Пит Конрад и его ребята действительно проявили чудеса хладнокровия, в буквальном смысле. Вот что значит «правильные данные»!
На следующее утро температура снизилась до +42 град. С, и экипаж приступил к работе. Меня, наконец, осенило, что угол наклона корабля к плоскости орбиты определяет длительность его нахождения в солнечном освещении. Наши полюса имеют наклон 21,5 град. к плоскости вращения. Таким образом, корабль с углом наклона в 21,5 град. половину времени проводил бы в тени. При наклоне 68,5 град. на север он был бы освещен постоянно. Скайлэб, имея северный наклон в 50 град., «загорал на солнышке» 80 % времени.
Корабль, летящий в сторону «новой» Луны, на 384 000 км ближе к Солнцу. Может быть, интенсивность излучения ослабевает по мере приближения к светилу? Или пояса Ван Аллена, которые неким образом собирают радиацию, также аккумулируют в себе и солнечное тепло?
Итак, сделанные из одного материала Скайлэб и Аполлон-13 вели себя абсолютно по-разному: постоянно находясь на солнце, первый перегревался, зато второй отчаянно мерз. Вспомним также, что, по сообщениям NASA, 6 ЛЭМов, которые стояли на раскаленной, как сковорода, поверхности Луны в течение нескольких дней, без кондиционеров, тоже замерзали. Например, Аполлон-16 произвел посадку, когда Солнце было на высоте 30 град. над горизонтом и к этому моменту прогревало поверхность в течение 8 дней. В Нью-Йорке, Солнце находится на такой высоте только в период зимнего солнцестояния. Любой, кто работает на улице или катается на лыжах в это время, расскажет вам о количестве тепла в солнечный день. Астронавты находились на Луне, пока Солнце не поднялось на высоту 68 град. В Нью-Йорке оно бывает так высоко в июле. Много лет назад я проектировал солнечный коллектор и знаю, что если Солнце в зените взять за единицу (достаточную для нагрева поверхности Луны до 120 град. С), то количество тепла будет изменяться по синусоиде. Так, угол возвышения в 30 град. над горизонтом дает 50 %, а угол 68 град. - 92 %. Какой будет температура лунной поверхности после непрерывного нагрева в течение 11 дней? Сколько времени понадобится, чтобы она достигла +100 град. С? Интересно, эти астронавты внутри ЛЭМа тоже не могли спать от холода?