На орбиту вокруг Земли запущен тысячный спутник «Космос». За время, прошедшее с 16 марта 1962 г., когда стартовал первый аппарат этой серии, «Космосы» завоевали прочное место в арсенале средств исследований космического пространства, последовательно проводимых в Советском Союзе. По просьбе редакции о значении спутников «Космос» для науки, народного хозяйства рассказывает член-корреспондент АН СССР В. С. Авдуевский.

– Средства космической техники принесли новые возможности не только для развития фундаментальных наук, но и для прикладного использования их достижений в интересах народного хозяйства, телевизионного вещания, сверхдальней телефонной и телеграфной связи, метеорологии.

«Космос-1000» представляет собой космический навигационный маяк, по которому морские суда смогут с высокой точностью определить свое местоположение в любой точке Мирового океана независимо от погодных условий. Он входит в состав спутниковой навигационной системы, состоящей из нескольких аналогичных аппаратов.

Важность такой системы очевидна. Данные, полученные от навигационных спутников, позволяют существенно сократить длительность трансокеанских рейсов. Это дает ежегодную экономическую выгоду в размере многих сотен миллионов рублей. Кроме того, определение местоположения судов в море с помощью космических маяков обеспечивает значительно более высокую точность, чем при использовании традиционных наземных ориентиров. А это значит, что можно будет избежать многих морских катастроф, сберечь жизнь людей и большие материальные ценности.

Долгосрочный прогноз погоды – сложнейшая задача, стоящая перед наукой. Для этого необходим единовременный охват метеорологическими наблюдениями огромных территорий суши и моря. Такую возможность могут предоставить только искусственные спутники Земли. Уже в течение более 10 лет в нашей стране непрерывно действует метеорологическая космическая система «Метеор». Созданию отечественных метеорологических спутников предшествовала большая научно-исследовательская, опытно-конструкторская работа. Впервые она началась на спутниках «Космос-4» и «Космос-23». Позднее появились специальные аппараты типа «Космос-122», спутники «Космос-144» и «Космос-156», а также «Космос-184», «Космос-206», «Космос-226» и другие.

Сегодня нам известно, что определяющим фактором нашего земного климата является Солнце. Необходимо знать, сколько солнечной энергии приходит в земную атмосферу, как она поглощается различными слоями воздуха, сколько ее излучается назад в космическое пространство. Кардинальным вопросом является также исследование обмена теплом и влагой между океанами и материками через атмосферу и влияние полярных шапок на ее тепловой режим.

На решение вопросов физики атмосферы и солнечно-земных связей были направлены многие полеты спутников «Космос».

На «Космосах-243, -384» и других впервые были испытаны новые радиофизические методы дистанционного определения параметров атмосферы, океана и поверхности материков. Они открыли возможность всепогодного изучения свойств окружающей среды с помощью искусственных спутников. В настоящее время эти методы начали использоваться в метеорологической космической системе «Метеор».

Казалось бы, совсем недавно родилась космическая связь, а сегодня благодаря спутникам передачами Центрального телевидения охвачено практически все население нашей страны. Космическая спутниковая линия связи имеет также большое количество каналов для передачи телефонных разговоров, телеграмм, телетайпных сообщений, в том числе газетных полос. Вклад спутников «Космос» в создание в нашей стране системы дальней космической связи особенно велик. С их помощью были получены подробные сведения о характере распространения радиоволн в околоземном космическом пространстве, устойчивости радиолинии Земля – космос – Земля, найдены наиболее оптимальные режимы работы бортовой специальной и служебной аппаратуры. «Космосы» помогли оценить эффективность различных средств для дальней радиотелевизионной связи, определить наиболее выгодные параметры орбит спутников, с помощью которых предполагалось реализовать идею общесоюзной радиотелевизионной космической сети.

Следует упомянуть и о решении с помощью спутников серии «Космос» таких важных для хозяйственной деятельности человека задач, как, например, исследование магнитного поля Земли. Данные о «магнитном склонении» широко используются для разведки полезных ископаемых, в судовождении, авиации. Искусственные спутники позволяют производить магнитную съемку гораздо быстрее и над значительно большей частью поверхности Земли, чем это доступно наземными методами. Впервые с помощью «Космосов» магнитной съемкой была охвачена вся поверхность Земли, и выполнена она была практически одновременно.

Спутники «Космос» нашли применение и в отрасли знаний, связанных с изучением и рациональным использованием окружающей природной среды. Космический дозор, способный оперативно собирать информацию сразу с огромной территории, чрезвычайно важен для лесного и сельского хозяйства, эффективного решения проблем океанического рыболовства, геологических изысканий.

Однако как бы ни велика была практическая польза космических исследований, по-прежнему для человечества чрезвычайно важна их громадная роль в процессе познания Солнечной системы и всей Вселенной, понимания законов, оказывающих влияние на жизнь нашей планеты.

С увеличением продолжительности полетов и усложнением их программ все большее значение приобретали вопросы, связанные с разработкой средств устранения или хотя бы ослабления факторов отрицательного действия полета. Для этого было необходимо более детально изучить механизмы влияния условий космического полета на живые организмы, совершенствовать и создавать новые системы жизнеобеспечения. Многие из этих задач и были возложены на спутники семейства «Космос».

С помощью «Космосов» советские ученые впервые вынесли телескопы за пределы земной атмосферы для наблюдений во всем спектре электромагнитных волн с орбиты в течение длительного времени. Уже сегодня телескопы, поднятые в космос, помогли нам раскрыть многие тайны звездного неба.

Одним из звеньев обширной программы исследований Солнца «внеземными» методами явились запуски специальных, как их называют, солнечных спутников серии «Космос», которые предназначались для исследования коротковолнового излучения нашего светила. В результате проведенных экспериментов изучены основные параметры рентгеновского излучения во всех характерных стадиях солнечной активности, измерен абсолютный поток излучения и его вариации, локализованы рентгеновские активные области в солнечной атмосфере. Важные данные получены о динамике, пространственной структуре солнечных вспышек.

Длительные измерения, выполненные с помощью спутников «Космос», позволили составить карты распределения в ближнем космосе потоков частиц разной природы в широком энергетическом диапазоне.

Иногда спутники серии «Космос» называют испытательным полигоном космической техники. Эксперименты, выполненные на них, дали ответы на многие технические вопросы, связанные с дальнейшим освоением космического пространства. На них отрабатывались отдельные узлы лунохода. С помощью «Космосов» были испытаны методы автоматической стыковки на орбите. Эти и другие эксперименты вплотную приблизили возможность создания орбитальных научных станций с длительным временем существования.

В статье невозможно рассказать обо всех исследованиях, выполненных спутниками серии «Космос». Но даже из этих кратких заметок видно, сколь значителен их вклад в изучение космического пространства.

16 марта 1962 г. на орбиту вокруг Земли был запущен советский искусственный спутник «Космос-1», положивший начало широкой программе исследования околоземного космического пространства. А ныне в Советском Союзе произведен запуск очередного спутника Земли «Космос-1000». Очередной и тысячный. Тысяча космических аппаратов – тружеников – всего за 16 лет.

Первые полеты в космос, начавшиеся более 20 лет назад, носили пробный, разведывательный характер. Отрабатывались ракеты-носители, аппараты, добывались сведения об околоземном пространстве, о небесных телах и межпланетной среде. Это был период увеличения числа запускаемых аппаратов различного назначения.

Но полеты в космос – не самоцель, требуют немалых затрат. Поэтому особое значение приобретал поиск наиболее эффективных форм и средств познания и освоения космического пространства, определение первоочередных задач, подлежащих решению космическими средствами, расширение сферы приложения результатов выполненных исследований.

И вот на смену первым посланцам науки, поразившим воображение человечества, пришли космические труженики. С их помощью ученые придирчиво проверяли и перепроверяли данные об окружающем нас мире, отрабатывали новую аппаратуру, методику измерений, готовили базу для все более сложных исследований, специализированных и комплексных экспериментов. Это и взяли на себя спутники серии «Космос». По сути дела, с их появлением освоение космического пространства в нашей стране было поставлено на индустриальные рельсы.

Один из их создателей профессор В. Михайлов отмечает: «Спутники серии «Космос» – убедительный пример рационального подхода к решению проблем, стоящих перед космонавтикой. В сущности все многообразие научных задач, охватываемых программой «Космос», в основном выполняется с помощью нескольких типов унифицированных аппаратов. Опыт создания первых спутников для выполнения конкретных научных экспериментов показал, что использование прошлых достижений может резко сократить сроки разработок и удешевить их. Поэтому было решено «тиражировать» наиболее рациональные решения. Прежде всего для спутников различного назначения был разработан малогабаритный унифицированный комплекс служебных систем и приборов. С этого началась общая унификация, которая позволила перейти на серийное изготовление спутников».

В то же время каждый запуск, будучи продолжением ранее начатых исследований, нес в себе элементы новизны, способствовал накоплению знаний. Строгая последовательность, стремление экономично и рационально, с наименьшими затратами сил и средств достигать максимальных результатов – особенность советских космических исследований.

Нет нужды перечислять задачи и особенности каждого из аппаратов этой серии. Напомним лишь некоторые наиболее характерные направления исследований, выполняемых с их помощью.

Трудно, например, переоценить значение проведенного со спутников «Космос» изучения атмосферы Земли. Для нормальной деятельности различных отраслей народного хозяйства важно знать обо всех изменениях, происходящих в воздушном океане не только у земной поверхности, но и во всей его толще.

Кардинальным звеном здесь является исследование обмена теплом и влагой между океанами и материками через атмосферу. Для этого необходимо измерять температуру и влажность в атмосфере на различных высотах, иметь данные об облачности, льдах, состоянии поверхности морей, океанов и материков. Физические величины, подлежащие изучению, быстро изменяются как во времени, так и в пространстве. Вследствие этого наиболее перспективны самые оперативные – дистанционные методы, дающие необходимые сведения с помощью устройств, устанавливаемых на космических аппаратах.

Уже в глубокой древности человек начал сознавать, сколь велика в его жизни роль Солнца. Для понимания процессов, происходящих в недрах и на поверхности нашего светила, требуется детальное знание всех видов солнечного излучения: от жесткого рентгеновского до больших длин волн. Одним из звеньев обширной программы исследования Солнца «внеземными» методами явились запуски специальных «солнечных» спутников серии «Космос».

Изучение корпускулярных потоков и космических лучей, магнитного поля и радиационных поясов, ионосферы и метеорного вещества лишь дополняет, но не завершает перечень экспериментов, где «Космосы» уже дали ценные результаты. В их числе можно назвать, например, отработку космических радиотелевизионных средств, создание спутниковых навигационных систем. Юбилейный, тысячный «Космос» как раз представляет собой навигационный маяк, по которому суда смогут с высокой точностью определять свое местоположение в любой точке Мирового океана независимо от погоды.

Длительная эксплуатация «Космосов» помогла найти оптимальные режимы работы научной и служебной бортовой аппаратуры, решить проблему надежности – одну из важнейших для современной космонавтики. Это имеет огромное значение, в частности, для создания орбитальных станций, отправляющихся в полет на месяцы и годы. Впрочем, предоставим слово самим ученым, которые готовили эксперименты на борту спутников этой серии.

Академик С. Вернов: «Околоземное космическое пространство – арена сложнейших физических процессов. Было очевидно, что эти процессы нельзя рассматривать изолированно. Они могут быть достаточно полно познаны лишь в тесной взаимосвязи, прежде всего с различными проявлениями солнечной активности. В этом отношении «Космосы» предоставили нам совершенно исключительные возможности».

Академик А. Обухов: «Опыт, накопленный в ходе геофизических экспериментов на «Космосах», был использован при конкретной разработке и осуществлении метеорологической системы «Метеор».

Академик А. Северный: «Хотя спутники серии «Космос» движутся по околоземным орбитам, именно с их помощью ведутся исследования далеких объектов Вселенной, открывающие путь к познанию общих закономерностей мироздания».

Член-корреспондент АН СССР О. Белоцерковский: «На «Космосах» отработано немало систем и аппаратуры, которые впоследствии использовались при конструировании космических аппаратов других типов, проводились исследования, обеспечивающие их успешные полеты. «Космосы» помогли специалистам разобраться в проблемах, связанных со входом кабины спускаемого аппарата в атмосферу Земли, внесли ясность в вопросы воздействия факторов космического пространства на элементы конструкции кораблей. С помощью «Космосов» были испытаны методы автоматической стыковки на орбите. Эти эксперименты приблизили возможность создания долговременных станций».

Доктор физико-математических наук Г. Нариманов: «На базе опыта, полученного при реализации программ на спутниках «Космос», создавались программы исследований на спутниках серии «Интеркосмос» стран социалистического содружества. Да и сами совместные исследования начались на спутниках «Космос».

Доктор физико-математических наук Ю. Гальперин: «Для исследователей верхней атмосферы Земли, полярных сияний, магнитосферы программа «Космос» сделала реальностью прямые измерения в околоземном космическом пространстве. Эти годы изменили подход к геофизическим экспериментам, подтвердили плодотворность широких координированных программ планетарного масштаба с участием наземных обсерваторий и одновременных измерений со спутников. В результате изменились основные научные представления о физике верхней атмосферы и магнитосферы, их энергетике, динамике, составе и происхождении».

Доктор физико-математических наук Ш. Долгинов: «Только в результате запуска спутников «Космос-26» и «Космос-49» впервые магнитными измерениями было охвачено 75% земной поверхности. Запуск спутника «Космос-321» дал представление о распределении магнитного поля уже на 94% поверхности земного шара».

Доктор медицинских наук Н. Н. Гуровский: «Спутники «Космос» внесли большой вклад в решение ряда вопросов космической биологии и медицины, проблем радиационной безопасности экипажей, влияния длительной невесомости и искусственной силы тяжести на живой организм. Они способствовали успешному осуществлению таких замечательных свершений, как полеты советских пилотируемых кораблей «Восток», «Восход», «Союз», станций «Салют».

Спутники серии «Космос» внесли и продолжают вносить огромный вклад в науку и технику, способствуют дальнейшему практическому использованию околоземного пространства на благо человечества.

Вышел на орбиту тысячный спутник серии «Космос». О результатах работы нового космического труженика мы узнаем позже.

Реализация программы «Космос» началась 16 марта 1962 г. Научные исследования, выполняемые на спутниках этой серии, вносят важный вклад в знание о верхней атмосфере нашей планеты и околоземном космическом пространстве. Они обеспечивают советских ученых, конструкторов данными, необходимыми для проектирования космических кораблей и орбитальных станций, полетов человека в звездном океане.

Новая долгосрочная и целенаправленная программа потребовала новых средств и методов наземного обеспечения. И они были созданы. На смену отдельно смонтированным локационным, командным и телеметрическим станциям первого поколения командно-измерительного комплекса (КИКа) пришли совмещенные траекторно-измерительные аппаратурные комплексы, располагающие программно-командными радиолиниями и многоканальными телеметрическими системами с автоматизированной обработкой информации.

Запуски первых «Космосов» полностью подтвердили научную обоснованность и практическую правильность технических и методических решений по оснащению КИКа под новую космическую программу. Введенная в начале 60-х годов аппаратура оказалась надежной, долговечной и экономичной. Некоторые из ее систем после незначительной модернизации служат и поныне. А это позволило уменьшить расходы на космические исследования. Существенному снижению затрат способствовали также разработка и организация серийного производства двухступенчатой ракеты-носителя «Космос-РН», с помощью которой: запущено большое количество научных спутников, а также унификация бортовой аппаратуры и конструкции самих «Космосов».

В настоящее время создан ряд типовых конструкций: неориентированный спутник с химическими источниками тока (для непродолжительной работы на орбите) или с солнечными батареями (для длительных исследований) и ориентируемые на Солнце или на Землю спутники. Когда по условиям экспериментов требуется возвратить на Землю, например, подопытных животных, другие биологические объекты или научные материалы, «Космосы» снабжаются спускаемыми аппаратом или капсулой, парашютной системой и тормозной двигательной установкой («Космос-110, -186, -188, -212, -213, -782, -936»). Большинство спутников «Космос» запускается каждый отдельным носителем, но в некоторых случаях одной ракетой выводились на орбиты по три («Космос-38 – -40, -61 – -63»), по пяти («Космос-71 – -75») и даже по восьми спутников («Космос-336 – -343, -504 – -511» и др.). Не одинакова продолжительность их работы и существования на орбитах: «Космосу-27» для выполнения задания потребовались лишь одни сутки, а его собрат под номером 80 по расчетам баллистиков будет колесить вокруг планеты 10 000 лет.

Обширно и космическое поле, на котором трудятся эти спутники: «Космос-918» бороздил его на расстоянии 131 – 265 км от поверхности Земли, а 159-й поднимал космическую целину на высоте до 60 600 км. Различен и наклон плоскости орбиты спутников, запускаемых с нескольких космодромов страны, – от 48,4° («Космос-307») до 83° («Космос-726»).

На каждом витке спутники собирают массу научной информации. Они рассказывают о своих «впечатлениях» и о своем «самочувствии», получают указания на дальнейший путь или новое задание. Одни «Космосы» начинают «разговор» по команде бортовых программно-временных устройств, другие – только с разрешения Земли. Все эти «беседы» ведутся в зоне радиовидимости пунктов слежения комплекса. Если же ученым требуется получить информацию со спутника, пролетающего над районами СССР, где нет наземных средств наблюдения, то в эти места направляются самолетные измерительные пункты, которые могут выполнять свои обязанности как на Земле, так и в воздухе.

Когда в экспериментах участвуют специалисты других стран, информацию со спутников («Космос-261 и -348») принимают также наземные средства этих стран. Пролетая над районами планеты, где нет станций слежения, «Космосы» записывают свои «впечатления» в электронную память и начинают «читать» эти записи «вслух» только тогда, когда вновь появляются над своими измерительными пунктами. А какой пункт, от какого спутника, на каком витке и какую информацию должен принять, какому спутнику, когда и какую подать команду – все эти вопросы четко решает служба пилотирования, созданная в КИКе на солидной теоретической основе с применением современных математических методов и электронно-вычислительных средств.

КИК и КВЦ приняли миллиарды сигналов с тысячи «Космосов» и превратили их в доступную специалистам форму букв, слов, цифр, таблиц, кривых и фототелевизионных изображений.

Анализируя эту информацию, ученые сделали выдающиеся фундаментальные открытия и получили уникальные данные, имеющие большое научное и практическое значение. «Космосы», например, «рассказали» людям, что околоземное пространство не бесструктурно, не пусто, как думали раньше, а что это – своеобразная сложная природная среда, состоящая из плазмы и пронизанная взаимосвязанными электрическими токами и магнитными полями. В результате изучения происходящих здесь процессов (их закономерностей, зависимости от солнечной активности, от времени года и суток и т. п.) сделаны важные выводы.

Серьезную радиационную опасность для космонавтов представляют корпускулярные вспышки на Солнце. Поэтому изучение поведения нашего светила, прогнозирование безопасности полетов имеет важное практическое значение. С этими целями в солнечный дозор направлялись «Космосы-166 и -230». А их предшественники под номерами 135 и 163 окончательно развеяли давнее предположение о существовании вокруг Земли пылевого облака.

Большое влияние на распространение радиоволн оказывают так называемые ионосферные возмущения. Для того чтобы выбирать радиочастоты, обеспечивающие надежную связь с Землей и в космосе, нужно хорошо изучить капризы своенравной ионосферы. Решить эту задачу также помогли «Космосы» и, в частности, «ионозонд» («Космос-381»).

Сезонные вариации в ионосфере исследовались с помощью спутников, запущенных в разное время года («Космос-261» – зимой, «Космос-348» – летом).

Трудились «Космосы» (26 и 49) и над изучением магнитного поля Земли, что имеет большое значение для разведки полезных ископаемых, для навигации и решения других научных и практических задач.

Прием «Космосом-243» теплового радиоизлучения нашей планеты и атмосферы позволил составить карту антарктических льдов (независимо от того, были ли их границы покрыты облаками или нет), получить данные о распределении влаги в атмосфере и температуры в Мировом океане.

Проводились на «Космосах» и астрономические наблюдения. Например, на «Космосе-215» было установлено 8 небольших телескопов. Вынос оптических инструментов за пределы атмосферы дает возможность исследовать небесные объекты в диапазонах электромагнитных волн, не доступных для наблюдений с Земли.

Фундаментальные открытия в космосе привели к переосмысливанию наших представлений о Солнечной системе, Галактике, Вселенной. Данные о составе и динамике околоземного пространства, полученные от «Космосов», помогают формированию научных концепций об атмосферах других планет и общей теории атмосфер планет.

«Космосы» внесли большой вклад в наши знания о влиянии факторов космического полета на функциональное состояние биологических объектов – от одноклеточных водорослей, растений и их семян («Космосы-92, -94, -109») до собак и других животных («Космосы-110, -782 и -936»). А изучение результатов этих исследований в совокупности с данными медицинских наблюдений за человеческим организмом в космосе помогает ученым, конструкторам и врачам разрабатывать наиболее благоприятные режимы труда, отдыха, питания и физические занятия космонавтов как в полете, так и на Земле, создавать для пилотируемых кораблей нужное оборудование, а для их экипажей – «космическую» одежду и пищу. Необходимость этого настоятельно диктуется возрастающей продолжительностью и сложностью работы людей на орбитах.

Спутники этой серии стали также и своеобразным научно-испытательным полигоном для космической техники. И в этом отношении следует прежде всего отметить блестяще выполненную «Космосами-186, -188, -212 и -213» стыковку на орбитах.

Отработка на орбитах элементов космической техники оказала непосредственное влияние и на развитие наземных средств командно-измерительного комплекса. Результаты испытаний квантового генератора на борту «Космоса-97», например, позволили на несколько порядков повысить точность наземно-космической системы единого времени, чувствительность приемной аппаратуры и стабильность частоты радиоволн передатчиков.

Существенному повышению надежности аппаратуры на Земле и спутниках способствовали опыты со сверхпроводниковыми приборами на «Космосах-140 и -213». А отработанные на «Космосе-41» элементы бортовой аппаратуры спутников связи повлекли за собой рождение «Молний», которые в комплексе со специально созданными на станциях слежения приемо-передающими и антенными устройствами ныне образуют постоянно действующую систему дальней космической связи.

Весьма ценным оказался также опыт, накопленный этими спутниками («Космос-23, -122, -144, -156, -184, -206») для создания советской космической службы погоды. Вместе со спутниками «Метеор» в нее входят как единое целое и наземные средства – аппаратура приема, обработки и распространения информации, системы контроля бортовой аппаратуры и управления полетом спутников. Используются «Космосы» в интересах навигации, геодезии и других народнохозяйственных задач. Можно ожидать организации и новой космической службы с еще более широкими задачами – службы природных ресурсов Земли.

Особенно следует отметить, что именно в рамках программы «Космосов» началось практическое международное сотрудничество социалистических стран в изучении просторов Вселенной. Пионером был «Космос-261». Затем в экспериментах на спутниках этой серии участвовали специалисты Франции и США.

Реализация программы научных исследований на советских спутниках «Космос» продолжается.

Симферополь, 4. (ТАСС). Последние записи спектров далекой ультрафиолетовой области получены с автоматической высокоапогейной станции «Прогноз-6». Это означает успешное завершение совместного советско-французского эксперимента в космосе.

– На станции «Прогноз-6», запущенной с территории Советского Союза 22 сентября 1977 г., был установлен прибор «Галактика», разработанный и изготовленный совместно учеными и специалистами нашей обсерватории и лаборатории космической астрономии в Марселе, – рассказал директор Крымской астрофизической обсерватории АН СССР академик А. Б. Северный. – С его помощью получен ценный научный материал – зафиксировано более 4.000 спектров далекой ультрафиолетовой области, отдельных звезд и звездных скоплений.

Собранная с помощью «Галактик» информация свидетельствует о высоком качестве и большой точности этого прибора. Он позволил собрать обширные данные по свечению геокороны – большого водородного облака, окутывающего Землю до расстояния сто и более тысяч километров – почти на одну треть расстояния от Земли до Луны.

Надеемся, что при дальнейшем изучении спектров советскими и французскими учеными, сказал в заключение академик, будут получены новые, важные для науки данные о физическом состоянии геокороны, плотности водородных атомов и свободных электронов в окрестностях Земли.

30 октября 1978 г. в 8 часов 23 минуты московского времени в Советском Союзе осуществлен запуск автоматической станции «Прогноз-7».

Целью запуска станции «Прогноз-7» является проведение исследований корпускулярного и электромагнитного излучений Солнца, потоков солнечной плазмы, магнитных полей в околоземном космическом пространстве с целью определения влияния солнечной активности на межпланетную среду и магнитосферу Земли, а также исследований галактических ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений.

На борту станции установлена научная аппаратура, созданная в Советском Союзе, Венгерской Народной Республике, Чехословацкой Социалистической Республике, Франции и Швеции по программе международного сотрудничества в области исследования и использования космического пространства в мирных целях.

Автоматическая станция «Прогноз-7» выведена на высокоэллиптическую орбиту спутника Земли с параметрами:

– максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) – 202 965 километров;

– минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) – 483 километра;

– начальный период обращения – 98 часов 08 минут;

– наклонение орбиты – 65 градусов.

Кроме научной аппаратуры на борту станции имеются: радиосистема для точного измерения элементов орбиты, радиотелеметрическая система для передачи на Землю данных о работе приборов и научной аппаратуры.

Бортовые системы и научная аппаратура станции «Прогноз-7» работают нормально.

Координационно-вычислительный центр и институты Академии наук СССР ведут обработку поступающей информации.

Научное открытие, связанное с обнаружением температурных волн в атмосфере на высотах около 100 км, зарегистрировано 21 декабря в Государственном комитете СССР по делам изобретений и открытий.

Еще в 1948 г. академик А. М. Обухов теоретически предсказал, что температурные, т. е. внутренние гравитационные, волны могут возникать при резких изменениях давления в атмосфере. Такие изменения происходят в активных метеорологических образованиях, как, например, в циклонах, тайфунах.

Заведующий отделом Института физики атмосферы АН СССР профессор В. И. Красовский с помощью аппаратуры, регистрирующей внутренние гравитационные волны, доказал это практически.

Открытие В. И. Красовского имеет крупное общенаучное и практическое значение. Оно свидетельствует об огромном влиянии тропосферы на состояние верхней атмосферы. Результаты фундаментального исследования позволяют с помощью карт погоды прогнозировать для нужд космонавтики меняющуюся плотность верхней атмосферы Земли, а также предсказывать ионосферные возмущения, ухудшающие качество радиосвязи.

Есть прямая связь между свойствами человеческого глаза и температурой поверхности Солнца. Его фотосфера, нагретая примерно до 6000°, особенно интенсивно излучает электромагнитные волны в сравнительно узком диапазоне между 0,8 мкм (красный свет) и 0,4 мкм (фиолетовый). Именно к восприятию таких волн в ходе эволюции приспособился глаз человека. Однако всякое, даже слабо нагретое тело посылает в пространство электромагнитные волны всевозможной длины. Так, планеты Солнечной системы и Луна интенсивнее всего излучают в невидимом инфракрасном диапазоне – между 45 и 30 мкм (исключая, разумеется, отраженный солнечный свет). Более холодные небесные тела «светят» главным образом на более длинных волнах – так называемых субмиллиметровых (50 – 1000 мкм). Далее начинается область радиоволн.

По мере развития техники появились средства, позволяющие использовать в интересах астрономии соседние с видимым участки спектра. Вслед за инфракрасной наступила очередь радиоастрономии. Но до начала космической эры ученые могли смотреть в небо лишь сквозь атмосферу Земли, а она прозрачна для всех волн. Длинным (несколько метров) волнам препятствием служит ионосфера. Волны же короче нескольких миллиметров тем сильнее поглощаются в водяном паре тропосферы, чем меньше их длина. Лишь в «окне» приблизительно между 8 и 15 мкм на нескольких других узких промежутках атмосфера «проясняется» – здесь только и «действует» наземная инфракрасная астрономия. Область же субмиллиметрового излучения для наблюдений с Земли почти полностью закрыта.

Между тем основная часть излучения Вселенной сосредоточена как раз в субмиллиметровой и инфракрасной областях спектра. Преимущественно волны этих диапазонов посылают активные ядра галактик и квазары, протозвезды, облака космической пыли. Решение фундаментальной проблемы – происхождения звезд и планетных систем – требует наблюдений именно в субмиллиметровом диапазоне.

Вынос инструментов за пределы атмосферы позволил получить ценные результаты. Речь идет об успехах ультрафиолетовой, рентгеновской, инфракрасной и гамма-астрономии. На советских и зарубежных спутниках и орбитальных научных станциях успешно действовали бортовые телескопы всех этих диапазонов.

Теперь наступила пора осваивать еще один важный диапазон – субмиллиметровый. До последнего времени отдельные наблюдения удалось проводить лишь с помощью телескопов, располагавшихся на высоких горах, самолетах и аэростатах.

Впервые крупный телескоп с приемниками, чувствительными к субмиллиметровому излучению, установлен на советской орбитальной станции «Салют-6». Это телескоп БСТ-1М диаметром 1,5 м. Чтобы принимать очень слабое излучение, необходимо охлаждать приемники до температур, близких к абсолютному нулю. Пока наблюдения кратковременны, можно использовать для этой цели заправленный жидким гелием сосуд (криостат). Именно так поступили ученые Физического института АН СССР, проводя эксперимент «Обзор» на искусственном спутнике Земли «Космос-669» в 1974 г. Однако для долговременных орбитальных станций такой способ охлаждения оказывается практически нецелесообразным – криостат не может долго сохранять жидкий гелий. Поэтому для БСТ-1М была разработана специальная криогенная система.

Это – одна из особенностей телескопа, созданного совместными усилиями сотрудников Физического института АН СССР и работников отечественной промышленности. Габариты «Салюта-6» диктовали применение весьма короткофокусного главного зеркала – типа прожекторного, а чувствительные приемники излучения пришлось разместить позади него в специальной камере. Сфокусированные объективом потоки лучей попадают в эту камеру с помощью специальной проекционной системы. Принятая телескопом информация в конечном итоге передается по телеметрии на наземные приемные пункты. Программно-командное устройство дает возможность варьировать режимы работы, в частности менять фильтры. Система автономного управления телескопом в сочетании с системами ориентации станции позволяет наводить и удерживать ось прибора в заданном направлении или «проходить» определенный участок небесной сферы.

Весь сложный и во многом необычный комплекс телескопа, помимо испытаний, проведенных на Земле, требует проверки, юстировки и настройки в условиях орбитального полета. Космонавты Ю. Романенко и Г. Гречко мастерски выполняли эту работу. В. Коваленок и А. Иванченков продолжили серию экспериментов.

Субмиллиметровая астрономия работает и во имя практики. Уже ее самые первые шаги свидетельствуют об этом. Дело в том, что водяной пар атмосферы тоже служит источником субмиллиметрового излучения. Его интенсивность зависит от плотности и температуры пара. Поэтому, если телескоп навести с орбиты на Землю, мы получим очень интересную информацию о распределении плотности и температуре водяного пара в верхних слоях атмосферы. Регистрируя изменения яркости субмиллиметрового излучения над различными районами земного шара, телескоп как бы снимает «карту» распределения пара на разных широтах и высотах.

Субмиллиметровое излучение дает не улавливаемую другими способами информацию о том, что происходит внутри мощных облачных систем.

БСТ-1М предназначен для длительной работы, его можно включать над самыми интересными областями земного шара и в наиболее «острые» в погодном отношении моменты, что повышает результативность экспериментов. Они предусматривают активное участие космонавтов. Например, нацелив телескоп, экипаж может одновременно сфотографировать и визуально оценить излучающие объекты в атмосфере.

Телескоп имеет еще одну важную для практики особенность. С помощью дополнительного приемного канала, чувствительного к ультрафиолетовому излучению в полосе поглощения озона, можно получать сведения о состоянии озонного слоя атмосферы, который, как известно, играет огромную роль в защите жизни на Земле.

16 сентября космонавты В. Коваленок и А. Иванченков измеряли ультрафиолетовое свечение Луны во время ее полного затмения. Обработка результатов этого эксперимента уже начата.

Внеатмосферной астрономии необходимы бортовые телескопы различных типов. Для их создания надо знать, как «ведут себя» крупные астрономические инструменты на орбитальных станциях, в частности выяснить особенности их теплового режима, скорость старения покрытий и т. д. Опыт длительной эксплуатации БСТ-1М, несомненно, окажется полезным шагом к долговременным орбитальным обсерваториям будущего.

В перспективе при оснащении субмиллиметровых телескопов спектроскопами высокого разрешения окажется возможным исследовать химический состав межзвездной среды, обнаруживать сложные, в том числе органические молекулы. А это один из путей выяснить, как появилась жизнь во Вселенной.

Как известно, мольеровский герой даже не подозревал, что всю жизнь говорил прозой. Совершенно такая же ситуация сложилась и в астрономии. Теперь мы знаем, что приблизительно 99,7% вещества в нашей Галактике находится в плазменном состоянии (звезды, ионизованные газовые туманности, межзвездный газ). Отличается от плазмы только вещество, из которого состоят нейтронные звезды – пульсары, межзвездная пыль, планеты, ядра комет. Имеются все основания считать, что и во Вселенной подавляющая часть вещества находится в форме водородно-гелиевой плазмы с небольшими «загрязнениями» в виде тяжелых элементов (мы имеем в виду прежде всего вещество звездных недр).

Несмотря на это, вплоть до 40-х годов нашего века астрономам было неизвестно понятие «плазма», они прекрасно обходились без специфических представлений плазменной физики. А. Эддингтон, например, развил важнейшую для всей системы астрономии теорию внутреннего строения звезд (т. е. плазменных тел), нигде не пользуясь методами плазменной физики. Как оказалось, вполне достаточно считать звезды газовыми шарами с некоторым средним молекулярным весом μ, находящимся в равновесии под действием сил гравитации и градиента газового давления. Привлекая к решению этой задачи законы термодинамики и теории излучения, Эддингтон построил весьма совершенную теорию, выдержавшую испытание временем. Пожалуй, единственным (и то неявным) элементом плазменной физики и теории внутреннего строения звезд является представление о среднем молекулярном весе μ, близком к 0,5, что означает признание эмпирического факта невозможности в смеси протонов (μ = l) и электронов (μ = 0) разделить заряды разных знаков. Но, конечно, формальное введение μ ≈ 0,5 еще не означало вторжения плазменной физики в астрономию.

Другая классическая область астрономии, где плазменные тела изучались без методов плазменной физики, – это ионизированные газовые туманности и межзвездная среда. Для того, чтобы в согласии с результатами многочисленных наблюдений качественно и полуколичественно описать эти объекты, было вполне достаточно использовать теорию излучения и знать эффективные сечения ионизации, рекомбинации и неупругих столкновений электронов с атомами и ионами.

Почему же применение представлений плазменной физики для упомянутых выше важнейших видов космической плазмы оказалось просто ненужным? Я полагаю, что причина заключается в статичности (или квазистатичности) задач, решавшихся довоенной теоретической астрофизикой. Кроме того, не рассматривалось влияние на плазму космических магнитных полей. Если в задаче о строении звезд роль магнитных полей, как правило, пренебрежимо мала, то ситуация для межзвездной среды совершенно другая. Там плотность энергии межзвездного магнитного поля (H₂/8π ~ 10^–12 эрг/см³) того же порядка, что и плотность других видов энергии, например кинетической энергии ионизированных облаков межзвездного газа. Поэтому движение последних должно контролироваться магнитным полем.

Именно применительно к межзвездной среде впервые возникла концепция «приклеенности» магнитных силовых линий к ионизованному газу (эта концепция была разработана X. Альвеном в 1940 г.). Она оказалась на редкость плодотворной для астрофизики (в частности, солнечной). Тесно связанная с этим представлением неустойчивость типа Рэлея – Тэйлора, по-видимому, является необходимым атрибутом возникновения в межзвездной среде таких важнейших образований, как массивные (до ~10⁵ солнечных масс), плотные (n_Н2 ~ 10⁵ см^–3), холодные (Т ~ 20 К) молекулярные газо-пылевые комплексы, из которых перманентно образуются звезды. Таким образом, представления плазменной физики оказались весьма плодотворными для звездной (а следовательно, и планетной) космогонии – этой классической проблемы естествознания. Но это стало возможным только тогда, когда в послевоенные десятилетия постепенно изменился взгляд на межзвездную среду. Если раньше астрономы изучали только один аспект этой среды – процессы ионизации, возбуждения, излучения, то в последние десятилетия их внимание все больше концентрировалось на газо-динамическом аспекте проблемы. Стало ясно, что межзвездная среда представляет собой сжимаемый, намагниченный континуум с огромным разнообразием физических свойств. При изучении макроскопического движения такого континуума уже нельзя было пройти мимо его плазменной природы, проявляющейся в таких явлениях, как «приклеенность» магнитных силовых линий к веществу, разного рода неустойчивости, волны Альвена и пр.

Бурное развитие радиоастрономии в послевоенное время сделало вторжение представлений и методов плазменной физики в астрономию неизбежным. Прежде всего, невозможно было интерпретировать результаты радиоастрономических наблюдений без привлечения хорошо разработанной (применительно к земной ионосфере) теории распространения радиоволн в плазме. В качестве примера приведем важнейший наблюдательный факт, который был установлен сразу же после открытия пульсаров: импульсы радиоизлучения пульсаров на более низких частотах всегда запаздывают по отношению к более высокочастотным импульсам. Это сразу же было объяснено дисперсией радиосигналов при их распространении в плазме межзвездной среды. Так впервые появилась возможность оценить расстояния до пульсаров. С другой стороны, характерное рассеяние радиоволн на плазменных неоднородностях применительно к распространению импульсов радиоизлучения пульсаров через межзвездную среду открывает совершенно неожиданные возможности для изучения самих пульсаров. Укажем, например, что этим методом впервые были определены пространственные скорости пульсаров, оказавшиеся неожиданно большими, порядка сотен километров в секунду. Недавно эти результаты были подтверждены прямыми измерениями собственных движений некоторых наиболее близких к нам пульсаров.

Специфические закономерности распространения радиоволн в намагниченной плазме особенно ярко проявляют себя в случае радиоизлучения Солнца. Из-за сравнительно высоких значений плотности плазмы хромосферы и короны частоты солнечного радиоизлучения бывают довольно близки к критическим плазменным частотам. Как известно, принципиальное различие между обычным газом и плазмой заключается в характере изменения во времени малых флуктуаций плотности, неизбежно возникающих в достаточно больших объемах. В то время как в нейтральном газе такие флуктуации рассасываются по экспоненциальному закону, в плазме возникают характерные колебания избыточной плотности с частотой, зависящей только от значения плотности

В этом смысле можно утверждать, что обычный нейтральный газ обладает релаксационными свойствами, в то время как плазма – вибрационными. Причина вибрационных колебаний – в коллективном характере взаимодействия заряженных частиц в плазме, который обусловлен медленным убыванием кулоновских сил с расстоянием и невозможностью пространственно разделить заряды обоих знаков. В плазме солнечной короны из-за близости частот метрового диапазона к v_L траектории радиолучей сильно искривляются, что существенно отражается на характере распределения радиояркости по диску Солнца (в «спокойных» условиях) .

Значительно более важный аспект солнечной радиоастрономии – определяющее значение вибрационных свойств плазмы для всей проблемы нетеплового (спорадического) радиоизлучения активных областей нашего светила. Известно, что это излучение, особенно на метровых волнах, достигает огромной мощности (иногда в миллионы раз превосходящей мощность радиоизлучения «спокойного» Солнца в том же диапазоне) и всегда связано с тем или иным проявлением солнечной активности. Оказалось, что все типы спорадического радиоизлучения Солнца обусловлены плазменными колебаниями, возбуждаемыми определенными внешними агентами, которые порождаются активными областями. Например, так называемые всплески третьего типа с очень быстрым изменением частоты со временем (дрейфом частоты) возбуждаются потоками быстрых (но не релятивистских) электронов, тогда как всплески второго типа с медленным дрейфом частоты ( иногда достигающие огромной мощности на метровых волнах) возбуждаются бесстолкновительными ударными волнами, возникающими во время больших солнечных вспышек.

Само образование и развитие активного процесса (например, вспышек) на Солнце есть прежде всего феномен плазменной физики. До сих пор не существует общепризнанной теории солнечных вспышек, и конкурировать между собой могут только гипотезы, основывающиеся на тех или иных аспектах плазменной физики (уничтожение, или аннигиляция, связанных с движущейся плазмой магнитных полей, ударные волны и пр.). Обращает на себя внимание грандиозность явления солнечной вспышки. В области вспышки (на границе короны и хромосферы, где концентрация частиц ~10¹⁰см^–3) основная часть плазмы нагревается до 10⁸ К, в то время как примерно 10^–3 всех заряженных частиц ускоряется до релятивистских энергий. Последнее обстоятельство, весьма характерное для динамических процессов в плазме, имеет, как мы увидим дальше, фундаментальное значение для всей астрономии.

В послевоенное время, когда астрономия стала всеволновой (что связано с быстрым, даже «взрывным» развитием, радиорентгеновской и инфракрасной астрономии), во Вселенной обнаружено огромное количество нестационарных процессов, наблюдаемых на разных уровнях (ранние стадии развития Вселенной, квазары, ядра галактик, взрывающиеся и вообще нестационарные звезды, в частности, рентгеновские звезды и пр.). Сама картина Вселенной подверглась качественному изменению. Если раньше астрономы представляли ее статической или квазистатической (что в ряде случаев допустимо), то теперь центр тяжести астрономических исследований сместился в сторону изучения нестационарных процессов. И оказалось, что эти процессы (в отличие от статических) можно понять, только если исходить из представлений плазменной физики. В свою очередь плазменная физика получила в распоряжение грандиозную природную лабораторию, о которой в земных условиях не приходилось даже мечтать. Напомним, что в первой половине XX в. астрофизика оказала огромное влияние на развитие оптики и спектроскопии. В частности, в космических условиях были обнаружены «запрещенные» спектральные линии, регистрация которых в лабораторных условиях просто немыслима. Можно надеяться, что нечто сходное должно произойти (если не происходит уже сейчас) и с плазменной физикой. Следует, однако, заметить, что пока такого органического слияния плазменной физики и астрономии, как спектроскопии с астрофизикой, еще не произошло. Хотя нет недостатка в наблюдениях явно выраженных космических плазменных феноменов, пока отсутствуют адекватные теории, основывающиеся на представлениях плазменной физики. Вместо этого астрономам приходится ограничиваться более или менее кустарными построениями, хотя и это далеко не простое дело. Суть проблемы не только в недостаточной кооперации астрономов и специалистов-физиков, но и в больших теоретических «лакунах» современной плазменной физики. Поэтому в настоящее время астрономы должны ориентировать «плазменщиков» на конкретные, важные астрономические проблемы, а физики – уделять должное внимание решению этих проблем и понять их важность для плазменной физики. Не претендуя на составление полного списка проблем, ожидающих своего решения, мы здесь обсудим только некоторые из них, имеющие фундаментальное значение как для астрономии, так и для плазменной физики.

Первая такая проблема – построение количественной теории генерации заряженных частиц сверхвысоких энергий при разнообразных процессах, связанных с движениями намагниченной плазмы. Современная астрофизика дает огромное количество примеров такой генерации на самых различных уровнях. Решение этой проблемы, в частности, позволило бы поднять на новую ступень наше понимание природы космических лучей¹.

¹ Гинзбург В. Л., Дорман И. В. Природа и происхождение космических лучей: история и современность. – «Природа», 1978, № 4.

Уже давно стало ясно, что космические лучи представляют собой не какой-то экзотический феномен, а существенную и, в какой-то мере, равноправную компоненту материи во Вселенной. Например, плотность энергии космических лучей, локализованных в Галактике, практически равна плотности кинетической и магнитной энергии межзвездной среды. Эмпирически мы знаем, что космические лучи инжектируются в межзвездную среду в основном при вспышках сверхновых звезд². Следовательно, генерация релятивистских частиц осуществляется в движущихся с большой скоростью оболочках сверхновых. Альтернативным было бы предположение, что релятивистские частицы каким-то образом возникают сразу же после взрыва звезды и, будучи «заперты» в расширяющуюся оболочку сверхновой, в конце концов, после рассеяния этой оболочки, поступают в межзвездную среду. Однако по ряду причин (например, из-за адиабатического охлаждения запертого в расширяющейся оболочке релятивистского газа) эта возможность не реализуется. Следовательно, генерация релятивистских частиц имеет место на довольно позднем этапе расширения (скажем, спустя примерно 100 лет после взрыва), когда в окружающей межзвездной среде уже сформируется сильная ударная волна.

² Другим инжектором космических лучей должны быть быстро вращающиеся сильно намагниченные нейтронные звезды – пульсары. Относительная роль обоих типов инжекторов пока не ясна.

Была выдвинута вполне разумная гипотеза, что такая генерация должна иметь место на границе между оболочкой и возмущенной межзвездной плазмой за фронтом ударной волны. Как показывают расчеты, на этой границе из-за развития разного рода неустойчивостей возникает конвективная зона, причем энергия пульсаций достигает ~1% от первоначальной кинетической энергии оболочки. Однако как происходит в этой области генерация релятивистских частиц и одновременно рост на 1 – 2 порядка величины межзвездного магнитного поля, – совершенно неизвестно. Пока эта проблема не получит надежного решения, нельзя, конечно, говорить о какой-то серьезной теории, объясняющей происхождение космических лучей. Такая теория, в частности, должна объяснить почти универсальный степенной энергетический спектр релятивистских частиц. Все эти вопросы, стоящие перед астрофизикой вот уже четверть века, пока еще весьма далеки от решения, хотя наблюдательный материал огромен и продолжает расти.

С аналогичной ситуацией мы сталкивается в несравненно большем масштабе при изучении квазаров и активных ядер галактик (по-видимому, между этими объектами нет принципиальной разницы). Здесь наблюдаются резко нестационарные процессы, связанные с огромным выделением энергии (до 10⁶¹ эрг и даже больше, что в сотни раз превышает, например, гравитационную энергию связи звезд в нашей Галактике), существенная часть которой превращается в энергию релятивистских частиц. Замечательно, что эти процессы грандиозной мощности происходят в малых объемах, линейные размеры которых не превышают нескольких сотых парсека! Наблюдательная астрономия пока еще не располагает достаточно большим количеством фактов, которые бы позволили различить детали этих процессов. Дело в том, что угловые размеры активных областей ничтожно малы, они не превышают 10^–4 с дуги, что находится далеко за пределами разрешающей способности оптических телескопов и даже радиоинтерферометров. Все же имеются серьезные основания считать, что первопричина рекуррентной (повторяющейся) активности галактических ядер и квазаров в конечном итоге заключается в развитии некоторого типа неустойчивости в намагниченной плазме, находящейся в поле тяжести в состоянии быстрого вращения. Возможно, в центре ядер расположены черные дыры гигантской массы ~10⁸ – 10¹⁰ солнечных масс. Никакой, однако, серьезной конкретизации эти идеи пока не получили, хотя речь идет о явлении, имеющем фундаментальное значение для астрономии.

Отсутствие достаточного количества наблюдательных данных реально затрудняет, а скорее всего отдаляет решение важнейшей проблемы – первопричины активности галактических ядер, поэтому вопрос о механизме генерации релятивистских частиц в квазарах и радиогалактиках должен быть решен уже сейчас. Ибо, по нашему мнению, накопилось достаточно наблюдательных данных для количественного анализа. Здесь особенно полезны наблюдения ближайших к нам радиогалактик NGC 4486 (Дева А) и NGC 5128 (Центавр А). Особенно важны оптические, радио- и рентгеновские наблюдения Девы А. У этой гигантской сфероидальной галактики с массой, в десятки раз превышающей массу нашей звездной системы, уже полвека известно замечательное образование, называемое выбросом. Выброс представляет собой вытекающую из ядра галактики длинную (≥2000 пс) узкую струю, в которой находятся очень яркие маленькие (диаметр меньше 30 пс, а скорее всего 1 пс) конденсации. Свыше 20 лет назад нами было показано, что механизм оптического излучения этих конденсаций – синхротронный (так же, как и так называемой аморфной части Крабовидной туманности). Вскоре была обнаружена сильнейшая линейная поляризация таких конденсаций – следствие синхротронной природы их излучения. p>Этот удивительный феномен поставил перед астрономами ряд острых проблем, которые еще очень далеки от решения. Тем не менее один важнейший результат был получен с большой надежностью: нельзя представить, чтобы релятивистские электроны, ответственные за наблюдаемое синхротронное излучение выброса Девы А, каким-то образом возникли в ядре и «транспортировались» оттуда на наблюдаемое расстояние. С достоверностью можно утверждать, что время жизни релятивистских электронов в выбросе на несколько порядков меньше времени, необходимого для такой транспортировки. Отсюда следует вывод, что генерация релятивистских частиц в области узлов выброса происходит перманентно, на всем пути этих образований, которые, как можно показать, движутся с полурелятивистской скоростью.

Что же собой представляют эти загадочные узлы? Если это не компактные гравитационно связанные образования (что заведомо не так), то почему они не «расползаются» по дороге? На последний вопрос мы уже сейчас можем дать ответ: узлы не расползаются из-за динамического давления окружающей плазмы, которая их обтекает. Качественно явление выглядит так, как если бы время от времени (примерно один раз в несколько тысяч лет) из ядра со скоростью 0,6 – 0,8 с выбрасывались сгустки намагниченной плазмы массой, близкой к одной массе Солнца; причем эти сгустки всегда выбрасывались в некотором фиксированном направлении, которое естественно отождествить с осью вращения ядра. После того как узлы расширятся до размеров 1 – 3 пс, они стабилизируются динамическим давлением окружающей плазмы. При обтекании плазмой намагниченных сгустков происходит весьма интенсивный процесс генерации релятивистских частиц. Эффективность такого процесса исключительно велика: существенная, если не большая часть первоначальной кинетической энергии выброшенных из ядра галактики сгустков превращается в энергию сравнительно небольшого количества релятивистских частиц.

Каков же механизм такой трансформации энергии? Надо прямо сказать, что пока нет теории этого первостепенной важности явления. Существуют только более или менее правдоподобные идеи, между которыми нельзя пока даже сделать выбора. Между тем есть все основания полагать, что механизм генерации релятивистских частиц, действующий в галактике NGC 4486 (наблюдающейся со сравнительно «близкого» расстояния), имеет универсальный характер. Например, в ярчайшей, весьма удаленной от нас радиогалактике Лебедь А также обнаружена генерация релятивистских частиц на огромном расстоянии от центра активности – ядра этой галактики. Скорее всего во всех случаях наблюдается универсальный процесс превращения кинетической энергии движущихся с большими скоростями намагниченных плазменных сгустков в энергию релятивистских частиц. Тем более важно получить, наконец, однозначное решение этой важнейшей для современного естествознания проблемы. Мы подчеркиваем необходимость получить именно однозначное решение, так как опасаемся серьезных затруднений при построении правильной теории на основе выбора между несколькими конкурирующими гипотезами. Интересно было бы также узнать, тождественны ли механизмы ускорения, действующие в расширяющихся оболочках сверхновых и в радиогалактиках (и квазарах)? Проявляет ли себя такой механизм в активных областях Солнца? Все эти вопросы пока остаются без ответа.

Другим важным кругом астрономических проблем, заведомо связанным с плазменной физикой, является обобщенная проблема магнитосфер различных космических тел. Хорошо известны те большие успехи, которые были достигнуты в области плазменной физики при исследовании магнитосферы Земли и ее взаимодействия с солнечным ветром. Важные результаты получены при изучении магнитосфер Юпитера и Меркурия. Решающую роль здесь сыграли выдающиеся достижения космической техники исследований, в которых широко применялись прямые методы измерений. Параллельно шло развитие рентгеновской астрономии, приведшее к открытию рентгеновских пульсаров в двойных звездных системах. При интерпретации наблюдательных данных оказалось необходимым развить теорию магнитосферы нейтронной звезды, взаимодействующей с обтекающим и проникающим в нее потоком довольно плотной плазмы, который исходил от второго, «нормального» компонента. В отличие от магнитосфер планет, в рассматриваемом случае существенное значение имеет сила тяжести. При всех успехах теории рентгеновских источников остается еще очень много задач, ждущих своего решения. Сюда относятся, например, вопросы устойчивости тонких (диаметром в десятки метров) плазменных струй, падающих на поверхность нейтронной звезды в области ее магнитных полюсов, проблема «высыпания» плазмы в магнитосферу нейтронной звезды (тесно связанная с проблемой недавно открытых импульсных рентгеновских источников) и пр. Здесь можно встретить много неожиданного, что должно стимулировать дальнейшие теоретические исследования. Вообще, рентгеновская астрономия теснейшим образом связана с плазменной физикой. Это и понятно – излучающим объектом, как правило, является весьма горячая (T ~ 10⁷ – 10⁸ К) плазма, находящаяся в нестационарном состоянии. Поясним это на конкретном примере. Остатки вспышек сверхновых представляют собой распространяющиеся в межзвездной среде сильные ударные волны. За фронтом таких волн плазма нагрета до весьма высокой температуры и представляет собой источник рентгеновского излучения. Однако в случае «молодых», т. е. почти не затормозившихся межзвездной средой остатков (например, Кассиопея А, возраст которой 300 лет), плазма за фронтом ударной волны резко неизотермична. Температура ионов там ~10⁹ К, в то же время из-за слабого теплового контакта и сравнительно малого времени существования туманности температура электронов (как это следует из спектра рентгеновского излучения) порядка нескольких десятков миллионов градусов. Пока, однако, отсутствует строгое количественное рассмотрение этой интересной задачи, основывающееся на положениях плазменной физики.

Физика радиопульсаров (вернее, их магнитосфер) открывает широкие возможности для применения методов плазменной физики. Сюда относятся тонкие вопросы воздействия плазмы магнитосферы радиопульсаров со сверхдлинноволновым магнитно-дипольным излучением, распространение радиоволн в сверхсильных магнитных полях, особенности ускорения заряженных частиц и другие проблемы, еще ждущие своего решения. Особый круг проблем возникает при изучении знаменитого пульсара NPO 532, генетически связанного с Крабовидной туманностью. Этот во многих отношениях уникальный объект излучает во всем диапазоне электромагнитных волн, от декаметровых до сверхжестких гамма, причем вряд ли механизм излучения универсален для всех частот.

Мы перечислили только малое количество проблем современной астрономии, которые связаны с физикой плазмы. Еще раз подчеркнем, однако, что важнейшая из них – выяснение во всех деталях механизма генерации релятивистских частиц при взаимодействии быстро движущихся сгустков намагниченной плазмы и окружающей более разреженной, также ионизованной среды. Решение этой фундаментальной проблемы даст ключ к пониманию основных нестационарных процессов в Галактике и Метагалактике.

Нужно помнить, что специфика разнообразных космических плазм заключается в отсутствии стенок, которые зачастую так сильно искажают лабораторные плазменные эксперименты. Однако плазменная физика уже накопила достаточно большой опыт работ с «бесстеночными» плазмами в случае магнитосфер Земли и планет, взаимодействующих с солнечным ветром. Этот опыт будет весьма полезен при исследовании плазм, находящихся в «дальнем космосе». В заключение мы хотели бы выразить надежду, что, возможно, некоторые космические плазменные феномены удастся промоделировать в лабораторных условиях. Особенно важно было бы промоделировать космические генераторы заряженных частиц – движущиеся через разреженную ионизованную среду сгустки намагниченной плазмы. Кто знает, возможно, это будет небесполезно и для конструкторов земных ускорителей, хотя огромное различие масштабов явлений в космосе и лаборатории может привести к качественным различиям.

Недавно в павильоне «Космос» ВДНХ СССР демонстрировался каталог космических рентгеновских источников, созданный в Шемахинской астрофизической обсерватории Академии наук АзССР. Корреспондент «Правды» попросил директора обсерватории академика АН АзССР Г. Ф. Султанова рассказать об этой работе.

– Исследования в области рентгеновской астрофизики ведутся у нас уже около 10 лет. В этом направлении успешно работают сотрудники О. Гусейнов, П. Амнуэль и Ш. Рахамимов. Наши ученые предсказали возможность существования нейтронной звезды с сильным магнитным полем пульсирующего рентгеновского излучения. Три года спустя во время полета американского исследовательского спутника подобные рентгеновские пульсары действительно были обнаружены. Плодотворными были и дальнейшие наши исследования. Так, несколько лет назад сотрудники обсерватории пришли к выводу о том, что в Галактике должен существовать класс слабых рентгеновских источников, число которых достигает 10 000. Такое заключение удалось сделать на основании изучения всех данных, полученных с помощью спутников. Через некоторое время тщательные обзоры неба, проведенные спутниками, показали, что слабые источники действительно существуют.

Была также проведена интересная работа, касающаяся так называемых рентгеновских Новых звезд, которые неожиданно вспыхивают, причем блеск их резко нарастает, достигает максимума, а потом начинает медленно уменьшаться и в конце концов исчезает. К 1973 г. было известно несколько таких источников, по данных было мало. Наши сотрудники собрали и обработали заново все сведения, начиная с 1964 г. Им удалось выявить семь рентгеновских Новых, не классифицированных ранее. Оказалось, что блеск рентгеновской Новой убывает до тех пор, пока не достигнет определенного стабильного уровня. Затем происходит новая вспышка.

Гипотеза азербайджанских ученых нуждалась в проверке наблюдениями. И доказательства были получены во время полетов английского спутника «Ариэль» и американского САС-3 в 1975 г. Исследователи с удивлением отмечали, что наблюдаемые кривые блеска рентгеновских Новых практически точно соответствуют теоретической кривой, полученной нашими молодыми сотрудниками.

Недавно в обсерватории был составлен каталог космических рентгеновских источников. Эта своеобразная энциклопедия включает данные о 517 рентгеновских источниках, известных науке. Впервые для каждого источника указаны все измерения, полученные с первых запусков ракет в начале 60-х годов. И главное – собранные в каталоге данные позволили его авторам сделать ряд заключений о природе рентгеновских источников, связанных с излучением самых необычных небесных тел – нейтронных звезд и так называемых черных дыр.

Развитие космической биологии характеризуется переходом к углубленному изучению тонких механизмов, действующих в организме. Этому предшествовала длительная и кропотливая работа.

Эволюция жизни на нашей планете проходила и проходит под воздействием силы тяжести. Она во многом определяет строение организмов, многие особенности их движения, ряд рефлексов. Поэтому до полетов в космос неясно было, сможет ли живая материя вообще существовать при изменении основных геофизических показателей. Силами ряда научных коллективов АН СССР, Министерства здравоохранения СССР и других организаций фундаментальный вопрос был решен положительно. Это явилось открытием принципиального значения, распахнувшим человечеству дорогу в космос.

Затем настал этап изучения роста, структуры и функциональных особенностей клеток под воздействием условий орбитального полета. К этому времени в работы по космической биологии включились новые коллективы и среди них – Институт молекулярной биологии и генетики и Институт ботаники им. Н. Г. Холодного АН Украинской ССР. Была сформулирована концепция относительности биологического времени полета.

Один и тот же период имеет разное значение для различных организмов. Так, месяц полета занимает несколько менее одной тысячной времени жизни человека. Для белой мыши тот же срок составит уже примерно ¹/₃₀ ее жизни, плодовая муха дрозофила или растение арабидопсис пройдут весь цикл развития от рождения до смерти. А для микроорганизмов это целая вечность, за месяц сменяются сотни их поколений. Поэтому результаты эксперимента во многом зависят от особенностей избранного объекта вообще и скорости прохождения им жизненного цикла в частности.

Разумеется, в конечном итоге все биологическое обеспечение полетов связано прежде всего с человеком. Поэтому микроорганизмы в данных исследованиях выполняют функции модели. Но поскольку основные молекулярно-биологические процессы во многом подобны и у низших, и у высших организмов (включая человека), то информацию об одноклеточных с определенными оговорками можно использовать и для прогнозирования последствий длительного пребывания человека вне Земли.

Подбор объектов, находящихся на разных уровнях организации (бактерии, одноклеточные зеленые водоросли, высшие растения), дает возможность изучить влияние факторов реального космического полета на различные формы организмов в процессе как их индивидуального развития, так и в культуре клеток и тканей. Такого рода исследования позволяют определить устойчивость клеток и их приспособительные возможности при изменении факторов, на фоне которых проходила эволюция живого. Анализ, проводимый на субклеточном уровне, дает возможность судить и о функциональных особенностях клеточных органелл, интенсивности и направлении обмена веществ.

В Институте молекулярной биологии и генетики и Институте ботаники АН Украинской ССР была создана новая технология, позволяющая в течение любого заданного времени проводить культивирование микроорганизмов вне Земли с последующим анализом опытного материала в лабораториях по комплексным программам. Для этого изготовлены специальные аппараты. Серия исследований, выполненная более чем на десяти искусственных спутниках Земли и космических кораблях, показала существенное влияние условий космического полета на рост, репродукцию, структурную организацию и процессы обмена веществ бактериальных и растительных клеток, находившихся во время эксперимента в активном физиологическом состоянии.

Задача всех ростовых экспериментов в космосе в конечном итоге заключается в том, чтобы выявить закономерности поведения организма в невесомости, установить механизмы его воздействия на живую материю и разработать на основании этого новые приемы управления процессами жизнедеятельности. Так, на борту орбитальной станций «Салют-6» в рамках советско-французской программы «Цитос» в космосе выращивались одновременно реснитчатая инфузория парамеция, доставленная из Тулузы, и бактерии протея обыкновенного из Киева. Заключительная стадия подготовки эксперимента проводилась в Москве, в Институте медико-биологических проблем Министерства здравоохранения СССР.

Особую ценность опыту придает то, что одновременно в одном приборе при строго постоянной температуре выращивали два объекта, а функция части материала производилась через строго определенные промежутки времени. Сейчас полученные данные обрабатываются. Полный анализ займет много времени, однако по первым результатам можно говорить о том, что выявлен ряд отличий у клеток бактерий, выросших в космосе (парамеции обрабатываются французской стороной). Эти отличия пока обнаружены по биохимическим и ультраструктурным показателям и, по-видимому, после завершения всех анализов позволят сделать заключение о некоторых тонких механизмах влияния полета на растущую клетку.

Все живые существа можно разделить на две большие группы по организации аппарата наследственности – организмы с дифференцированным ядром и без него. Бактерии относятся ко второй из них. Общий итог наших предыдущих исследований, выполненных на бактериях, выросших в космосе, и опыты, выполненные по программе «Цитос», позволили установить зависимость роста бактерий вне Земли от особенностей организации условий культивирования. Сегодня уже можно говорить о том, что надо сделать для того, чтобы в невесомости скорость роста данного микроорганизма ускорялась или замедлялась по сравнению с контрольными опытами на Земле.

Другой биологический эксперимент на борту «Салюта-6» проводился с одноклеточной водорослью хлорелла. Она прекрасно изучена на протяжении десятилетий и весьма перспективна для познания влияния факторов космического полета на структурно-функциональную организацию клеток, их рост и обменные процессы. Сейчас этот материал также находится в обработке, и можно говорить лишь о первых результатах. Они показали значительную интенсификацию роста водорослей в космосе при сопоставлении с контролями.

Водоросли относятся к организмам с дифференциальным ядром. Работы с такими объектами в космосе методически сложнее, чем с бактериями. Поэтому пока происходит накопление необходимого фонда фактического материала для выяснения закономерностей биологических процессов данной группы организмов вне Земли. Полученные результаты – первый вклад в этот фонд.

Следует добавить, что по сравнению с ранее поставленными опытами работы, проведенные космонавтами Ю. Романенко, Г. Гречко, А. Губаревым и В. Ремеком, отличаются более высоким уровнем, связанным с рекордной продолжительностью полета. На различных организмах проведены длительные эксперименты с многократной сменой поколений объектов. Они позволят существенно дополнить представления о тонких процессах, происходящих в клетке под воздействием условий космического полета.

Выращивать высшие растения в космосе исключительно трудно. И хотя это успешно проводится советскими исследователями на специальной бортовой оранжерее «Оазис», многие вопросы ждут еще выяснения. Поэтому нами для решения некоторых конкретных вопросов совместно с исследователями «Оазиса» был использован иной подход, не требующий никаких технических решений. Существует группа объектов с замедленными биологическими процессами, которые можно условно назвать живыми консервами. К ним, в частности, относятся клубни (например, обыкновенный картофель) и луковицы растений. Из высших растений в качестве модели был взят лук гадючий, клубни которого содержат зачаток соцветия. Они оказались удобными для изучения влияния условий реального космического полета на генеративные органы растений. Сравнительные исследования опытных и контрольных растений показали ускорение развития пыльцевых зерен в бутонах опытных луковиц.

В. Коваленок и А. Иванченков проводят опыты, которые позволят дополнить и уточнить полученные ранее данные. Биологические эксперименты в космосе призваны решать вполне конкретные практические задачи. Сюда, в частности, относится получение данных для создания биологических систем жизнеобеспечения человека в длительных полетах. Знание реакции организма на невесомость открывает в будущем перспективу управлять некоторыми биотехнологическими процессами вне нашей планеты. Наконец, для чисто земных нужд нахождение новых путей воздействия на живые организмы даст возможность использовать их для управления биологическими процессами в различных областях народного хозяйства. Так, обнаружено ускорение роста клеток некоторых микроорганизмов в условиях космического полета. Выявление механизмов, лежащих в основе этого явления, позволит воспроизвести его в земных условиях, что весьма важно для микробиологической промышленности.

Новые возможности в изучении Вселенной открылись перед человечеством с начала космической эры. Расширился диапазон исследований электромагнитного излучения космических тел. Впечатляющие успехи достигнуты радиоастрономией. Однако на этом фоне не только не померкла, а получила небывалый расцвет оптическая астрономия. Замечательные открытия последних десятилетий – обнаружение пульсаров, источников мощного рентгеновского излучения, квазаров – вновь вывели астрономию на передний край науки. Огромную роль в этом сыграли достижения техники и технологии.

Создание современного оптического телескопа с необходимым набором вспомогательной аппаратуры – дело чрезвычайно сложное. Успех его практически невозможен без использования всего научного и промышленного потенциала государства. В развитии технической базы современной оптической астрономии Советский Союз занимает одно из ведущих мест. Вершиной и свидетельством высокого потенциала конструкторской и научной мысли, технических возможностей советской промышленности является флагман советской астрономии – самый крупный в мире телескоп с диаметром зеркала 6 м. Этот прибор изготовлен для Специальной астрофизической обсерватории Академии наук СССР и установлен на Северном Кавказе, неподалеку от станции Зеленчукской.

Около двух лет назад с его помощью получены фотографии звездного неба – первая «научная продукция» телескопа-гиганта. Однако большая работа по освоению новой техники продолжалась и после этого знаменательного события. Целый год конструкторы, инженеры и рабочие Ленинградского оптико-механического объединения им. В. И. Ленина – головной в сооружении уникального приборного комплекса организации – вместе с персоналом обсерватории проводили его пробную эксплуатацию. Детально исследовались возможности и характеристики собственно телескопа, приданной ему светоприемной и регистрирующей аппаратуры, а также башни с куполом. Тщательно изучались оптические системы, особенно главное зеркало, при различных температурах внешней среды. Систематизировались показатели точности механизмов и электронных управляющих систем. Уточнялись правила эксплуатации и технического обслуживания комплекса. Отрабатывались наиболее эффективные и экономичные режимы наблюдения.

Благодаря энтузиазму и мастерству участников подготовки телескопа к эксплуатации сложнейший комплекс в короткий срок был готов к действию. Сегодня «услугами» не знающего себе равных прибора пользуются практически все астрономы страны. Универсальность и огромные возможности в наблюдении самых слабых и отдаленных космических объектов, в решении ключевых задач познания строения и эволюции Вселенной обеспечили телескопу ведущую роль в реализации программ важнейших астрофизических исследований.

Ныне, после пробной эксплуатации и года регулярных наблюдений, можно сказать об основных преимуществах БТА, о значении гигантского телескопа для науки. Следует, думается, прежде всего подчеркнуть, что технически смелые и в большинстве своем новые инженерные решения, использованные в конструкции прибора, полностью себя оправдали.

Конструкторы БТА применили новую монтировку телескопа. Астрономы по достоинству оценили новшество. Благодаря симметричности, большей жесткости и компактности всех узлов деформацию металлоконструкций удалось свести к минимуму. Проще и точнее решается важная задача разгрузки главного зеркала весом 42 т. Относительное расположение оптических деталей в трубе телескопа стало более стабильным. Балансировка трубы после замены светоприемной аппаратуры оказывается предельно простой. Потери света в неподвижном фокусе минимальны. Работа астронома-наблюдателя, установка и обслуживание приборов более удобны.

Конечно, за все перечисленные достоинства новой монтировки приходится «расплачиваться»: заметно усложнилась система управления телескопом. Зато на помощь пришла быстродействующая электронная цифровая управляющая машина. Несмотря на огромные размеры и сложность механических и электронных систем, БТА обладает высокой надежностью, точностью и маневренностью. Его можно оперативно переключить с одной программы на другую, например, в случае изменения метеорологических условий.

Одна из главных характеристик любого крупного телескопа – так называемая проницающая способность, т. е. способность регистрировать и анализировать излучение от слабых и слабейших звезд и галактик. В этом отношении БТА не имеет себе соперников.

За счет большой светособирающей поверхности главного зеркала, высокой прозрачности и стабильности атмосферы в месте установки телескопа мы сегодня регистрируем на фотографиях в главном фокусе астрономические объекты (звезды, галактики) до 24-й видимой звездной величины, а при особенно благоприятных условиях – до 25-й. Таким образом, с помощью БТА можно исследовать объекты в 1,7 – 2 раза более слабые, чем это удается на 5-метровом телескопе обсерватории Маунт Паломар в США. Иными словами, границы наблюдаемой исследователями части Вселенной расширились в 1,3 – 1,5 раза, а количество доступных изучению объектов увеличилось в 2 – 2,5 раза.

Так, подсчеты предельно слабых галактик на снимках, полученных с использованием БТА, показывают, что число таких галактик на площади неба в 3 – 4 раза превосходит число звезд. Впервые астрономическими наблюдениями подтверждено, что закон увеличения числа галактик с уменьшением их видимой яркости лучше всего соответствует модели нестационарной, иначе говоря расширяющейся, Вселенной.

С помощью нового телескопа получено также свыше 150 крупномасштабных фотографий удивительных образований – взаимодействующих пар и групп галактик. Особенности их строения позволяют предположить здесь мощные и быстрые эволюционные изменения, которые длятся лишь десятки миллионов лет. В масштабах Вселенной это действительно быстрые изменения. Ведь возраст Вселенной оценивается сейчас в 15 – 17 миллиардов лет!

С момента ввода в действие 6-метрового телескопа ученые получили около 2.000 спектрограмм самых разнообразных небесных объектов – различных типов звезд в нашей и ярчайших звезд в ближайших галактиках, изолированных, кратных, взаимодействующих галактик, галактик с активными ядрами, квазаров, ярчайших галактик в отдаленных скоплениях и т. д. Сейчас богатые данные наблюдений всесторонне анализируются. Завершены только отдельные этапы работы. Но и они убедительно свидетельствуют: с созданием телескопа наука получила в свое распоряжение великолепный и вполне надежный инструмент познания.

Приведу только один пример. В отдаленных областях космоса, как известно, существуют галактики с мощным ультрафиолетовым излучением. Это говорит о происходящих в них взрывных процессах фантастических масштабов. В такие катаклизмы природа вовлекает количества вещества, в миллиарды раз превосходящие массы нашего Солнца. В ходе спектроскопических исследований на БТА обнаружено еще около 30 новых, как их называют, сейфертовских галактик, где взрывные явления чрезвычайно масштабны.

Обнаружено 7 новых квазизвездных объектов. Один из них, с рекордно малым красным смещением, по-видимому, станет предметом особенно детального изучения. Интересны и другие результаты. По спектрограммам для 150 пар двойных и взаимодействующих галактик определены взаимные движения компонентов. Оценены их массы. Раньше предполагалось, что в этих системах имеется «скрытое» ненаблюдаемое вещество. Теперь доказано, что такого вещества нет. Этот вывод приводит к более ясному пониманию характеристик и путей эволюции двойных звездных систем.

Установлено, что при некоторых особенно важных исследованиях с применением специальной методики новый телескоп позволяет исключить искажающее влияние вечно волнующейся атмосферы Земли и примерно в 100 раз повысить разрешающую способность прибора. Исследователи теперь могут точнее определить истинные размеры звезд и галактик.

Астрономы, можно сказать, еще только осваивают представленный в их распоряжение телескоп-гигант. Но уже первые результаты и открытия, которые стали возможными благодаря его применению, убеждают: перед исследователями Вселенной открылись новые и многообещающие перспективы в углублении наших знаний, в разгадке загадок мироздания. Тем более обоснованным представляется выдвижение творческого коллектива создателей БТА на соискание Ленинской премии.

Новый, крупнейший в мире рефлекторный радиотелескоп РАТАН-600, построенный вблизи станции Зеленчукской, набирает силу. Уже проведено более 5 000 самых разнообразных наблюдений. Радиотелескоп работает круглосуточно, одновременно по нескольким научным программам. Результаты, полученные в области солнечной, планетной, галактической, внегалактической радиоастрономии, широко обсуждаются на общесоюзных и международных симпозиумах, конференциях, съездах. Мы остановимся только на двух направлениях исследований.

Пожалуй, самым неожиданным было открытие интенсивного радиоизлучения ближайшего к Юпитеру спутника Ио, открытого Галилеем. Спутники планет, подобно Луне, излучают, как и всякое нагретое тело, во всех диапазонах волн – от рентгеновского до длинноволнового радиодиапазона. Обычно полная излученная спутником энергия равна энергии, получаемой от Солнца. Иначе дело обстоит со спутниками Юпитера – они излучают больше, чем получают от Солнца!

Это является первой загадкой (отметим, что и сам Юпитер, к удивлению ученых, излучает вдвое больше, чем получает от Солнца). Ученые строят догадки. Одна из самых «общепринятых» (хотя это совершенно не является критерием истины) гипотез состоит в том, что всю систему спутников Юпитера (а их 13) вместе с планетой рассматривают как миниатюрную Солнечную систему, где Юпитер – Солнце, а спутники – планеты. Эволюция системы Юпитера повторяет эволюцию Солнечной системы. По этой гипотезе (которая проверена многочисленными расчетами на крупных ЭВМ) система Юпитера образовалась из пылевого облака, которое, сжимаясь и ускоряя свое вращение, привело к выделению центрального плотного тела (Юпитер) и к малым образованиям – осколкам (спутникам), вращающимся вокруг него.

При сжатии центрального тела росла температура в его центре, и оно превратилось в маленькую звезду, которая разогрела (и даже расплавила) окружающие его «спутники». Сейчас Юпитер почти остыл, но спутники еще сохранили тепло.

Результаты наших наблюдений согласуются с гипотезой разогрева спутников Юпитером, однако объяснить радиоизлучение Ио только этим эффектом затруднительно. Дело в том, что если бы Ио излучал, как обычное нагретое тело, то мощность излучения на коротких радиоволнах была бы больше, чем на длинных. А наблюдения на РАТАНЕ показали обратное! Одно из объяснений, которое можно предложить, состоит в том что этот спутник, подобно Земле, имеет магнитное поле и мощные пояса радиации типа тех, которые обнаружены уже в первых космических экспериментах.

Галактика – звездная система, в которой мы живем, – насчитывает около 100 миллиардов звезд. Она вращается со скоростью 250 км/ч вокруг своего центра, или ядра. Все чаще астрофизики обращают свои «взоры» (и инструменты) именно на это ядро. Многие ученые считают, что именно ядра в галактиках ответственны за удивительные явления, наблюдаемые астрономами. Упомянем, например, гигантские взрывы в центральных частях галактики, при которых выделяется столько энергии сколько выделилось бы при взрыве водородной бомбы с массой, близкой к массе всей галактики! Некоторые ученые полагают, что вообще весь окружающий нас звездный мир был ранее заключен в точечные образования (расположенные в центрах существующих галактик) и из этих точек выбрасывается та материя, из которой впоследствии образовались и звезды, и планеты, и мы с вами.

Исследования ядра нашей Галактики с помощью радиотелескопа РАТАН-600 проводятся уже с 1974 г. Прежде всего мы обратили внимание на то что наше радиоизображение значительно отличается от всех, полученных ранее с менее совершенными инструментами. С минимальным числом гипотез нам, используя наблюдения на радиотелескопе, удалось определить большое число физических характеристик нашего галактического ядра: температуру и плотность горячего газа в нем, распределение гравитационного потенциала, который отражает распределение полной массы в ядре, среднюю светимость и даже средний спектральный класс звездного скопления вокруг самого центра нашей Галактики.

К сожалению (или к счастью), наблюдения на нашем радиотелескопе не показали каких-либо чудесных свойств ядра – мы увидели там очень плотное (в миллион раз плотнее, чем в окрестностях Солнца) скопление очень старых звезд, возраст которых составляет миллиарды лет, и, возможно несколько десятков молодых звезд. В самом центре этого звездного сгущения наблюдается уникальный по своим свойствам точечный радиоисточник, однако мощность излучения его очень мала, а масса его в тысячи раз меньше массы звездного скопления. Кстати, это обстоятельство по-видимому, исключает возможность мощного взрыва в ядре галактики и превращения нашей Галактики в гигантскую «радиогалактику».

Чем больше человечество проникает в космос, тем сильнее мы убеждаемся в том, что познание Вселенной, ее законов, влияния космических факторов на земные процессы жизненно необходимо для будущего всех жителей Земли. И хотя основная часть космических исследований по-прежнему проводится двумя державами – СССР и США, число государств, участвующих в постановке исследований на борту космических летательных аппаратов, с каждым годом становится все больше. Растет их стремление объединять усилия для проведения совместных экспериментов. К этому побуждают прежде всего глобальный характер изучаемых явлений и необходимость внедрения комплексных методов исследований.

Целесообразность международного сотрудничества в космической деятельности стала более очевидна после создания спутников прикладного назначения, используемых для дальней радиосвязи, метеорологии, изучения природных ресурсов Земли, навигации и т. д. И если на первом этапе сотрудничество в космосе ограничивалось в основном совместным обсуждением полученных результатов, сопоставлением методик и в лучшем случае координацией некоторых проектов, то затем наступила очередь многосторонней кооперации в проведении наземных наблюдений и космических экспериментов. С созданием международного экипажа орбитального научно-исследовательского комплекса «Салют-6» – «Союз-27» – «Союз-28» открывается новый этап совместного исследования космического пространства в мирных целях.

Именно такой становится сейчас совместная программа работ социалистических стран в космосе. Программа эта строится на общих принципах, присущих отношениям между братскими странами – полном равноправии, взаимопонимании и товарищеской взаимопомощи. Именно это определило ее успех.

В настоящее время число спутников, запущенных в соответствии с программой «Интеркосмос», приближается к двадцати. Запущено также шесть геофизических ракет «Вертикаль» и несколько десятков метеорологических карт с научной аппаратурой, созданной учеными социалистических стран. Проведенные эксперименты позволили получить новые интересные данные о Солнце, космических лучах, окружающем нас околоземном космическом пространстве, солнечно-земных связях.

В последние годы в распоряжение ученых поступила новая техника – автоматические универсальные орбитальные станции – спутники, которые обладают гораздо более мощным арсеналом исследовательских средств. Это даст возможность ученым социалистических стран проводить еще более широкие и комплексные исследования.

Отличительной чертой развития кооперации по программе «Интеркосмос» является все больший упор на прикладной характер исследований. Изучение и освоение космического пространства становится составной частью народнохозяйственных планов социалистических стран.

Станции «Орбита» системы телевещания через спутники Земли действуют в МНР, на Кубе, в ЧССР. В ряде социалистических стран проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по дальнейшему совершенствованию систем связи с помощью искусственных спутников. Освоена методика использования данных, получаемых с метеоспутников, в оперативной службе погоды, что позволило повысить точность прогнозов.

Важное место в деятельности ученых социалистических стран занимает совместная разработка методов, аппаратуры и других технических средств «космического землеведения». Первый этап этой работы – эксперимент «Радуга», который проводился учеными СССР и ГДР в сентябре 1976 г. Полет корабля «Союз-22» с многозональной фотокамерой на борту ставил своей главной целью отработку методов и технических средств получения фотографической информации о земной поверхности. Однако предусматривалось и ее практическое использование для решения конкретных народнохозяйственных задач.

В еще большей степени, чем на «Союзе-22», нацелена на решение практических задач программа многозональных съемок, выполняемых с борта орбитальной станции «Салют-6».

Семья космонавтов уже стала интернациональной. Впервые в космическом орбитальном комплексе вместе с советскими космонавтами работает космонавт из Чехословакии.

Советские и чехословацкие ученые, инженеры и конструкторы совместно подготовили для проведения на борту орбитальной станции технологический эксперимент «Морава». Цель эксперимента – изучение процессов выращивания сверхчистых кристаллов в условиях невесомости, оценка перспектив космической технологии для получения сложных полупроводниковых и оптических материалов. Хотя эти работы пока носят поисковый характер, будущее практическое значение их, конечно, бесспорно.

Несомненно, что в дальнейшем международная кооперация в космических исследованиях станет еще более широкой. По существу любая из ближайших крупных проблем космических исследований потребует обобщения опыта и научно-технических разработок разных стран.

Возьмем, к примеру, изучение Солнца и солнечно-земных связей – одну из насущных задач, стоящих перед наукой. Не случайно эта группа проблем занимает важнейшее место в научной космической программе социалистических стран. Познав механизмы преобразования энергии в «солнечной топке» или способы ускорения плазмы и извержения ее в межпланетное пространство, можно было бы использовать их для создания принципиально новых источников энергии не только на Земле, но и на других планетах, которые, вне всякого сомнения, будут со временем обживаться людьми.

Или, скажем, создание глобальной системы получения и передачи информации о Земле, земных природных процессах, ресурсах с использованием космических средств. Система предполагает наличие расположенных на поверхности материков и океанов всевозможных датчиков для измерения различных параметров и передачи информации на спутник и затем в наземные приемные пункты для последующего распространения среди специалистов по метеорологии, геофизике, океанографии... Особенную ценность такая система представляет для освоения труднодоступных районов.

Наблюдения с борта спутников помогут решать и такие важные для всего человечества задачи, как составление карт морских течений, исследование волнений моря, определение перспективных районов лова, составление карт лесов, а также почвенных и геоботанических карт, оценка состояний посевов и их созревания, определение динамики снегового и ледового покровов, выявление процессов эрозии почв.

Новое качество приобретает благодаря космическим методам и геология, в частности изучение закономерностей строения земных недр, выявление геологических структур, не устанавливаемых обычными наземными методами. Все это в конечном счете необходимо для эффективного поиска полезных ископаемых. Наблюдения из космоса уже сегодня дают возможность решать задачи охраны окружающей среды на более высоком уровне, чем это делалось до сих пор.

Несомненно, что программа этих работ в области космических исследований Земли должна опираться на широкое международное сотрудничество. Земля – наш общий дом, и люди будут вместе решать, как сохранить ее в чистоте для себя и своих потомков.

В последующие годы ученые, занимающиеся космическими исследованиями, рассчитывают получить информацию практически о всех планетах Солнечной системы. На орбитах вокруг Земли, вероятно, будут созданы астрономические и радиоастрономические обсерватории. Все большее значение будет приобретать и направление, связанное с использованием специфических условий космоса для прикладных физических, химических и других исследований. Проведены лишь первые технологические эксперименты, однако уже вырисовываются очертания производства в космосе.

Ясно, что достигнутое сегодня – лишь первые шаги на пути активного освоения человечеством мира за пределами нашей планеты, во имя улучшения жизни на Земле. Нет сомнения, что мы еще услышим о новых важных результатах, интересных проектах, которые будут осуществляться совместными усилиями ученых разных стран. Как отмечалось в приветствии товарища Л. И. Брежнева и товарища Г. Гусака международному экипажу орбитального комплекса: «Интернациональное сотрудничество в космосе – это еще одно доказательство братских отношений между социалистическими странами, еще одно свидетельство силы социалистического интернационализма».

Одной из многих задач, которые выполняет экипаж орбитальной станции «Салют-6», является фотографирование земной поверхности с целью исследования природных ресурсов Земли.

Для этого, в частности, используется установленный на борту орбитальной станции многозональный космический фотоаппарат МКФ-6М, разработанный совместно специалистами СССР и ГДР. Аппарат МКФ-6М весит 170 кг и представляет собой сложный комплекс прецизионных оптических, механических и электронных узлов, обеспечивающий выполнение жестких и противоречивых требований, предъявляемых к космическим фотоснимкам и вытекающих из задач исследования земных ресурсов. Каждый снимок должен покрывать большой участок земной поверхности (около 20 000 км²). При этом на снимке должны различаться очень мелкие детали местности (размером около 10 – 20 м) и обнаруживаться малые (в несколько процентов) различия в их яркости. Космические фотоснимки должны обеспечивать возможность точного определения абсолютной яркости любого сфотографированного объекта.

Геометрическая точность построения изображения на космических снимках также должна быть очень высокой. Каждый участок местности должен быть сфотографирован дважды, под разными углами относительно вертикали (с двух соседних точек орбиты). Рассматривая на специальных стереоскопических приборах один из этих снимков левым, а другой – правым глазом, мы имеем возможность наблюдать объемную модель местности, измерять и изучать ее. Наконец, космическая съемка должна позволять нам получать сведения о спектральном распределении яркости земных объектов, т. е. зависимости объектов от длины волны отраженного ими солнечного излучения. При этом необходимо обнаруживать очень малые спектральные различия.

Фотоаппарат МКФ-6М имеет 6 объективов и соответственно 6 кассет с разными фотопленками. Оптические оси объективов строго параллельны между собой, масштабы изображений, создаваемых этими объективами на фотопленках, строго одинаковы. 6 фотозатворов открываются и закрываются синхронно, точно в заданные моменты времени. Время открытия затворов (выдержка) дозируется с точностью до 1%. Объективы МКФ-6М снабжены светофильтрами, каждый из которых пропускает излучение, идущее от земных объектов, только в определенной узкой зоне электромагнитного спектра. Четыре из этих зон соответствуют примерно тем участкам электромагнитного спектра, излучение в которых вызывает у нас ощущение голубого, зеленого, оранжевого и красного цветов. Две зоны расположены в ближней инфракрасной области спектра, которые человеческий глаз не ощущает. Таким образом, для каждого участка местности мы получаем одновременно 6 черно-белых фотоизображений, соответствующих шести упомянутым спектральным зонам.

МКФ-6М имеет целый ряд других устройств и приспособлений, обеспечивающих получение высококачественных снимков с нужными характеристиками. Например, из-за огромной скорости перемещения орбитальной станции относительно земной поверхности даже за те доли секунды, на которые открывается затвор фотоаппарата, оптическое изображение, создаваемое объективом, перемещается относительно фотопленки на значительную величину, что приводит к «размазыванию» фотографического изображения. В МКФ-6М имеется устройство, которое на те доли секунды, когда открыт затвор, останавливает упомянутое перемещение оптического изображения относительно пленки. Выполнение жестких требований, предъявляемых к космическим многозональным снимкам, обеспечивается, в частности, использованием в МКФ-6М высококачественных отечественных фотопленок.

По черно-белым зональным снимкам различия в распределении яркости объектов по зонам спектра визуально оцениваются человеком очень плохо, особенно если эти различия малы. Поэтому различия в зональных яркостях обычно превращают в цветовые различия, синтезируя из черно-белых снимков, полученных в разных спектральных зонах, цветные изображения сфотографированной местности. Если, например, три черно-белых снимка, соответствующих разным спектральным зонам, спроецировать на один экран, тщательно совместив на этом экране изображения одних и тех же объектов, а проекцию осуществлять для одного снимка синим светом, для другого зеленым, для третьего красным, то на экране возникает цветное изображение местности, которое можно зарегистрировать на цветную фотопленку или фотобумагу.

Цвета на таких изображениях получаются условными (не натуральными), т. е. не такими, как на обычных цветных фотографиях или при непосредственном визуальном наблюдении. Зато па цветных многозональных снимках в виде резких цветовых контрастов выявляются различия в спектральной яркости земных объектов, не воспринимаемые человеческим глазом и не передаваемые на обычных цветных фотографиях.

Первые испытания аппарата МКФ-6 были успешно проведены в сентябре 1976 г. космонавтами Валерием Быковским и Владимиром Аксеновым на космическом корабле «Союз-22». Главной задачей эксперимента, проведенного на космическом корабле «Союз-22» с аппаратом МКФ-6, были именно испытания этого аппарата. Мы убедились в том, что он безотказно функционирует в условиях космического полета. Разумеется, снимки, полученные во время полета «Союза-22», использовались и для решения конкретных задач исследования Земли. Но полет «Союза-22» был кратковременным. Орбитальная станция работает длительное время. Отснятую фотопленку можно привозить на Землю, а на станцию доставлять запас свежей пленки. Все это открывает новые возможности использования МКФ-6. Теперь можно целенаправленно выбирать районы фотографирования и снимать в первую очередь именно те районы, которые больше всего интересуют специалистов, занимающихся исследованием земных ресурсов.

Целенаправленно можно выбирать и сроки фотографирования. Это очень важно, так как конкретные задачи решаются наиболее эффективно, если правильно выбрано время съемки. Например, если изучаются процессы, связанные со снеготаянием, то съемку следует проводить весной, породы деревьев лучше различаются на многозональных снимках, сделанных весной или осенью, а не летом; для решения сельскохозяйственных задач фотографирование следует выполнять в определенные сроки, связанные с режимом сельскохозяйственного использования земель, и т. п. Длительное существование орбитальной станции позволяет многократно фотографировать одни и те же районы. Это даст возможность изучать динамику различных процессов, происходящих на суше, в океане, в атмосфере.

Возможности многозональной съемки сейчас еще полностью не изучены, и мы ждем новых интересных результатов от эксперимента, проводимого с аппаратом МКФ-6М на борту орбитальной станции «Салют-6».

В программе полета Владимира Коваленка и Александра Иванченкова много времени отведено исследованиям земной поверхности. Эти наблюдения дают немалую пользу народному хозяйству. А ведь работа эта только начинается, еще отрабатывается методика таких исследований и умение читать (или, как говорят специалисты, дешифрировать) космические снимки. Сегодня трудно предсказать полностью, какие знания о Земле принесет нам «взгляд из космоса», ибо чем дальше идут исследования, тем больше возможностей они открывают. Об одном из научных поисков, основанных на космических фотоснимках, мы рассказываем сегодня.

Группе сотрудников Института геологических наук АН АрмССР поручили найти способ использования космических снимков для составления сейсмотектонических карт.

– Начиная работу, мы еще не знали, какую информацию сможем получить, – рассказывает заведующий отделом тектоники кандидат геолого-минералогических наук Р. Аракелян. – Знали только, что различные элементы ландшафта, геологические образования – разломы, линейные структуры, кольцевые структуры – четко выделяются на снимках. И надо было установить, как связана с ними сейсмичность.

Для исследований взяли снимки южных, самых сейсмичных районов страны – Крыма, Кавказа, Средней Азии. И вот, анализируя их, ученые увидели линейные и кольцевые структуры как бы в новом свете. А эти структуры, особенно кольцевые, которые видны только из космоса, представляют огромный интерес. «Прочтение» их имеет конкретный геологический смысл.

– Мы занимались не распознаванием объектов, а именно дешифровкой космических снимков, – продолжает Р. Аракелян. – Распознать известный геологический объект на снимке не так уж и сложно. Мы же отбирали на снимках участки, одинаковые по тональности, по рисунку, по узору, и сводили их в отдельные группы, пытаясь понять, что за этими «шифрами» кроется. Именно такой подход и позволил выявить те сочетания, о которых я уже говорил...

Поскольку ученых интересовала главным образом сейсмичность и ее связь с элементами ландшафта, они искали сочетания, характерные для тех мест, где были землетрясения. И нашли: определенные «шифры» на космических снимках точно указывали местонахождение эпицентров хорошо известных землетрясений. Но – и это было самое интересное! – «шифры» приходились и на такие места, где землетрясения не были известны. Стало быть, предположили ученые, землетрясения там либо случались очень давно и не сохранились в памяти людей, либо произойдут в будущем.

Предположения полагается проверять, и сотрудники лаборатории отправились в те места, где предполагали землетрясения и где они уже состоялись. Исследовали местность: выяснили, нет ли в окружающих породах оползней, обвалов и т. п. – опознавали геологическую сущность объектов, на которые указывали «шифры» на космических снимках. Проверка показала, что под одинаковыми «шифрами» кроются одинаковые объекты. В итоге получилась карта локализации эпицентров землетрясений – известных и предполагаемых.

Первоначальная задача была как будто выполнена, что само по себе становилось немалым достижением. Новая карта как бы говорила: «Сейсмоопасны только эти районы, в других землетрясений не будет!».

Ну, а в этих-то будет? И когда? Вот такими были новые и главные вопросы. Ведь если подземный удар был в каком-то месте, то он там может и повториться. Так нет ли на тех же снимках каких-либо признаков приближающегося повторения? Чем порождены эти сочетания – «шифры»? Какова их физическая сущность?..

– Мы предполагаем, что на снимках, в точках эпицентров, отражается энергия очагов землетрясений, т. е. напряжение горных пород в зоне очага, – поясняет Аракелян. – А, как известно, очаги располагаются на глубине, эпицентр же – место на поверхности, прямо над очагом, куда приходят самые сильные ударные волны. Между энергией землетрясения и глубиной очага есть определенная математическая зависимость. Зная один из параметров, можно определить и другой. Задача теперь в том, чтобы с помощью математического моделирования найти способ количественной оценки энергии очага, определения глубины его залегания. Если это удастся, то мы близко подойдем к прогнозу землетрясений.

Каким образом? Есть такое понятие в сейсмологии – скорость деформации горных пород. Иначе говоря, речь идет о пределах их прочности или, с другой стороны, о величине напряжения, которое приводит к разрыву этих пород – землетрясению. Скорость деформации одних и тех же пород в разных зонах разная: в горах она выше, чем на равнинной платформе, и там меньшее напряжение приводит к разрыву пород.

Так вот, зная скорость деформации (а она известна), местонахождение эпицентров («шифры» на космических снимках) и величину напряжения в очагах, можно составить карту сейсмогенных структур, т. е. проще говоря, пунктов, где следует ожидать землетрясений. А потом серия последовательных снимков этих пунктов покажет, как меняется напряжение, – вот вам и прогноз!

Но прогнозом дело не исчерпывается. Статистический анализ выявленных на снимках эпицентров, известных и предполагаемых, позволил установить закономерность их распределения в земной коре или, что в данном случае одно и то же, поле напряжений. А знание этого обстоятельства «годится» не только для сейсмического прогноза, но и для тектоники, для понимания жизни планеты в целом, и для поиска полезных ископаемых.

Возьмем для примера металлогению – науку о зарождении металлических руд. Напряжение создает трещины в породах, т. е. делает их проницаемыми. А внизу – магматические очаги. Как показывает опыт, месторождения металлов чаще всего приурочены к трещинам, к разломам земной коры. Ну, и если мы знаем, где было сильное напряжение, значит, там и трещины, там и нужно искать металлические руды.

Карта поля напряжений поможет и геологам – разведчикам нефти и газа, и гидрогеологам, и другим специалистам. А если заглянуть чуть дальше, то...

У медиков есть понятие «гомеостаз», им они означают некое оптимальное, стабильное состояние организма, обеспечивающее ему нормальное существование. Но организм живет, действует, в нем накапливается напряжение, усталость. В какой-то момент эти «накопления» прорываются наружу – возбуждением, сменой привычного образа действий. Потом организм возвращается к норме. Медики, кстати, считают такие «зигзаги» необходимыми и полезными.

Земля тоже живой организм, и в ней накапливается напряжение, которое выплескивается наружу в виде землетрясений или вулканических извержений. Аракелян считает, что Земле, как и человеку, подобные «зигзаги» необходимы, ибо позволяют ей поддерживать свой гомеостаз.

Так вот, зная, как распределяются в земной коре поля напряжений, можно попытаться выяснить, как они взаимодействуют, и вывести закономерность перераспределения напряжений. А это позволит предсказывать, в какой последовательности будут происходить землетрясения на нашей планете...

Горы в нашем представлении всегда ассоциируются с хаосом. Так впечатляет нас это могучее проявление буйных сил природы. И вот оказывается, что в этом хаосе первотворенья можно отыскать свой порядок, строгую систему.

Как известно, минералогия – наука о природных химических соединениях и кристаллах, об их составе, свойствах, особенностях образования и строения. Наука старая, земная...

Профессор Горного института им. Г. В. Плеханова Д. П. Григорьев – председатель комиссии по минералогии космической, созданной при Международной минералогической ассоциации. На днях с ним встретился наш корреспондент В. Симаков.

– Дмитрий Павлович, известно, что именно вы ввели в обиход понятие «космическая минералогия». Когда это было?

– Началось все с публикации в одном из журналов Академии наук СССР в 1962 г. В то время у нас был только один материал для исследования химических соединений, имеющих неземное происхождение, – метеориты. В статье я писал о том, что недалеко время, когда специалисты займутся изучением пород и минералов других планет. Тогда уже побывали в космосе Гагарин и Титов, и использованный в статье термин «космическая минералогия» благодаря их полетам быстро завоевал популярность.

– Вы только что возвратились из Новосибирска...

– Там проходили очередной съезд Международной минералогической ассоциации и одновременно симпозиум по космической минералогии. С большим интересом были выслушаны доклады ученых из Советского Союза, США, ФРГ, Японии и других стран. В основном они касались трех тем: «Минералогия и горные породы Луны», «Минералогия метеоритов», «Метеоритные кратеры на Земле». Директор Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского член-корреспондент АН СССР В. Л. Барсуков, обобщив исследования ученых, сделал вывод, что в лунном грунте нет соединений, которые принципиально отличались бы от земных. Любопытное сообщение о метеоритах сделали ученые Гейдельбергского университета. Изучая «гостей из космоса», специалисты обнаружили в них соединения благородных металлов, в частности рения – элемента очень редкого.

– А каковы перспективы космической минералогии?

– Вы знаете, что экипаж комплекса «Салют-6» – «Союз-31» занимается выращиванием кристаллов. Кристаллы, рожденные в невесомости, имеют ряд особенностей по сравнению со своими «земными собратьями». Это только одно из перспективных направлений. С каждым годом оно будет решать все более и более важные практические задачи.

Нам предстоит как следует изучить лунный грунт. Все новые тайны открывают космические аппараты на Венере и Марсе. Человек обживает космос. А это значит – специалистам по космической минералогии скучать не придется!

На орбитальном космическом комплексе «Салют-6» – «Союз-27» космонавты Юрий Романенко и Георгий Гречко начали серию технологических экспериментов. Задуманы и подготовлены они в ряде академических и отраслевых институтов и конструкторских бюро. Разумеется, об окончательных результатах опытов можно будет говорить только после возвращения материалов на Землю и всестороннего их анализа. Однако уже сейчас можно проследить тенденцию развития и целенаправленность этих исследований.

Различные отрасли промышленности ждут новых материалов. Ряд современных областей техники, прежде всего микроэлектроника и оптоэлектроника, нуждается в столь совершенных по структуре и свойствам материалах, что получить их в земных условиях зачастую очень трудно.

Учитывая такие специфические условия космоса, как невесомость и глубокий вакуум, ученые высказали предположение, что именно там можно создавать полупроводники, стекла, биологические препараты, композиты с улучшенными характеристиками – с более совершенной структурой, практически без каких-либо дефектов с равномерным или по заданному закону распределением примесей или газов (если речь идет о пенометаллах). Важные проблемы выдвигает и проведение монтажных и ремонтных работ в космосе, при которых трудно обойтись без сварки и пайки.

Это и определило возрастающий интерес к космической технологии. Сейчас уже накоплены значительные теоретические и экспериментальные данные.

Суммируя их результаты, можно сказать, что предположения ученых о возможности получать в космосе вещества со специфическими свойствами и выполнять ряд технологических операций в основном подтвердились. Уточнен ряд материалов, получение которых в невесомости позволит улучшить их структуру и свойства и создать на этой основе приборы и устройства для нужд народного хозяйства. Выбраны технологические операции и типы устройств. Более ясными стали и особенности протекания в невесомости ряда процессов (тепло- и массоперенос, кристаллизация и др.), определяющих качество космической «продукции».

Для обеспечения заданных режимов необходимо с высокой точностью поддерживать основные параметры (температуры, внешние воздействия и др.) в установках. Кроме того, нужно учитывать, что в условиях орбитальных станций мы никогда не имеем дело с идеальной невесомостью. Если на Земле величину ускорения силы тяжести или перегрузку принять равной единице, то на космических аппаратах она колеблется от 10^–2 до 10^–6. Колебания вызываются включениями двигателей стабилизации аппарата, перемещениями космонавтов, работой приборов и систем. На борту «Салюта-6» был принят ряд мер для обеспечения оптимальных условий для проведения технологического эксперимента. Перед его началом экипаж погасил угловые скорости станции до тысячных долей градуса в секунду, а этап кристаллизации проводился во время сна экипажа. Однако поскольку полностью исключить источники изменения перегрузок практически невозможно, то необходимо или создавать системы, их компенсирующие, или выбрать такие процессы и материалы, на которые эти колебания оказывают минимальное воздействие. Большую помощь здесь окажут результаты эксперимента «Резонанс», проводившегося Ю. Романенко, Г. Гречко, В. Джанибековым и О. Макаровым.

Интересной представляется разработка метода научного прогнозирования качества продукции на основе диаграмм «свойство – перегрузка». Имеется в виду получение материалов при различных перегрузках в земных условиях (например, с помощью центрифуги) и в космосе и построение соответствующих зависимостей. Опыты показали: используя этот метод, можно предсказывать, как условия процесса изменят свойства материалов.

Но для достижения перспективной цели – организации производства в космосе уникальных материалов в интересах народного хозяйства – предстоит еще многое сделать. Прежде всего необходимо провести углубленное теоретическое и экспериментальное исследование особенностей поведения веществ и процессов, в них протекающих, в реальных условиях космического полета. Это поможет найти пути научного прогнозирования, а следовательно, более грамотно определить, производство каких именно материалов целесообразно в будущем выносить на орбиту.

Следует больше внимания уделить разработке принципиально новых, учитывающих особенности космического полета методов получения материалов, – например, бестигельной кристаллизации и др. Надо настойчивее искать способы и устройства, обеспечивающие постоянство основных параметров технологических процессов на значительно более высоком уровне, чем это достигнуто в настоящее время. Речь идет об уменьшении перепадов температуры до десятых и сотых долей градуса, а колебаний перегрузок – до нескольких процентов. Несомненно, что технологические эксперименты, проведенные на «Салюте-6», углубят наше понимание научных и технических задач в этой области.

Хотелось бы отметить и еще один крупный шаг, сделанный советской космонавтикой. Создание космического орбитального комплекса, доставка на орбиту и с орбиты на Землю оборудования и материалов с помощью грузовых и пилотируемых кораблей приближают возможность создания космического технологического производства по получению материалов, необходимых для народного хозяйства.

Все чаще с космических орбит приходят сообщения о технологических экспериментах. На «Салюте-6», в частности, выполнялись опыты по кристаллизации различных веществ из расплавов, газовой фазы. Зачем, с какой целью поставлены эти эксперименты, на решение каких проблем направлены?

Кристаллизация – важная стадия получения разнообразных материалов, которая обусловливает формирование структуры вещества и распределение компонентов в нем. Это сложный физико-химический процесс, и его закономерности тщательно изучают физики и химики, чтобы затем использовать при создании материалов с необходимыми свойствами.

Современные микроэлектроника, квантовая электроника, оптоэлектроника, инфракрасная техника и многие другие отрасли науки и техники во многом обязаны своим развитием тем успехам, которые достигнуты за последнюю четверть века в области теории и практики кристаллизации, получения монокристаллов и монокристаллических слоев. Но то, что сделано, не предел. Оказывается, невесомость открывает здесь новые возможности.

Дело в том, что земная сила тяжести заметно влияет на ход кристаллизации, выращивание монокристаллов. Представим себе ампулу в виде запаянной трубки с расплавом внутри. Один конец ее нагрет меньше, чем другой, и температура плавно изменяется вдоль ампулы. В таком случае при равномерном понижении температуры кристаллизация начинается с холодного конца и будет распространяться дальше – как говорят специалисты, пойдет направленно. При этом всегда существует граница между расплавом и растущим монокристаллом, которая называется фронтом кристаллизации. Если фронт плоский, ровный и перпендикулярен направлению кристаллизации, то выращиваемые монокристаллы в поперечном сечении будут однородны по составу и свойствам, что очень важно для их практического использования.

Одна из возможных причин искривления формы фронта – неоднородность расплава. Она образуется при выращивании монокристаллов, в состав которых входят химические компоненты с существенно различным молекулярным весом: под действием земного притяжения более тяжелые из них опускаются вниз, и расплав становится неоднородным. Это явление получило название ликвации.

Она ярко проявляется при выращивании монокристаллов таких перспективных полупроводниковых материалов, как твердые растворы теллуридов кадмия и ртути. Входящие в их состав компоненты различаются по плотности почти вдвое. В результате лишь небольшая часть выращенного монокристалла оказывается однородной, а значит, и пригодной приборостроителям.

Много хлопот при выращивании монокристаллов, в том числе полупроводниковых, доставляет «полосчатая» неоднородность распределения компонентов. Одна из причин ее возникновения – нестабильность температуры в зоне кристаллизации из-за конвективных потоков, которые также вызываются действием силы тяжести. С проявлениями ликвации и конвективными потоками сталкиваются в стекловарении, при кристаллизации из газовой фазы и во многих других процессах.

Отсюда понятны причины, побудившие специалистов проводить опыты в условиях космического полета, когда сила тяжести становится пренебрежимо малой и появляется возможность получить более однородные и совершенные по структуре материалы. Проведенный космонавтами Ю. Романенко и Г. Гречко на «Салюте-6» эксперимент по кристаллизации растворов теллуридов кадмия и ртути впервые показал принципиальную возможность осуществления в невесомости направленной кристаллизации веществ с высокой упругостью паров и склонных к ликвации. Был получен поликристаллический слиток с крупными блоками в начальной части. Его экспресс-анализ показал диффузионный характер выравнивания состава в расплаве. Рентгеновский спектральный анализ отдельных участков слитка выявил высокую микрооднородность в каждом из них.

В задачу нового цикла экспериментов, которые проводят Владимир Коваленок и Александр Иванченков на станции «Салют-6», входит дальнейшее накопление экспериментальных фактов о физико-химических особенностях хода кристаллизации металлов и полупроводников, а также образования стекол. Программа исследований на установке «Сплав» включает эксперименты не только с твердыми растворами, но и с другими полупроводниковыми веществами, склонными к ликвации в расплавленном состоянии. К ним относятся твердые растворы на основе антимонида индия, а также висмута с сурьмой. При кристаллизации антимонида индия, содержащего цинк и теллур, изучаются особенности поведения микродобавок и их распределения в объеме монокристаллов.

Эксперименты по кристаллизации из газовой фазы выполняются на полупроводниковых материалах – твердых растворах теллуридов свинца и олова, селенидов и теллуридов цинка и кадмия.

Широкий комплекс опытов проводится с металлами. Наряду с прочим исследуется взаимодействие расплавов с более тугоплавкими металлами, находящимися в твердом состоянии. Это важно для создания композиционных материалов, решения вопросов пайки и сварки в космосе. Эксперименты идут с такими композициями: расплав алюминия – твердый вольфрам; расплав алюминия – твердая медь; расплав индия – твердая медь; расплав олова – твердая медь; расплав галлия – твердый молибден, а также медь – алюминий и олово – свинец.

Чтобы исследовать особенности химического взаимодействия расплавленных металлов в условиях невесомости, предусмотрены эксперименты по синтезу соединений алюминия с сурьмой, алюминия с магнием, гадолиния с кобальтом. Несмешивающиеся в земных условиях композиции алюминия с висмутом и алюминия со свинцом расплавлены и затем подвергнуты кристаллизации для выяснения возможности их смешения в условиях невесомости. Проведены эксперименты по варке стекол, содержащих добавки, облагораживающие их свойства.

Программа технологических экспериментов на станции «Салют-6» была подготовлена с участием ряда научно-исследовательских институтов и организаций страны. Их выполнение явится важным шагом по пути решения как фундаментальных проблем теории роста кристаллов и затвердения, так и многих важных практических вопросов технологии материалов.

Институт космических исследований природных ресурсов создан в Академии наук Азербайджана. Организованный на базе научного центра «Каспий», он объединил десятки лабораторий, особое конструкторское бюро, опытное производство, морскую станцию, контрольно-измерительные полигоны. В новом научном учреждении разрабатываются средства и методы применения аэрокосмических данных для исследований в области океанологии, геологии, метеорологии, сельского хозяйства.

Когда в последний день августа орбитальный комплекс «Салют-6» – «Союз» пересек экватор над Кенией, космонавты поспешили к иллюминаторам. За 10 мин, что оставались до подхода связки трех кораблей к границе СССР, необходимо было удобно разложить на рабочих местах бортовые журналы, бинокли, фотоаппараты и космонавигационные карты.

Полетным заданием предусмотрено контрольное наблюдение ледников в горах нашей страны, а снежные вулканы Африки и грандиозные хребты Памира как бы связаны между собой одной невидимой нитью – трассой советской космической лаборатории.

Из многих заданий программы гляциологических исследований космонавты выбрали в тот день наблюдения трех ледников южного склона пика Ленина. Они стекают в тесную, почти безжизненную долину реки Сауксай, перегораживая ее высокими плотинами. Более сотни километров отсюда до ближайшего населенного пункта за белой стеной Заалийского хребта, взметнувшейся в районе главной вершины на высоту 7.134 м.

С борта самолета – лаборатории во время учебно-тренировочных полетов космонавтов пульсирующие ледники долины Сауксая были похожи на огромные кошачьи лапы: лед, выползая из узких ущелий, распластывается по пойме реки, достигая скал противоположного борта долины. Толщина этих «лап» превышала тогда сотню метров, а их общий объем – четверть кубического километра.

Только за последние 33 года эти удлинившиеся ледники дважды были причиной возникновения в долине Сауксая мощных водно-ледовых селей, так как накапливающаяся выше таких плотин вода рано или поздно неминуемо находит в них брешь.

Резкие подвижки ледников южного склона пика Ленина были обнаружены по данным космической фотосъемки. За прошедшие годы собран обширный материал о том, как проявляются на космических снимках различные типы пульсирующих ледников. Выявление подвижек с орбиты намного результативнее наземных поисковых работ. Достаточно сказать, что в горах Памира все подобные события за последние 3 года впервые регистрируются только с орбит.

Космический дозор хорош и тем, что дает возможность прогнозировать быстрые подвижки ледников и оперативно следить за их ходом. Далеко не каждая пульсация ледника описана. Поэтому важно выявить лишь те из них, которые могут привести к катастрофическим последствиям. Другие же подвижки интересны прежде всего в научном отношении, так как помогают ученым изучать «механизм» этих природных явлений."

Наблюдения за ледниками Памира, которые проводят космонавты с борта «Салюта-6», необходимы, чтобы выяснить перспективы получения дополнительной к аэрофотосъемке информации об активных глетчерах. Пока специалистам не ясно, какие детали видны на поверхности ледников невооруженным глазом и как повышается результативность наблюдений при использовании различных оптических устройств. Знать это очень важно, ведь захватываемая фотоаппаратами при съемке полоса намного уже, чем при визуальном обзоре, да и ресурс работы их ограничен.

Предполагается, что оптимальной окажется такая схема наблюдения за снежно-ледовым комплексом высокогорий: поиск заслуживающих внимания объектов будет осуществлять специально подготовленный космонавт, а съемки с орбиты станут средством документирования обстановки для ее последующего детального изучения с помощью наземных средств.

...Космонавты уже видят вдали снежные цепи Памира. Теперь главное – точно сориентироваться на местности. Стремительно набегает Земля. Внизу плывут горы, за ними – пепельно-коричневая лента Вахта. Взгляд скользит вверх по реке и останавливается на голубой глади Нурекского водохранилища. Рядом теснина будущего Рогунского гидроузла. А немного выше – те самые «кошачьи лапы».

К концу лета фронтальные участки наступавших со склона пика Ленина ледников уже обтаяли. Река свободно несет свои воды в сторону створа Рогунской ГЭС. Космонавтам надо определить, различимы ли визуально с орбиты эти промоины и как отличить отступающие языки льда от тех «кошачьих лап», которые движутся в обратном направлении.

Александр Иванченков, не отрывая взгляда от панорамы гор, сообщил оператору «Зари»:

– С этой высоты Памир выглядит каким-то маленьким, просто удивляешься. Когда летали над ним на самолете, поражались его суровостью, дикой природой, а сейчас смотрим – как игрушечный.

Высокие скорости орбитального полета «отпускают» космонавтам около 1 мин на изучение Памира. Почти 3 месяца работы на станции дали космонавтам хорошие навыки – состояние высокогорной зоны они оценивают быстро и точно.

Закончено наблюдение первого объекта. Сделаны отметки в бортовом журнале. Теперь взгляд космонавтов скользит по нескольким крупным ледникам, отслеживая положение сезонной снеговой границы. По характерным ориентирам они определяют перемещение этой линии, а также некоторые особенности залегания снежного покрова. Ответы экипажа на вопросы бортового журнала показывают, что возможности визуально выявлять с орбиты динамику снежного покрова и его особенности весьма хорошие.

Памир не случайно выбран основным районом гляциологических исследований с борта станции «Салют-6». Дело в том, что здесь сосредоточены крупнейшие ледники нашей страны. К тому же гляциологические исследования в этом регионе Советского Союза особенно тесно связаны с практическими нуждами. Учтено и то, что здесь много малооблачных дней. Наконец, ледяной щит Памира намного более динамичен, чем в других горных районах нашей страны.

Но если Памир – своеобразный исследовательский полигон космической гляциологии, то другие высокогорные районы Земли – поле ее конкретных научных исследований. Первостепенное внимание уделяется сбору информации для атласа снежно-ледовых ресурсов мира, работы над которым активно ведутся в нашей стране при поддержке ЮНЕСКО. Космонавтами орбитального комплекса «Салют-6» – «Союз» уже собраны интересные сведения о заснеженности и оледенении высоких гор нашей страны, Южной Америки, Альп и некоторых других районов.

В последние годы в космическом природоведении значительное внимание уделяется изучению абсолютной яркости фотографируемых объектов. Это необходимо прежде всего для обеспечения возможности машинной обработки снимков. Интерес в этой связи представляет и получение количественных характеристик яркостей различных элементов снежного покрова и ледников. Такие исследования проводились третьим международным экипажем в рамках совместного эксперимента «Биосфера». В. Коваленок и А. Иванченков будут снимать ледники аппаратом «Пентакон-6М» на фотопленки, в которые специалисты ГДР заранее впечатали эталон яркости.

Благодаря космической технике теперь удается исследовать процессы и явления, скрытые от человеческого глаза многометровой толщей почв и горных пород.

Использование искусственных спутников Земли – весьма перспективный метод, применяемый последнее время в гидрогеологии. Он позволяет обследовать сразу большие территории и одновременно изучать локальные и региональные гидрогеологические особенности земной поверхности. Этим методом удается достаточно надежно определять районы распространения и глубину залегания подземных вод, устанавливать области их питания и выхода на поверхность, судить об их связи с поверхностными водами.

Космическая съемка со спутников имеет большие преимущества перед наземной и аэросъемкой. Это – и оперативность получения информации, и возможность многократного обследования территории в короткие сроки, и большая информативность, т. е. объединение на одном снимке множества характерных природных компонентов изучаемого района.

Гидрогеологические и, в частности, подземные воды распознаются на снимках при дешифрировании, которое проводится по прямым или косвенным индикаторам. Прямыми индикаторами могут служить концентрированные выходы подземных вод на поверхность, болота, солончаки, карстовые формы. К косвенным индикаторам относятся: рельеф, влажность почвы, растительные сообщества или совокупности растений, находящиеся на одном участке земной поверхности в тесном взаимодействии между собой и с условиями физико-географической среды. По растительным сообществам, например гигрофитам, характерным для переувлажненных районов, или фреатофитам, корневая система которых непосредственно связана с подземными водами, можно судить о распространении, глубине залегания и качестве последних.

Космическую съемку ведут с помощью высокочувствительной аппаратуры, регистрирующей электромагнитное излучение земной поверхности в различных областях спектра (рис. 3). В зависимости от метода регистрации и области спектра со спутников можно проводить фотографирование и телевизионную съемку (в диапазоне длин волн 0,3 – 1,1 мкм), инфракрасную съемку (в диапазоне длин волн 3 – 12 мкм), микроволновую съемку (в диапазоне длин волн 0,3 – 30 см) и радиолокационную съемку (в диапазоне длин волн 10 – 70 см).

Рис. 3. Виды излучения и диапазоны длин волн, в которых исследуются природные объекты 1 – химический состав горных пород и почв; 2 – рельеф, реки и озера, растительность; 3 – влажность почвы, неглубокие водоносные горизонты, выходы подземных вод; 4 – типы горных пород и почв, влажность почвы, реки и озера; 5 – плотность и влажность почвы; 6 – рельеф, геолого-тектоническое строение территории, реки и озера, влажность почвы; 7 – рельеф; 8, 9 – растительность

Все эти виды космической съемки для изучения подземных вод разработаны и опробованы в различной степени.

Успехи, достигнутые за последние годы в черно-белой и цветной фотографии, сделали фото- и телевизионную съемку весьма эффективным методом при гидрогеологических исследованиях из космоса. По оттенкам на цветных фотографиях, тону и текстуре черно-белых снимков можно дешифрировать снятые объекты. Этот метод также позволяет выбрать узкополосные светофильтры, наиболее подходящие для снимаемых объектов, и способ печати, дающий максимальный цветовой контраст при дешифрировании.

Фотографии земной поверхности доставляются на Землю, а телевизионные изображения регулярно принимаются наземными станциями. Затем эти материалы дешифрируются.

Используя то, что различные элементы земной поверхности по-разному отражают солнечный свет, можно опознавать отдельные природные образования. Так, с пилотируемого космического корабля «Союз-12» в 1973 г. земная поверхность фотографировалась в девяти спектральных каналах: 0,47; 0,54; 0,58; 0,64; 0,66; 0,68; 0,73; 0,80 и 0,82 мкм. Снимки земной поверхности в сине-зеленом участке спектра (0,47 – 0,58 мкм) дали информацию о подводных объектах и загрязненных водных потоках, в красном (0,58 – 0,68 мкм) – о растительных сообществах, в инфракрасном (0,73 – 0,82 мкм) – о гидрографической сети и береговой линии озер и морей, а также об относительной влажности и засоленности почв.

Прямые индикаторы гидрогеологических условий изучаемой территории отличаются на космических снимках цветом, тоном, размерами и формой. Например, выходам подземных вод на поверхность и низинным болотам соответствуют темные участки на фотоснимках. Очертания и размеры этих участков свидетельствуют об интенсивности выхода подземных вод, приуроченного к различным формам рельефа, а также о глубине залегания и связи подземных вод с поверхностными.

Однако прямые индикаторы нередко отсутствуют на изучаемой территории, а различная тональность изображения объектов на снимках может зависеть также от их освещенности и физического состояния. Поэтому при дешифрировании используются еще и косвенные индикаторы, например рельеф, геолого-структурные особенности территории, состав горных пород, растительные сообщества.

По характеру рельефа (горы, предгорья, долины рек) определяются региональные и местные области питания и выхода подземных вод. На снимках иногда можно различить древние русла рек, старицы, заброшенные ирригационные сооружения – аккумуляторы подземных вод.

Тектонические особенности территории, расшифрованные на снимках, помогают выявить и уточнить местоположение артезианских бассейнов, направление и пути движения подземного стока. На снимках отчетливо бывают видны вытянутые образования, получившие названия линеаментов. В большинстве случаев – это тектонические нарушения с повышенной трещиноватостью и раздробленностью пород, по которым перемещаются подземные воды, а сами тектонические образования часто оказываются зонами выхода подземных вод на поверхность.

По растительным сообществам довольно четко можно распознавать речные долины и террасы, тектонические уступы и разломы, судить о глубине залегания и выходе подземных вод и об их связи с поверхностными водами. На космических снимках растительные сообщества различаются тоном. Так, ксерофитам (растениям засушливых районов) обычно соответствует светло-серый тон, гигрофитам – более темный. Особенно интересно и важно бывает выявить на снимках фреатофиты, по которым можно получить сведения о глубине залегания и степени минерализации подземных вод. Гигрофиты и фреатофиты, сосредоточенные вдоль рек и ирригационных сооружений, указывают на интенсивность утечки поверхностных вод сквозь дно и берега этих водотоков. По характерной вытянутой форме скоплений различных видов растительности можно выявить древние погребенные речные долины и русла временных водотоков, где в условиях засушливого климата неглубоко залегают подземные воды.

Для того чтобы надежно распознать объекты, необходимо совместно рассматривать и сопоставлять их изображения в различных участках спектра. Для выделения растительных сообществ это особенно важно. Например, гигрофиты хорошо распознаются при сопоставлении снимков в диапазонах 0,6 – 0,7 и 0,8 – 1,1 мкм. Им соответствует резкое осветление тона в последнем диапазоне. Такое же осветление в том же диапазоне характерно и для изображения фреатофитов – надежных индикаторов неглубоких водоносных горизонтов.

На черно-белом снимке, полученном 30 октября 1974 г. со спутника «Метеор», по тону, форме и размерам различаются рельефные, геолого-структурные и литологические особенности центральной части Монгольской Народной Республики. Видны хребты Гобийского Алтая и южные отроги Хангая, межгорное понижение Долины Озер и впадина Холой. Горные образования, служащие региональными областями питания подземных вод, сложены изверженными и метаморфическими породами различного состава и возраста, которые распознаются на снимках по темно-серому и черному тону. Тектонические впадины видны как серые и светло-серые участки, они заполнены песчано-глинистыми отложениями. Это – артезианские бассейны.

В результате дешифрирования снимков была получена схема данного района, из которой видна связь геолого-структурных особенностей территории и гидрогеологических условий Долины Озер (рис. 4). Так, при сопоставлении тектонических нарушений этого района с обнаруженными при наземных работах участками, где подземные воды выходят на поверхность, была выявлена гидрогеологическая роль линеаментов. Оказалось, что большинство постоянно действующих родников, водообильных скважин и колодцев находится в зонах тектонических нарушений.

Рис. 4. Схема геологического и гидрогеологического дешифрирования космического снимка района Долины Озер в центральной части Монгольской Народной Республики

Таким образом, дешифрирование космических фотографий и телеснимков показывает, что они не только отображают земную поверхность, но и служат новым источником информации о геосфере.

Съемка из космоса в инфракрасных лучах все более широко применяется при региональных исследованиях подземных вод. На искусственных спутниках Земли устанавливаются сканирующие радиометрические устройства, позволяющие получать снимки теплового излучения поверхности Земли. По снимкам можно судить о температуре земной и водной поверхности, а также об относительной влажности почв, которая нередко бывает показателем различных гидрогеологических процессов.

Особенно эффективен этот метод для обнаружения выхода подземных вод в реки, моря и океаны. Поскольку температура подземных вод обычно отличается от температуры речных вод, на инфракрасных снимках выход подземных вод в реки прослеживается по тепловым контрастам перистой формы (темный тон на светлом фоне более теплых речных вод). Снимки таких очагов позволяют наметить на суше участки, где подземные воды можно использовать для хозяйственных целей.

Инфракрасная съемка помогает также определять районы активной гидротермальной деятельности. Термальные источники и гейзеры, а также области неглубокой циркуляции термальных вод отчетливо проявляются на снимках светлыми и серыми участками. Крупные термальные источники прослеживаются по белым пятнам, а участки температурных аномалий, создаваемые неглубоко залегающими подземными водами, – по серому тону различных оттенков.

При дешифрировании инфракрасных снимков удается зафиксировать не только источники термальных вод, но и выход на поверхность обычных подземных вод, если их температура отличается от температуры окружающей среды. Благоприятный сезон для этого – зима, когда очаги выхода теплых подземных вод на общем фоне отрицательных температур видны более четко.

Инфракрасная съемка приходит на помощь и при изучении зоны мерзлых пород, температурный режим которой нередко определяется гидрогеологическими процессами. Здесь выявляются крупные талики (оттаявшие участки) и наледные образования, влияющие на питание и аккумуляцию подземных вод.

С помощью искусственных спутников «Космос» и «Метеор» инфракрасная съемка поверхности Земли проводится в нашей стране с 1966 г., однако ведется она нерегулярно, и потому больше информации пока дает инфракрасная съемка с самолетов. В дальнейшем эта космическая съемка не будет вытеснять аэросъемку – они только дополняют друг друга при решении различных задач.

Для дистанционного обнаружения любого объекта с температурой выше абсолютного нуля можно применять микроволновую съемку. Преимущество этого метода заключается в том, что им можно пользоваться и в облачную погоду. Излучение в микроволновом диапазоне отличается большой проникающей способностью и исключительной чувствительностью к составу исследуемого объекта и его температуре.

Дистанционные микроволновые радиометры на спутнике регистрируют излучаемую и отраженную энергию объектов, которая выражается через радиояркостную температуру (измеряемую в градусах шкалы Кельвина). В зависимости от физических параметров, электрических свойств и характеристик поверхности природные объекты обладают различной излучательной и отражательной способностью в микроволновом диапазоне, а это приводит к различным значениям их радиояркостной температуры. Например, при одинаковой температуре воды, земли и металла, равной 290 К, их радиояркостная температура составит, соответственно, 122, 267, 50 К.

Особый интерес для гидрогеологии представляет возможность определять микроволновой съемкой влажность земной поверхности. Радиояркостная температура по различным данным сильно зависит от влажности: при влажности почв более 20% их радиояркостная температура понижается с ростом содержания влаги. Проникающая способность излучения в микроволновом диапазоне, согласно экспериментальным данным, составляет несколько десятков сантиметров. Однако теоретические исследования говорят о возможности обнаруживать подземные воды с помощью микроволновой съемки на глубинах до 10 м.

Первая микроволновая съемка в нашей стране проводилась со спутника «Космос-243» в 1968 г. Она применялась для определения общего содержания водяного пара в атмосфере.

Эту съемку можно проводить при любых погодных условиях, и благодаря высокой проникающей способности радиоизлучения она дает сведения о более глубоких слоях земной толщи. И хотя непосредственно в гидрогеологических исследованиях радиолокаторы применяются пока еще мало, в принципе их можно успешно использовать для поиска подземных вод.

Радиолокационная съемка позволяет определять черты геологического строения и структурные особенности территории, по которым можно наметить перспективные с точки зрения гидрогеологии районы. Например, радиолокаторами с самолетов четко прослеживается распространение известняков с присущими им карстовыми формами рельефа, определяются области развития отложений рек, с которыми, как правило, связаны подземные воды.

Использование космической радиолокационной съемки на обширных пространствах имеет большие потенциальные возможности для региональных геолого-структурных, а следовательно, и гидрогеологических исследований.