Небесный землемер

Этот простой школьный опыт, наверное, помнят все. На листок бумаги над магнитом сыплют мелкие железные опилки. И неожиданно они начинают выстраиваться кругами — невидимые силовые линии, в существование которых приходилось верить на слово, вдруг становятся зримыми, словно они проявились на фотопластинке.

Поисками таких «опилок» и занялись ученые, исследующие огромный земной магнит. Оказалось, роль «опилок» в этом случае могут сыграть космические лучи, непрерывным потоком льющиеся на земной шар из мирового пространства. Наталкиваясь на невидимый магнитный барьер, окружающий Землю, электрически заряженные частички как бы «спотыкаются».

Пробить магнитное поле Земли удается не всем из них. Самые слабенькие покорно опускаются в приполярные районы, соскальзывая по сходящемуся вееру силовых линий. А наиболее сильные, протаранив магнитный барьер, проникают в средние и экваториальные широты.

Земной магнит как бы сортирует космические лучи. И вот, измеряя, сколько частиц и какой силы достигает поверхности Земли на разных широтах, ученые наглядно представляют себе величину магнитного поля в тех или иных местах. Они получают как бы «фотоснимок» магнитного поля, выполненный космическими лучами.

Зачем понадобилось узнавать его структуру таким сложным путем? Не проще ли было взять шар из железа, намагниченный с такой же силой, как и земной, и обсыпать его не космическими, а самыми обычными металлическими опилками? Когда-то примерно так и делали. И все, что удалось «увидеть» и «прощупать» в магнитном поле простого металлического шара, механически переносили на «чертежи» земного магнитного поля.

Но чем больше путешествовала вместе с магнитологами по настоящему магнитному океану стрелка магнитометра, тем очевиднее становилось, что земное магнитное поле далеко не так просто, как то, которое образуется вокруг ровного однородного металлического шара. Ведь Земля — вовсе не такой идеальный шар.

Теперь известно, что земной шар намагничен асимметрично. Его магнитная ось не совпадает с географической. Она наклонена к оси вращения на 11°30′ и смещена от центра Земли на целых 1140 километров в сторону Тихого океана. А само магнитное поле в западном и восточном полушариях не одинаково по силе.

Кроме того, в земном магнитном поле обнаружились значительные неровности. Силовые линии в самых неожиданных местах, вместо того чтобы образовать плавные дуги, изгибаются, сближаются, как если бы здесь находился какой-то добавочный магнит. Попробовали измерить в одном из таких мест величину магнитного поля, оказалось, что она здесь гораздо больше, чем должна бы быть. О причинах таких магнитных сгустков, как мы знаем, спорят ученые.

Так же неоднородно и земное поле тяжести. От поля тяготения, возникающего вокруг металлического шара, его отличают две особенности. Металлический шар — это действительно шар, и его поле тяготения с одинаковой силой действует во всех направлениях. А Земля сплюснута, и потому ее поле тяжести неровное: на одном и том же расстоянии от поверхности планеты оно имеет разную величину против полюсов и против экватора.

Кроме того, плотность металлического шара совершенно одинакова в любом его месте, почему можно считать, что его поле тяготения возникает в одной точке — центре шара. И тогда его очень легко начертить.

Земля же, как известно, неоднородна, и различные ее участки развивают разную силу притяжения, отчего земное поле тяжести становится очень сложным, как бы состоящим из множества местных полей. Его трудно начертить и, значит, рассчитать заранее силу, с которой оно действует в том или ином месте, пока оно не промерено буквально вдоль и поперек.

Вот почему, заставив искусственный спутник двигаться в поле тяготения Земли, ученые все-таки оказались не в силах предсказать абсолютно точный маршрут новой луны на все время ее жизни.

Непослушная спираль

«Как же так? — спросите вы. — Ведь даже в самом первом сообщении о запуске искусственной луны было сказано: спутник вышел на заданную орбиту, — и указаны ее отличительные признаки — высота над земной поверхностью, угол наклона к Земле и так далее. Разве спутник ослушался ученых и движется не на той высоте и не под тем углом, которые были ему заданы?» Разберемся в этом подробнее.

Огромная высота и стремительная скорость, как говорилось, — важнейшие условия, делающие обычный «камень» спутником планеты. И не просто большая высота и большая скорость, а вполне определенные, рассчитанные заранее, задолго до того, как будущий спутник начал свое заоблачное путешествие.

Удивительный полет безо всякого двигателя — падение, никогда не кончающееся падением, начинается с того момента, когда наступает равновесие сил, притягивающих «камень» к Земле и стремящихся отбросить его еще дальше, в космос.

А для этого наш «камень» должен мчаться со скоростью около 8 километров в секунду. Только при этом условии он не вернется на Землю и станет круг за кругом обходить ее. Поэтому такая скорость и называется круговой, или орбитальной, так как в данном случае «камень», подобно всякому небесному телу, обретает свою орбиту.