Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach

Tekst
0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Nie masz czasu na czytanie?
Posłuchaj fragmentu
Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach
Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach
− 20%
Otrzymaj 20% rabat na e-booki i audiobooki
Kup zestaw za 34,98  27,98 
Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach
Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach
Audiobook
Czyta Tomasz Ignaczak
19,99 
Szczegóły
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa

Krzysztof Boruń

Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach

Saga

Księżyc zdobyty. O rakietach księżycowych i sztucznych planetach

Utwór ma charakter publikacji historycznej, ukazującej postawy i tendencje charakterystyczne dla czasów, z których pochodzi.

Zdjęcia na okładce: Shutterstock

Copyright © 1959, 2021 Krzysztof Boruń i SAGA Egmont

Wszystkie prawa zastrzeżone

ISBN: 9788726938623

1. Wydanie w formie e-booka

Format: EPUB 3.0

Ta książka jest chroniona prawem autorskim. Kopiowanie do celów innych niż do użytku własnego jest dozwolone wyłącznie za zgodą Wydawcy oraz autora.

www.sagaegmont.com

SAGA Egmont, spółka wydawnictwa Egmont

Rozdział I

OD FANTAZJI DO NAUKI

NAJPIERW BYŁO MARZENIE...

Najpierw było marzenie. Marzenie dziecka, aby pochwycić biegnącą wśród chmur księżycową kulę. Lecz gdy przekonano się, że nawet z największych szczytów górskich dosięgnąć tej kuli nie można — coraz natarczywiej umysły ludzkie poczęło nurtować pytanie: czym jest naprawdę to niezwykłe zjawisko? Nie wystarczyły już legendy i baśnie szeptane w wieczornych godzinach przy ognisku, pochodni czy kaganku...

A kiedy wreszcie człowiek nauczył się czytać w wielkiej księdze Przyrody, gdy Księżyc przestał być srebrzystą lampą zawieszoną w przestworzach po to, aby rozjaśniała ludziom ciemności nocy, i okazał się ciałem podobnym do Ziemi — zrodziła się tęsknota za tym tajemniczym dalekim światem. Dotknąć stopą księżycowego globu, ujrzeć na własne oczy krajobrazy, których nikt nigdy nie widział, spojrzeć na Ziemię zawieszoną nieruchomo na gwiaździstym niebie...

Różnych imano się sposobów. Biskup Godwin (XVII w.) każe bohaterowi swej powieści „Człowiek na Księżycu“ Dominikowi Gonzalesowi odbyć podróż międzyplanetarną w zaprzęgu... dzikich gęsi... Ten typ pojazdu, aczkolwiek bardziej „przyrodniczy“ od środka lokomocji użytego przez mistrza Twardowskiego, którego diabeł porzucił na Księżycu, jest tak samo „niezawodny’’ jak sposób zaproponowany przez doktora Teodora Tripplina w jego „Podróży po Księżycu odbytej przez Serafina Bolińskiego“. W tej chyba pierwszej polskiej powieści „astronautycznej“, wydanej w roku 1858 w Petersburgu, bohater przenosi się na księżycowy glob we śnie hypnotycznym.

Ale pojawiają się również pomysły inne, dziwnie realne, mógłby ktoś rzec — prorocze. Około roku 1500 chiński mandaryn Wan-Hu wpada na pomysł budowy pojazdu kosmicznego poruszanego za pomocą rakiet prochowych. Może zresztą nie należy się dziwić temu uczonemu mężowi. Wszak rakieta narodziła się właśnie w Chinach, i to już prawdopodobnie blisko tysiąc lat temu.

Nie wiadomo, czy pomysły mandaryna Wan-Hu znano w Europie, czy też po prostu były to czasy wzrostu zainteresowania napędem rakietowym, dość że w XVII wieku w swej powieści fantastycznej o podróży do „państw i cesarstw“ Księżyca i Słońca słynny pisarz, filozof i szermierz Cyrano de Bergerac dostaje się na Księżyc przy pomocy wehikułu napędzanego sześcioma rzędami rakiet, po sześć w każdym. Czyżby przewidywał, że rakieta będzie właśnie tym silnikiem, który otworzy człowiekowi drogę we wszechświat?

Wkrótce jednak pomysł ten ginie w niepamięci. Ciekawe, że nie wracają do niego tacy mistrzowie fantastyki naukowej, jak Verne, Wells czy też nasz Żuławski. Pod koniec XIX stulecia bohaterowie Verne’a podróżują z Ziemi na Księżyc i wokół Księżyca w pocisku wystrzelonym z działa o 250-metrowej lufie. Do nadania statkowi prędkości niezbędnej do lotu na Księżyc używa wybuchu również Żuławski w swej księżycowej epopei „Na srebrnym globie“.

Wystrzałem z działa nie uda się jednak zrealizować lotu międzyplanetarnego. Aby nadać pociskowi niezbędną prędkość na stosunkowo krótkiej drodze (tj. w lufie działa), trzeba by poddać go ogromnemu przyspieszeniu. W przypadku armaty Verne’a byłoby ono tak gwałtowne, że załoga poniosłaby śmierć, zmiażdżona zwiększonym 60 000 razy ciężarem własnych ciał. Nie pomogą tu amortyzatory i komory wodne mające osłabić uderzenie podłogi kabiny o ciała astronautów. Trzeba pocisk przyspieszać przez dłuższy czas na dłuższej drodze, a osiągnąć to można tylko wydłużając lufę. Jak wynika z obliczeń, na to aby nadać pociskowi niezbędną prędkość z przyspieszeniem np. 10 razy większym od ziemskiego (organizm ludzki może takie przyspieszenie znieść przez kilkadziesiąt sekund), lufa działa musiałaby mieć długość 600 kilometrów. Takiego działa nie można zbudować z przyczyn technicznych.

Także pomysł Wellsa, zawarty w powieści „Pierwsi ludzie na Księżycu“, a polegający na umieszczeniu wokół statku urządzenia znoszącego przyciąganie Ziemi, pozostaje — przynajmniej na razie — w sferze fantazji. Mówimy „przynajmniej na razie“, gdyż coraz więcej słyszy się ostatnio o grawitonach — hipotetycznych cząstkach, od których jakoby zależy wyłącznie siła wzajemnego przyciągania atomów materii, o możliwości przemiany energii pola grawitacyjnego w inną postać energii, czy nawet o antygrawitacji — sile odpychania, którą może uda się wytworzyć sztucznie. W świetle takich poglądów idea Wellsa nabiera nieoczekiwanie rumieńców życia.

Niemal do końca XIX wieku sprawa podróży kosmicznych pozostawała prawie wyłącznie domeną pisarzy. Przez długie wieki marzenie o podróży na Księżyc wydawało się ludziom trzeźwo patrzącym na świat nierealne jak bajka z tysiąca i jednej nocy. I nie ma się co dziwić takiej postawie. Człowiek od zarania swego istnienia stąpał po Ziemi i „zdrowy rozsądek“ uczył, że żadna siła oderwać go od niej nie może.

Lecz oto już nadchodził świt nowej ery. Sprawami podróży kosmicznych zaczynają się zajmować nie tylko pisarze. Nową epokę w zastosowaniu silnika rakietowego otwierają prace Mikołaja Kibalczyca i Konstantego Ciołkowskiego.

Kibalczyc — rewolucjonista rosyjski, skazany na karę śmierci za udział w zamachu na Aleksandra II w 1881 roku, przebywając w więzieniu opracował pierwszy na świecie projekt aparatu latającego o napędzie rakietowym. Praca jego, ukryta w tajnych aktach carskiej ochrany, ujrzała światło dzienne dopiero po Rewolucji Październikowej.

Brak było jednak teorii naukowej wyjaśniającej działanie silnika rakietowego i pozwalającej konstruktorom ująć je w sposób ścisły, matematyczny. Dzieła tego dokonał dopiero Ciołkowski (1857—1935). Nazywamy go dziś „ojcem astronautyki“, bo też ten genialny uczony radziecki, syn Polaka, carskiego zesłańca, i Rosjanki, zespalając w swych pracach marzenie fantasty ze ścisłością naukowego myślenia, potrafił wybiec śmiałymi planami tak daleko w przyszłość, że niemal każde ze współczesnych osiągnięć astronautyki może znaleźć w nim swego prekursora.

Wiek XX przeobraził nasze spojrzenie na świat. Pragnienie dziecka usiłującego pochwycić Księżyc — nabiera nowej treści. Startują rakiety Goddarda (USA), Tichonrawowa (ZSRR) i Obertha (Niemcy). Tlące się dotąd iskierki pomysłów strzelają jasnym płomieniem, nieustannie podsycanym szybkim rozwojem techniki. Człowiek zaczyna poważnie myśleć o podboju przestrzeni kosmicznej. Pierwszym celem na tej drodze jest nasz satelita.

ZAGADKI „SREBRNEGO GLOBU“

W miarę jak coraz bliższy staje się dla nas Księżyc, coraz więcej wyłania się zagadek, coraz więcej odkrywamy nieścisłości w naszych poprzednich badaniach. Zdarzają się kwestie dotyczące tylko drobnych poprawek w obliczeniach, ale są i problemy o znaczeniu zasadniczym. Często wyniki obserwacji obalają dawne hipotezy — do niedawna uważane niemal za potwierdzone.

Może niejednemu czytelnikowi wyda się to dziwne, ale nie jesteśmy już obecnie bynajmniej tak bardzo pewni nawet... odległości Księżyca od Ziemi.

Średnia odległość naszego naturalnego satelity od Ziemi wynosi 384 400 km. Dokonane niedawno pomiary radarowe zdają się wskazywać, że odległość ta jest nieco większa niż wyliczona na podstawie pomiarów optycznych. Nie chodzi tu o dużą różnicę, niemniej sam fakt budzi różne domysły. Nie jest wykluczone, że między Księżycem a Ziemią znajduje się jakiś ośrodek (warstwa rozrzedzonych gazów?) załamujący promienie świetlne. Odległość od Księżyca określamy mierząc kąty, pod jakimi widzimy jednocześnie jeden i ten sam punkt na jego powierzchni z dwóch odległych punktów globu ziemskiego. Jeśliby istotnie okazało się, że zmierzona w ten sposób odległość nie jest ścisła, gdyż promienie ulegają odchyleniu — konsekwencją tego byłaby również korekta oceny wielkości Księżyca. Krążyłby wówczas nie tylko dalej, ale i byłby większy...

Nieduża różnica w ocenie odległości i wielkości Księżyca, czy też sprawa istnienia księżycowego pola magnetycznego nie należą do zagadek, które mogłyby pasjonować przeciętnego mieszkańca naszego globu. Daleko silniej działa na wyobraźnię wszystko, co dotyczy warunków fizycznych panujących na Księżycu oraz szczegółów ukształtowania jego powierzchni. Np. przez długi czas przypuszczano, że Księżyc nie posiada atmosfery. Nowsze badania, zwłaszcza metodą pomiarów polaryzacji światła rozproszonego przy powierzchni Księżyca, zdają się wskazywać, że znajdziemy tam gaz tysiące razy rzadszy od gęstości atmosfery ziemskiej na poziomie morza. Z innych pomiarów wynika, iż ciśnienie jego jest miliony, czy nawet miliard razy mniejsze od ziemskiego. Które rezultaty bliższe są prawdy?

Z rozważań teoretycznych wynika również, że atmosfera Księżyca powinna składać się przeważnie z dwutlenku siarki (SO2 ) i dwutlenku węgla (CO2 ). Czy tak jest rzeczywiście?

 

Czy na Księżycu trwają ruchy górotwórcze? Czy wydobywają się z jego wnętrza jakieś gazy? Czy obsunięcia i szczeliny tektoniczne, które obserwujemy na jego powierzchni, są utworami stosunkowo młodymi, czy też powstały przed setkami milionów lat, wkrótce po narodzinach Księżyca? Może pochodzą z okresu krzepnięcia jego skorupy, a zachowały się tylko dlatego, że rzadka atmosfera i brak wody wykluczają wietrzenie i erozję? Nie potrafimy nawet odpowiedzieć z całą pewnością na pytanie, czy potężne kratery i góry pierścieniowe o średnicy do 235 km są grobami wielkich meteorytów, czy też wygasłymi wulkanami. W listopadzie 1958 r. astronom radziecki N. A. Kozyrew i angielski selenolog 1 H. P. Wilkins obserwowali zjawiska, które można wytłumaczyć jako wybuch wulkanu na Księżycu. Świadczyłoby to, że Księżyc nie jest globem wymarłym, jak przypuszczano dotąd, lecz że w jego wnętrzu przebiegają procesy podobne jak we wnętrzu Ziemi.

Nie tylko zresztą atmosfera i wnętrze księżycowego globu pełne są tajemnic. Czy naprawdę wielkie obszary powierzchni Księżyca pokryte są sproszkowanym bazaltem? Czy może pył meteorytowy tworzy tu grube pokłady?

Za pomocą największych teleskopów można zaobserwować na Księżycu bloki skalne o długości większej od 50 metrów. To już bardzo wiele. A jednak nie potrafimy dać całkowicie pewnej odpowiedzi nawet na pytanie dotyczące wysokości gór księżycowych. Nie mówiąc już o tym, że nie wiemy, jak głębokie są szczeliny przecinające „morza“, powstałe prawdopodobnie z zastygłej lawy. Ostatnio zaobserwowano podobno szczyty sięgające 14 000 metrów. Byłyby to więc góry znacznie wyższe od najwyższych gór ziemskich.

Czasami spory dotyczą drobnych szczegółów powierzchni „srebrnego globu“. Niektóre z formacji skalnych zdają się przybierać zupełnie fantastyczne kształty. Np. przez dłuższy czas toczyła się dyskusja na temat istoty tzw. „mostu na Księżycu“. Dziś przyjmujemy, że jest to złudzenie optyczne, tak samo jak „krzyż“ ukazujący się czasami niedaleko krateru Kopernika.

Do najciekawszych i niedostatecznie wyjaśnionych utworów należą jasne smugi biegnące promieniście od niektórych kraterów. Smug tych nie zaobserwowano wokół kraterów, które uznajemy za starsze. Czyżby to były obszary pokryte kwarcem wydobywającym się na powierzchnię w czasie ruchów górotwórczych? W przypadku starszych kraterów smugi mogą być niewidoczne dlatego, że pokrył je pył meteorytowy spadający, wobec rzadkości atmosfery, nieustannie na powierzchnię Księżyca.

Pytania można mnożyć w nieskończoność. Czy obłoki widoczne nad powierzchnią Księżyca są istotnie chmurami złożonymi z kropelek, czy też dymami wulkanów? Czy błyski obserwowane przy powierzchni Księżyca są również eksplozjami wulkanicznymi, czy powstają w wyniku upadku meteorytów?...

Problemy te, jak również wiele innych — wśród nich także najbardziej pasjonujące zagadnienie: czy na Księżycu istnieją jakieś żywe organizmy? — rozstrzygnie wylądowanie rakiety z przyrządami badawczymi, a potem człowieka. Wówczas astronomowie będą musieli oddać berło panowania nad Księżycem w ręce geologów, meteorologów, a może nawet biologów.

MIĘDZY ZIEMIĄ A KSIĘŻYCEM

Aby dotrzeć z Ziemi do Księżyca, trzeba przebyć przestrzeń dzielącą obie planety 2 . Niegdyś przypuszczano, że przestrzeń ta jest całkowicie pusta. Stąd przyjęło się nawet określenie „pustka kosmiczna“. W rzeczywistości w 1 cm3 przestrzeni można prawdopodobnie spotkać przeciętnie 1000 atomów, których łączna masa odpowiada masie takiej właśnie liczby atomów wodoru. Z punktu widzenia lotów kosmicznych działanie mechaniczne cząsteczek gazów spotykanych w owej „pustce“ międzyplanetarnej jest jednak tak niewielkie, że można ją traktować jako próżnię. Zwłaszcza że podobnej próżni nie potrafimy jeszcze stworzyć w warunkach ziemskich. Dla porównania warto dodać, że 1 cm3 gazu przy normalnym ciśnieniu, zawiera 2,69 1019 (blisko 27 miliardów miliardów) cząsteczek.

Zanim rakieta dotrze do przestrzeni kosmicznej, musi przebyć atmosferę ziemską, pokonując jej opór. Dawniej przypuszczano, że nasza atmosfera przechodzi w gaz międzyplanetarny najdalej w odległości 300—400 km od powierzchni Ziemi. Okazało się jednak, że sięga o wiele wyżej. Pojedyncze, nie powiązane w drobiny, naładowane elektrycznie, czyli zjonizowane atomy oraz pojedyncze elektrony można spotkać w znacznych ilościach nawet na wysokości 10 000 km.

Pierwsza warstwa atmosfery — zwana troposferą — sięga wysokości kilkunastu kilometrów. Zachodzą w niej procesy decydujące bezpośrednio o kształtowaniu się pogody. Druga warstwa — stratosfera — rozciąga się od kilkunastu do 32 km w górę. Częściowo w warstwę stratosfery wchodzi obszar ozonosfery, rozprzestrzeniający się w odległości 20—50 km. Ozonosfera odgrywa niezmiernie ważną rolę w procesie pochłaniania przez atmosferę ultrafioletowego promieniowania słonecznego, niebezpiecznego dla żywych organizmów. Powyżej warstwy pośredniej, tzw. mezosfery — sięgającej do wysokości 80 km — rozciąga się termosfera, obejmująca w zasadzie wszystkie niemal warstwy jonosfery (tj. warstwy, w której gaz uległ już zjonizowaniu). Nazwa „termosfera“ pochodzi stąd, że stwierdzono w niej znaczny wzrost temperatury. Okazało się, że temperatura nie maleje stopniowo i równomiernie w miarę wzrostu wysokości — jak sądzono dawniej — lecz powyżej 20 km zaczyna się podnosić, powyżej 50 km znów spada, aby osiągnąwszy wreszcie minimum na wysokości 85 km, znów się podnieść, dochodząc na wysokości ok. 250 km do temperatury 750 °C, zaś na wysokości 500 km — do ponad 2000 °C. Temperatur tych nie można jednak mierzyć zwykłym termometrem i nie są one w rzeczywistości tak groźne dla rakiety jak takie temperatury przy normalnym ciśnieniu powietrza. Jest to tzw. temperatura kinetyczna będąca wyrazem prędkości, z jakimi poruszają się atomy rozrzedzonych gazów atmosfery.

Jak wiadomo, zjawiska cieplne polegają na przekazywaniu energii drogą ruchu cząsteczek: im szybsze są ruchy cząsteczek gazu, tym wyższa jest jego temperatura. Rozgrzać jakiś gaz — znaczy przyspieszyć ruch cząsteczek, z których gaz ten się składa. Taką temperaturę, wyrażającą prędkość ruchu cząsteczek, nazywamy temperaturą kinetyczną. O wskazaniach zwykłych termometrów decyduje jednak nie tylko szybkość poszczególnych cząsteczek, ale i częstość uderzeń. W normalnych warunkach temperatura kinetyczna nie różni się od wskazywanej przez termometr. Jeśli jednak częstość uderzeń będzie mniejsza — termometr (jak również powierzchnia rakiety) ulegnie mniejszemu nagrzaniu, gdyż suma przekazanej przez cząsteczki energii będzie mniejsza, choćby energia kinetyczna poszczególnych cząsteczek była ta sama. W ten sposób bardzo rozrzedzony gaz może mieć temperaturę kinetyczną nawet milionów stopni (np. w koronie słonecznej), a jego efekt cieplny mimo ogromnych prędkości ruchu cząsteczek będzie zupełnie nieszkodliwy dla rakiety.

Skąd się bierze wzrost prędkości cząsteczek w termosferze?

Wysuwane są na ten temat różne hipotezy. Samym tylko oddziaływaniem elektromagnetycznego promieniowania Słońca nie można ich wytłumaczyć. Niektórzy uczeni sądzą, że jest to zjonizowany wodór międzyplanetarny, którego atomy, znajdując się w szybkim ruchu, zderzają się z atomami powietrza. Systematyczne badania przy pomocy sztucznych satelitów pozwolą niewątpliwie wyjaśnić tę zagadkę.

Obszar powyżej 400 km nazywamy egzosferą, tj. sferą zewnętrzną atmosfery Ziemi. Warstwa ta rozciąga się bardzo daleko, przechodząc w sposób ciągły w przestrzeń międzyplanetarną. Ciśnienie spada tu już szybko. Gdy na wysokości 230 km, według pomiarów dokonanych przez sztuczne satelity, atmosfera jest sto milionów razy rzadsza niż nad powierzchnią morza, na wysokości 500 km jest już kilka miliardów razy rzadsza, zaś na wysokości 900 km — sto miliardów razy.

Gdzie więc w zasadzie kończy się atmosfera? Zdaje się, że powyżej 4000 km rozproszenie atomów jest zbliżone do rozproszenia występującego w przestrzeni międzyplanetarnej. Niemniej i powyżej tej wysokości występują obszary o strukturze warstwowej.

Przede wszystkim dotyczy to promieniowania kosmicznego. Z przestrzeni pozaziemskiej dociera do nas promieniowanie niezwykłej przenikliwości. Przechodzi ono nawet przez 60-metrową warstwę ołowiu. Są to cząstki o ogromnej energii, przebiegające przestrzeń we wszystkich kierunkach. Cząstki pierwotnego promieniowania kosmicznego, wpadając w atmosferę ziemską, zderzają się z atomami gazów wchodzących w skład powietrza, tracą energię kinetyczną, a jednocześnie powodują lawiny cząstek wtórnych: mezonów, elektronów i fotonów.

Pochodzenie promieniowania kosmicznego jest do tej chwili zagadką, jakkolwiek powstało wiele hipotez na ten temat. Badanie natężenia promieniowania pierwotnego za pomocą satelitów i rakiet wysokościowych wykazało, że wartość jego w obszarach powyżej 55 km do pewnej wysokości jest stała, a potem w odległości 225 do 700 km nad powierzchnią Ziemi wzrasta o ok. 40%. Następnie znów występuje obszar o stosunkowo stałym natężeniu, ale już powyżej 1000 km poczyna ono wzrastać, tworząc na wysokości 2400—5000 km tzw. wewnętrzny pierścień radiacji.

Radzieckie i amerykańskie badania, przeprowadzone przy pomocy rakiet księżycowych, wykazały, że obszar wzmożonego promieniowania rozciąga się znacznie dalej, niż przypuszczano na podstawie pomiarów dokonanych przy pomocy sztucznych satelitów, i tworzy jeszcze jeden pierścień — tzw. zewnętrzny. Ten zewnętrzny pas radiacji sięga prawdopodobnie do wysokości 50—90 tysięcy kilometrów. Owe dwa obszary wzrostu promieniowania przenikliwego tworzą jakby pierścienie równoległe do równika i stąd radiację tę nazwano promieniowaniem pierścieniowym. Przypuszcza się, że są to strumienie cząstek (przeważnie elektronów), schwytanych przez pole magnetyczne Ziemi.

Natężenie promieniowania pierścieniowego dochodzi w niektórych obszarach do znacznych wartości. Według pomiarów amerykańskich sięga ono 4 rentgenów 3 na godzinę.

Dla uzmysłowienia sobie wielkości tego natężenia trzeba dodać, że dopuszczalna dla człowieka dawka wynosi 0,3 r na tydzień. Wchłonięcie przez całe ciało, w ciągu niewielu godzin, dawki 600 rentgenów jest w 95 przypadkach na 100 — śmiertelne.

Na szczęście, promieniowanie to dalej od Ziemi szybko maleje, tak iż w odległości 50 000 km natężenie jego jest znikome.

W przeciwieństwie do promieniowania kosmicznego, którego natężenie przekroczyło nasze oczekiwania, prawdopodobieństwo spotkania meteorytów okazało się znacznie mniejsze od przewidywań. Meldunki przyrządów umieszczonych w sztucznych satelitach wskazują, że zderzenie z bryłką materii o masie większej od 0,1 mg jest wydarzeniem niezmiernie rzadkim. Na 1 m2 powierzchni przypadało na sekundę mniej niż 0,000 000 000 1 g łącznej masy pyłu kosmicznego, przy przeciętnej częstości 7 uderzeń na minutę. Meteoryty i pył kosmiczny nie będą więc przeszkodą w drodze na „srebrny glob“.

To koniec darmowego fragmentu. Czy chcesz czytać dalej?