I. «Можно ли в этой точке подпрыгнуть?»

I. «Можно ли в этой точке подпрыгнуть?»

«Невесомость – состояние материального тела, при котором действующие на него внешние силы или совершаемое ими движение не вызывают взаимных давлений частиц друг на друга».

(Большая Советская Энциклопедия, изд. 3-е, т. 17, М., 1974)

Первым человеком, испытавшим состояние невесомости в свободном орбитальном полете, был, как известно, Юрий Гагарин. 12 апреля 1961 года – дата его исторического полета – знаменует начало непосредственного проникновения человека в космос.

Что такое невесомость, сейчас знает каждый. Но еще в середине нашего века это было понятие умозрительное, существовавшее скорей лишь в теории, интересное узкому кругу специалистов. К примеру, во втором издании БСЭ термин «невесомость» отсутствует (том 29 на букву «Н» вышел в свет в 1954 году, за три года до запуска в СССР первого искусственного спутника Земли).

Между тем эффект исчезновения тяжести фантасты предвидели с давних времен. Едва ли не впервые он был предугадан в причудливой книге «Сон, или Астрономия Луны», изданной на латинском языке в городе Франкфурт-на-Майне в 1633 году. Автор этого сочинения – немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571–1630), убежденный последователь Коперника, открывший три фундаментальных закона движения планет вокруг Солнца. Он написал свой «Сон» еще совсем молодым, продолжал над ним долго работать, но так и не успел напечатать. Рукопись, найденная в бумагах ученого, была опубликована его сыном.

Фантастический рассказ о полете на Луну ученика Тихо Браге,[23] юного астронома по имени Дуракотус, сопровождается обширными комментариями, которые в несколько раз превышают по объему описание самого путешествия и жизни героя на Луне.

Космическая фантазия основана на математических выкладках. Кеплер удивительно точно вычислил расстояние между Землей и Луной, верно описал лунный рельеф (горы и впадины), движение Земли, заметные наблюдателям с якобы «неподвижной» Луны, объяснил, почему невозможно увидеть обращенное в противоположную сторону лунное полушарие и так далее. Комментарии вместе с фантастическим «Сном» представляют собой научный трактат, полный гениальных догадок, перемешанных с суеверными измышлениями. Ведь тот же Кеплер служил астрологом у германского полководца Валленштейна и составлял для него гороскопы.

Что касается путешествия на Луну Дуракотуса и его спутников, то увлекают их за собой всемогущие демоны. Любопытно, что в истолковании Кеплера «демоны» – есть не что иное, как «науки, которые раскрывают причины вещей. Эта аллегория, – замечает автор, – была внушена мне греческим словом «daimon» (демон, гений, дух), которое происходит от «daiein» (знать, ведать)». Первое ощущение от стремительного полета – возросшая сила тяжести. Человеческое тело искривляется и чуть ли не выворачивается наизнанку, как если бы им выстрелили из пушки. Демоны усыпляют путников и так их удобно укладывают, чтобы толчок распределился равномерно по всему телу. В полете возникают новые осложнения: ужасный холод и затрудненность дыхания в безвоздушной среде. Но демоны знают, как уберечь путешественников.

Когда большая часть пути осталась позади, «магнетические силы» Земли и Луны уравновесились взаимным притяжением, и Дуракотус в этой точке пространства оказался как бы во взвешенном состоянии, словно вовсе не имел тяжести. Каждая частица, заключенная в его теле, поясняет автор, влеклась сама по себе вместе со всей телесной массой.

С этой минуты начинается свободное падение на Луну. Демоны опережают путников и движутся перед ними, чтобы не дать им разбиться о лунный грунт.

Таким образом, Иоганн Кеплер, пусть и в наивной форме, почти 350 лет назад сумел предусмотреть «перегрузки» человеческого организма при «старте», состояние невесомости во время полета (правда, лишь на одном небольшом отрезке) и «амортизацию» от удара при спуске на Луну.

Пассажиры цилиндро-конического вагона-снаряда, сделанного из легчайшего металла, драгоценного по тем временам алюминия, испытывают блаженное состояние невесомости. Роман «Вокруг Луны». Художник Э. Байяр.

Приводнение лунного снаряда Жюля Верна и спасение пассажиров моряками. Роман «Вокруг Луны». Художник Э. Байяр.

Позднее Исаак Ньютон в своем главном труде «Математические начала натуральной философии» (1687), опираясь на законы движения планет, открытые Кеплером, разработал основы небесной механики. Это и позволило определить скорости, необходимые для превращения снаряда в искусственный спутник Земли, для полета в пределах Солнечной системы и выхода в бесконечное пространство Вселенной (первая, вторая и третья космические скорости).

По прошествии двух с половиной столетий после появления кеплеровского «Сна» Жюль Верн подарил читателям свою знаменитую лунную дилогию – «С Земли на Луну» (1865) и «Вокруг Луны» (1870).

Пока что ограничимся разговором о невесомости. В «нейтральной точке», по мнению писателя, повторившего гипотезу Кеплера, оба притяжения – лунное и земное – должны взаимно уравновеситься. Вследствие этого «вагон-снаряд» должен «потерять всякий вес». Произойдет это из-за различия масс обеих планет на 47/52 части всего пути.

«Состояние равновесия лунного и земного притяжения, – утверждает Жюль Верн, – продолжалось не более часа». И вот как описывается эффект невесомости: «…различные предметы, оружие, бутылки, брошенные и предоставленные самим себе, словно чудом держались в воздухе…Вытянутые руки не опускались, головы качались на плечах; ноги не касались пола снаряда…Мишель вдруг подпрыгнул и, отделившись на некоторое расстояние от дна снаряда, повис в воздухе…» («Вокруг Луны», гл. 8).

Сочинения французского романиста на протяжении многих лет не выходили из поля зрения Льва Николаевича Толстого. «Романы Жюля Верна превосходны! – сказал он в 1891 году студенту, впоследствии известному физику А. В. Цингеру. – Я их читал совсем взрослым и все-таки помню, они меня восхищали. В построении интригующей, захватывающей фабулы он удивительный мастер. А послушали бы вы, с каким восторгом отзывался о нем Тургенев! Я прямо не помню, чтобы он кем-нибудь так восхищался, как Жюлем Верном».

Знакомство началось с романа «Вокруг Луны». Толстого заинтересовала гипотеза «мира без тяготения». Дневниковая запись – «Читал Верна» (17 ноября 1873 года) – сопровождается полемическими заметками: «Движение без тяготения немыслимо. Движение есть тепло. Тепло без тяготения немыслимо».

Больше всего Толстого озадачило шутливое предположение Мишеля Ардана, что если бы удалось избавиться от пут тяготения в земных условиях, то было бы достаточно «только усилия воли, чтобы по своей прихоти взлететь в пространство».

В тот же день Толстой поделился своими сомнениями с критиком H. H. Страховым: «…меня поразило то место, где они, вступив в нейтральный пункт между Луной и Землей, находятся вне закона тяжести, но все-таки двигаются. Как они это делают?… Ни ноги, ни руки, ни крылья, ни поплавки, ни змеиные позвонки не производят движения. Если они двинутся, то только непосредственным действием воли движения, т. е. чудом…»

Толстой в чудеса не верил. Под свежим впечатлением романа Жюля Верна он обратился к трудам по физике, но нигде не нашел ответа, действительно ли в состоянии невесомости возможны произвольные движения. Не удовлетворили его и письма H. H. Страхова, который объяснял, что кошка, выброшенная из окна, делает в воздухе параболу и падает на ноги. Значит, «движения возможны независимо от силы тяготения». Толстого и это не убедило, и тогда Страхов сослался на учение об инерции и привел выдержки из «Математических начал натуральной философии» Ньютона.

Спустя шесть лет, в 1879 году, Лев Николаевич заметил в одном из писем к А. А. Фету: «У Верна есть рассказ Вокруг Луны. Они там находятся в точке, где нет притяжения. Можно ли в этой точке подпрыгнуть? Знающие физики различно отвечали».

По-видимому, великий писатель так и не нашел разгадки мучившей его проблемы. Жизненный опыт человека, привыкшего к конкретному мышлению, противился умозрительной возможности движений в состоянии невесомости по собственной воле, хотя невесомость саму по себе он, как видно, не отрицал.

Еще при жизни Жюля Верна гений русской науки К. Э. Циолковский сформулировал принципы исследования мировых пространств реактивными приборами, изложил свои мысли о возможности проникновения человека в космос, об искусственном спутнике Земли, об условиях жизни при отсутствии тяготения.

«Стремление к космическим путешествиям заложено во мне известным фантазером Ж. Верном, – писал Циолковский. – Он пробудил работу мозга в этом направлении. Явились желания. За желаниями возникла деятельность ума. Конечно, она ни к чему бы не повела, если бы не встретила помощь со стороны науки».

«Калужский мечтатель», оторванный от научных центров, разрабатывал в провинциальной глуши пионерские идеи «звездоплавания», но не мог предать их широкой гласности. Эту миссию возложил на себя известный популяризатор точных наук Я. И. Перельман, один из немногих энтузиастов, сумевших оценить в полной мере прозорливость старшего современника. В 1915 году он выпустил книгу «Межпланетные путешествия», столь же «преждевременную» в царской России, как и грандиозные замыслы Циолковского.

«Межпланетным путешествиям» Перельмана суждено было выдержать много изданий, донести гениальные идеи Циолковского до широкого круга читателей, воспламенить мечтою о «звездоплавании», подкрепленной научными доказательствами, сотни и тысячи юных умов, среди которых были и первые конструкторы советских космических кораблей.

А годом раньше Перельман поместил в популярном журнале «Природа и люди» (1914, № 24) научно-фантастический рассказ «Завтрак в невесомой кухне», написанный в качестве дополнительной главы к роману «Вокруг Луны».

Ученый поправляет писателя: «Подробно рассказывая о жизни пассажиров внутри летящего ядра, Жюль Верн упустил из виду, что пассажиры, как и вообще предметы внутри каюты, во все время путешествия были абсолютно невесомы! Дело в том, – продолжает автор, – что, подчиняясь силе тяготения, все тела падают с одинаковой скоростью; сила земного притяжения должна была, следовательно, сообщать всем предметам внутри ядра совершенно такое же ускорение, как и самому ядру. А если так, то ни пассажиры, ни остальные тела в ядре не должны были давить на свои опоры; уроненный предмет не мог приближаться к полу (то есть падать), а продолжал висеть в воздухе; из опрокинутого сосуда не должна была выливаться вода и т. д. Словом, внутренность ядра должна была на время полета превратиться в маленький мир, совершенно свободный от тяжести».

Тем самым опровергается кеплеровская гипотеза «нейтральной точки». Невесомость наступает немедленно, как только снаряду сообщают космическую скорость (не менее восьми километров в секунду).

Произвольные движения внутри снаряда не вызывают сомнений, только «пассажирам» нелегко к ним приспособиться. На вопрос Л. Н. Толстого: «Можно ли в этой точке подпрыгнуть?» ответ однозначен: «Да, можно!»

Художественной популяризацией идей Циолковского с тех пор занимались многие фантасты (среди них – Александр Беляев), подробно и достоверно изобразившие состояние невесомости задолго до выхода человека в космос.