Кинофантастика
Рис. 1
Рис. 2
Положение усложняется, если пассажир начинает двигаться или бросает какой-то предмет. В этом случае в игру вступает другое инерционное ускорение, так называемое ускорение Кориолиса. Оно направлено перпендикулярно направлению движения и оси вращения и имеет на Земле явное проявление: в Южном и Северном полушариях циклоны закручиваются в разные стороны[38]. С ним связано медленное вращение плоскости качания маятника, продемонстрированное в 1851 году в знаменитом эксперименте Леона Фуко (1819–1868) в Пантеоне[39].
Что происходит, если пассажир, стоя на «полу», подбросит мячик вертикально, то есть вдоль радиуса цилиндрической станции? Мячик не упадет ему в руку, как на Земле. Чтобы понять это явление, представим, что мы наблюдаем происходящее, находясь вне станции. Принцип инерции требует, чтобы мячик летел по прямой со скоростью, равной векторной сумме скорости вращения станции и вертикальной скорости, сообщаемой пассажиром (рис. 3). Мячик проследует по сегменту прямой, начиная с исходной точки, и опишет более короткую траекторию, чем пассажир — который, находясь на боковой стенке, описывает дугу круга вращения, — причем на более высокой скорости. Он вернется на свою первоначальную высоту в точке, которой рука бросавшего еще не достигла. С точки зрения пассажира мячик не совершит вертикального перемещения туда-обратно (то есть вдоль направления ощущаемого тяготения, ошибочно принимаемого за радиус цилиндра), а опишет искривленную траекторию. В этом случае ускорение Кориолиса ориентировано в сторону движения станции, и мячик упадет перед рукой пассажира. Этот маленький эксперимент позволяет пассажиру определить неощутимое для него направление вращения станции.
А что произойдет, если пассажир подпрыгнет вверх, как баскетболист? Как и мячик, он, возвращаясь, коснется ногами не того места, с которого прыгнул: он вернется на опору скорее, чем при планетной гравитации. Кстати, на протяжении всего прыжка его тело будет оставаться параллельным себе. Он достигнет опоры под углом к вертикали точки прибытия (рис. 4), определяемым локальным центробежным ускорением и ошибочно принимаемым за радиус цилиндра в том месте. Этот угол будет тем больше, чем больше первоначальная скорость прыжка относительно скорости вращения станции. Поэтому мы не рекомендуем играть в баскетбол и прыгать в высоту на космической станции[40].
Рис. 3
Рис. 4
А вот побегать можно. При пробежке в плоскости, перпендикулярной оси вращения, ускорение Кориолиса будет изменять кажущийся вес бегуна. Если пассажир будет перемещаться в направлении вращения станции, то у него будет впечатление, что он тяжелеет, а если в противоположную сторону (рис. 5), то он почувствует себя легче. Когда его скорость относительно опоры достигнет скорости вращения станции, возникнет квазиневесомость (рис. 6).
Рис. 5
Рис. 6
Таким образом, движение на орбитальной станции приводит к любопытным последствиям, так как сопряжено не только с центробежным ускорением, но и с ускорением Кориолиса. В связи с этим разные части вашего тела будут чувствовать при движении ускорение разной интенсивности и направления, а это сопряжено с неприятностями. Полезно запастись пакетом: вдруг затошнит? Чтобы ограничить воздействие ускорения Кориолиса, скорость вращения станции (произведение ее радиуса и угловой скорости) должна быть достаточно высокой по отношению к скоростям, которых вы обычно достигаете при беге в закрытом помещении. Так, чтобы достигнуть скорости вращения 100 м/с (обычно вы бежите гораздо медленнее) при центробежном ускорении в 1g станция должна совершать один оборот примерно за 63 секунды. Тогда ее радиус будет равен 1 км, а это как раз порядок цифр, предложенный О'Нилом для его знаменитых цилиндров. Он все предусмотрел! Вращающееся колесо при корабле для полета на Марс будет гораздо меньше и пригодится разве что для отдыха астронавтов, а никак не для пробежек (как показано в «Миссии на Марс»), поскольку при таких пробежках как раз понадобились бы гигиенические пакеты.
Будут ли когда-нибудь построены эти космические станции? Это совершенно неизвестно, настолько многочисленны и сложны встающие в связи с этим вопросы. Некоторые из вопросов научные (можно ли создать длительные стойкие экосистемы?), некоторые — чисто технологические (как все это обслуживать и отлаживать?), некоторые — экономические (в какую экономическую модель встраиваются подобные внеземные города?), некоторые — социальные и этические (как управлялись бы такие города и с какой целью?). Поэтому, прежде чем обосновываться в космосе, нам предстоит еще долго размышлять и искать ответы…
Благодарность
• Этот текст представляет собой развернутую версию статьи в бюллетене ассоциации Remparts (IV квартал 2015), написанной в качестве ответа на вопрос одного из членов этой организации.
Что почитать и посмотреть
• O'Neil G. К. Colonization of Space («Заселение космоса»), Physics Today 27(9), 32–40,1974; эта статья доступна по адресу: https://space.nss.org/the-colonization-of-space-gerard-k-o-neill-physics-today-1974.
• O'Neil G. К. The High Frontier: Human Colonies in Space («Высокая граница: поселения людей в космосе»). New York, William Morrow & Company, 1977.
• Apogeios, a Space City for 10.000 Inhabitants («Космический город на 10 000 жителей). Статья доступна по адресу: http://www.planete-a-roulettes.net/PARMEDIA/DOCUMENTATION/IAC-12-E5.2.1-APOGEIOS.pdf.
Глава 5.
Выжить в одиночку на Марсе
Он красный, холодный и пустынный. Тем не менее ни одна планета не будоражила так сильно наше воображение, не вызывала столько грез, ни на одну не отправляли столько научных миссий. Роботы землян разъезжают по Марсу, а тем временем фильм «Марсианин» (Ридли Скотт, 2015), снятый по одноименной книге (Энди Вейер, 2011), демонстрирует, как астронавт МаркУотни выживает в одиночестве на Красной планете благодаря своим научным познаниям.
Эта эпопея вызывает в памяти приключения потерпевших кораблекрушение в романе Жюля Верна «Таинственный остров». Те оказываются на острове совершенно без всего и вынуждены возрождать там подобие цивилизации. В «Марсианине», как и в романе Жюля Верна, наука оказывается необходимым средством выживания и воплощается скорее в практическом применении, а не в теоретических изысканиях.
Подобные примеры мы находим в фильмах «Парни что надо» (Филип Кауфман, 1983), «Аполлон-13» (Рон Ховард, 1995), «Космические ковбои» (Клинт Иствуд, 2000), «Гравитация» (Альфонсо Куарон, 2013). В них человек остается один на один с враждебным космосом и может положиться только на свои способности, чтобы остаться в живых.