С космическим путеводителем по Земле

Как бы ни была вначале закручена планета, в конце концов она развернётся так, чтобы вращаться вокpyг оси с наибольшим моментом инерции. Стремление к этому положению обязательно связано с замедлением вращения. Кроме этого, торможению способствует внешнее воздействие: звёздная пыль, приливная деформация тела Земли. И действительно, планета замедляет свое вращение.

Полтавская гравиметрическая обсерватория провела обработку и систематизацию замеров движения 3емли. Онa фиксировала деформацию земной коры – результат притяжения Солнца и Луны. На широте Полтавы земные приливы поднимают и опускают поверхность планеты на полметра. По звёздам определялось перемещение полюсов, неравномерность вращения Земли. Наблюдения за 300 лет рассказали о постоянном замедлении скорости вращения Земли. Кроме того, существуют периодические изменения скорости с периодом в 60 лет. Во время солнечной активности скорость вращения увеличивается.

Непостоянно и положение полюсов Земли. Земная ось, вокруг которой происходит вращение нашей планеты, перемещается в космическом пространстве. Изменение её углового положения – прецессия – происходит циклически

с периодом в 26 тысяч лет (25 765). К прецессии добавляются более мелкие и частые колебательные движения – нутация – с периодом 18,6 года. Эти движения земной оси вызваны внешними причинами.

Точки пересечения оси Земли с земной поверхностью – географические полюсы тоже движутся. Если бы наша планета была однородным твёрдым телом, то полюсы описывали бы на поверхности Земли небольшую окружность, диаметром около 14 метров, повторяя её каждые 35 суток. Учитывая вязкость внутренних слоёв, можно было бы предсказать приближение земной оси к оси наибольшего момента инерции (по Жуковскому). Однако движение полюсов нашей планеты сложнее. Планета неоднородна, она деформируется, её тело – упруго (причём её модуль упругости близок к стали). И всё это вместе продлевает период колебаний полюсов до 428 суток. Имеется и годовая составляющая колебаний. Она пpоявляется в виде сезонных изменений моментов инерции Земли из-за выпадения осадков, намерзания льда, перемещения воздушных масс. Отсюда и происходят колебания земной оси с годовым периодом.

Американский астроном Чендлер определил собственные колебания Земли (с периодом в 428 суток) из наблюдений перемещения Северного полюса. Он взял замеры многих обсерваторий за несколько столетий. Теоретически эти колебания зависят от скорости вращения Земли. Но так как она замедляет своё вращение на 1—2 миллисекунды каждые сто лет, то канадский геофизик Кеннон рассчитал, что около 180 миллионов лет тому назад частоты чендлеровских и годовых колебаний сравнялись, возник резонанс, который мог раскачать земную кору. По мнению Кеннона, резонанс длился от 5 до 25 миллионов лет и дал толчок движению материков.

Вполне понятен механизм раздвигания срединно-океанических хребтов, но существуют ли силы, вызывающие меридиональное движение литосферных плит? В одной из своих основополагающих работ Н. Е. Жуковский рассчитал движение жидкости внутри твёрдого вращающегося шара. Его выводы можно отнести и к вращающейся Земле, имеющей жидкий внутренний слой. Свой теоретический анализ Жуковский подтвердил простым и наглядным экспериментом. В стеклянный шар вместе с водой поместили водоросли той же плотности, делавшие движения жидкости видимыми. Для Земли при замедлении вращения потоки двигались от экватора к полюсам, а при разгоне – от полюсов к экватору. Жуковским было доказано меридиональное движение жидкости под твёрдой наружной оболочкой шара.

Сейсмическое высвечивание тела Земли упругими волнами принесло дополнительные сведения. Например, в нижней мантии под японскими островами обнаружены неоднородности. Размеры включений достигают 100 километров. А в Южной Норвегии от литосферной подошвы до поверхности земной коры расположены вертикальные структуры, отличающиеся от окружающих пород.

Сейсмическое зондирование земных недр – всё-таки исследование косвенное, а хотелось бы непосредственно познакомиться с глубинным веществом. В ряде мест планеты реки и тектонические сбросы обнажили слои земной коры.

Разрез Мамонтовой горы в Якутии на реке Алдан охватывает геологическую историю в 20 миллионов лет. Река теклa в этих местах и миллионы лет тому назад, поставляя материалы, составившие толщи обрыва Мамонтовой горы. Слои многолетней («вечной») мерзлоты рассказали о похолоданиях. Якутия за последние 20 миллионов лет испытала три волны похолодания и иссушения климата, а затем превратилась в регион многолетней мерзлоты.

Места естественного обнажения недр – редки, истолкования результатов сейсморазведки – неоднозначны. И поэтому очень эффективен глубинный зондаж с помощью бурения. 3а полярным кругом, на Кольском полуострове расположена самая глубокая из вертикальных скважин 3емли. Её проектная глубина – 15 километров. Расположена она на Балтийском щите, где отсутствует осадочный слой, с его поверхности начинаются кристаллические породы.

На глубинах 1,6—1,8 километра был обнаружен рудный пласт медно-никелевых руд. Дальнейшее бурение показало, что по составу лунный грунт, доставленный американскими астронавтами и привезённый советскими автоматическими станциями, почти полностью соответствует породам, извлечённым с глубины трёх километров. Предполагалось, что до глубины пять километров идёт гранитная толща, а после – более древние, базальтовые породы.

Колонка керна, вынимаемая из недр Земли, изучалась различными лабораторными методами. Её исследование обнаружило немало любопытных фактов. До глубины семь километров была гранитная толща. Базальтов не нашли и

на глубине в 12 километров.

В местах, где проходит сейсмическая граница раздела, раньше считалось, что здесь начинается базальт. Но оказалось, что на этих глубинах – переход гранитов в менее плотные и трещиноватые архейские гнейсы, насыщенные минерализованными водами. Такие воды – источник рудообразования. Керн обнаружил к тому же повышенное содержание золота. Бурение сверхглубокой изменило представления о тепловом режиме недр.

Кольская сверхглубокая впервые в мире достигла глубины 12 километров (12 262 метра). Ведётся глубинное бурение и в других местах планеты.

Удача – нaгpaда упорным. Иногда на поверхности 3емли обнаруживают интересные составляющие земной коры. К ним относятся и зеленокаменные породы – участники ранних тектонических процессов. Их возраст – от двух с половиной до трёх миллиардов лет.

Обнаружены и более древние породы, с возрастом 4 миллиарда лет. Впервые найденные в скалах Земли Эндерби в Антарктиде, они были названы эндербитами. Эти породы – представители более широкого геологического семейства чарнокитов. На заре нашей эры ваятели Индии высекли из этого «первобытного» камня подземные храмы и статуи животных и богов. Чарнокит – необычная порода. По мнению российских учёных, она составляет фундамент Антарктиды. Хребты, сложенные чарнокитами, обнаружены российскими геологами на Земле Королевы Мод. Считается, что чарнокиты и эндербиты – остатки изначальных «гондванских платформ». Есть основание предполагать, что на материках имеется промежуточный слой – чарнокитовый. Его предполагаемая толщина – 10—15 километров.

Каждое время имело своё представление о космическом транспортном корабле. Первое сообщение о путешествии вне Земли появилось около двух тысяч лет тому назад в «Истинной истории» Лукиана. Совершено оно было удивительно просто. Корабль, подхваченный смерчем у Геркулесовых столбов, попадает на неизвестный светящийся шар. Обитатели его – гиппогрифы, разъезжающие на трёхголовых грифах, объяснили путешественникам, что они на Луне. По другим «сообщениям», космонавты совершали космические полёты на обученных лебедях.

Эксперименты знаменитого французского учёного Блеза Паскаля пошатнули всеобщий оптимизм. Слой атмосферы тонок, – доказал ученый, – космические полёты придётся совершать в пустоте. Это охладило горячие головы, хотя и совершенно напрасно. Именно внеземная пустота сделала возможными реальные космические полёты. Для полётов в плотной среде не хватило бы существующих источников энергии, и они отодвинулись бы в далёкое будущее, если бы не стали невозможными вообще.

И вот в нашe время эта давняя мечта человечества осуществлена. Человек поднялся в заоблачные выси и совершил путешествие вокруг Земли.

Три года заняло путешествие Магеллана. Сам он не смог замкнуть кругосветное кольцо, заплатив жизнью за дерзкую экспедицию. Теперь станции-спутники совершают десятки тысяч кругосветок вокруг планеты. Годами трудятся на борту орбитальных станций космонавты. Скорость кругосветного передвижения – с двух с половиной километров в час во времена Магеллана – выросла почти до тридцати тысяч километров в час. Уже одна эта скорость даёт огромные преимущества орбитальному наблюдателю.

«Лучше раз увидеть…» – утверждает пословица. Действительно, большую часть информации дают человеку глаза. Около девяноста процентов информации о внешнем мире. Даже тогда, когда самая непосредственная информация поступает в ином виде, человек больше верит своим глазам. Австралийский психолог Р. Пауэр давал в руки испытуемым обыкновенную монету и кубик, но те их рассматривали через искажающие очки. И хотя они держали их в собственных руках, описания этих предметов соответствовали увиденному – эллиптической форме монеты и вытянутому параллелепипеду.

Какой же выглядит наша планета из космоса? Прежде всего нужно отметить, что с орбиты отчётливо виден шарообразный профиль Земли. Хотя, если смотреть под собой, в надир, Земля выглядит скорее не выпуклой, а вогнутой. Об этом не раз сообщали космонавты. Первая отличительная особенность наблюдения с орбиты – необыкновенная обзорность, возможность одновременного охвата взглядом прежде необъятного. Вот как рассказывает об этом в своём «Дневнике над облаками» космонавт Виталий Севастьянов.

«Наша голубая планета из космоса имеет удивительно красивый вид. Она прекрасна, но и поразительно мала. Общеизвестны геометрические размеры Земли: 12 742 километра средний диаметр, около 40 тысяч километров – путь вдоль экватора. В последнее время мы привыкли к новому понятию: полтора часа – и облетели на космическом корабле вокруг Земли. За это время космический корабль совершает виток вокруг нашей планеты.

Но в условиях длительного космического полёта возникают у космонавта два новых критерия, подчёркивающие малость нашей Земли. Первый критерий: через семь – десять дней полёта в космосе на память знаешь всю сушу Земли. Да, 71 процент поверхности Земли покрыт водой и только 29 процентов – суша. Но эти цифры сами по себе мало что говорят. В полёте ощущаешь, что очень много на Земле воды и мало суши, которую, как правило, встречаешь с радостью, при этом у космонавтов, как и у моряков, вырывается возглас: «Земля!».

Вглядываешься в неё, будь то берег континента или маленький островок в океане, смотришь на навигационный прибор или карту и знакомишься: вот так выглядит Таити!

Через несколько дней полёта всё реже и реже прибегаешь к помощи карт. А через 7—10 суток знакомство состоялось окончательно. Сушу знаешь всю. На континентах – горы, реки, долины, озёра, города, гавани. Привыкаешь и очень легко опознаёшь города даже на ночной стороне Земли. Неоднократно любовались мы ночным видом Парижа и никогда не путали его с Берлином, Римом или Варшавой.

В океане знаешь каждый остров и с радостью, как со старым знакомым, встречаешься с островом Пасхи, затерявшимся среди безбрежной глади окeaнa.

После сна открываешь шторку иллюминатора, смотришь за борт корабля и незамедлительно сообщаешь: «Подходим к Мадагаскару, через пять минут – Индия!».

Да, действительно, мала наша планета, если за 5—7 минут пересекаешь Южную Америку или Африку и если через 10 суток полёта в космосе всю сушу Земли знаешь на память…

И вдруг понимаешь, что сама Земля – это космический корабль, который несётся в космосе. Он имеет ограниченные ресурсы и экипаж – человечество, которое должно беречь свою планету, её ресурсы, беречь само ceбя».

Наблюдение Земли из космоса толкает на эти размышления. Способность увидеть всё вместе, разом – облегчает опознание. Для высот полёта российских орбитальных станций ширина полосы обзора от трассы полёта составляет около полутора тысяч километров. При этом «косой» взгляд зачастую куда более информативен, чем наблюдения под собой, в надир.

Невооружённому глазу доступно разрешение в одну угловую минуту. Специально тренированные наблюдатели могут разглядеть и более мелкие предметы, с угловыми размерами в 20—30 секунд. Это позволяет разглядеть с космических орбит предметы в несколько десятков метров, а протяжённые – при их ширине уже в пять метров. Обученный наблюдатель различает тысячи оттенков цветa. Причём сравнивая, он достигает большего, чем оценивая абсолютные яркости. В опознавании активно участвует система «глаз – мозг». И поэтому в ход идут и косвенные признаки, дополняющие увиденное «в лоб».

Космонавт в полёте непременно чувствует себя исследователем планеты и даже в известном смысле её первооткрывателем, наблюдающим её аномальные образования, выделяющиеся особой формой, рисунком, цветом. По окраске растительности, трещинам определяется выход воды, по форме трещин земной коры – «дереву» разлома – активные сейсмические районы. Мелкомасштабное изображение земной поверхности позволяет судить о характере крупных глубинных структур, скрытых наносами. Отложения рыхлых пород в сотни и тысячи метров не могут скрыть особенности залегающих под ними платформенных и складчатых областей.

Виду с орбиты присуща генерализация – объединение отдельных мелких черт в крупный характерный рисунок. Оптический диапазон, которым оперирует глаз, обладает большой информативностью. Именно этот диапазон повествует

о множестве физико-химических и биологических особенностей земных образований. По цвету можно, например, определить солёность воды, её загрязнение, наличие фитопланктона, состав и влажность почв, отметить содержание хлорофилла в зелёной мaсce.

Зона 500—600 нанометров – наиболее чувствительна к особенностям мелководий и выносов рек; зона 600—700 нанометров обеспечивает лучшее пространственное разрешение предметов на поверхности Земли; зона 700—840 нанометров – чётче прорисовывает геологическое строение территории. Причём каждому геологическому образованию присущ наиболее красноречивый спектральный интервал.

Существует не только геометрическая, но и цветовая генерализация. С высоты птичьего полёта не выделяются цветовые переходы. Фиксируемый самолётной съёмкой ограниченный участок поверхности Земли зачастую выглядит однотонным, не позволяя обнаружить цветовой контраст. Обзор с орбит выделяет черты цветовой генерализации.

Сотни лет изучали 3eмлю с поверхности, собирая отдельные факты, просеивая их, из крупиц составляя портрет мира. С появлением космических средств изменилась скорость сбора сведений. Даже самолётной съёмке не угнаться за спутниковыми методами.

Обзор с орбиты к тому же – всепогодный. Снегопад, тyмaн, грозовая облачность – всё, что принято называть нелётной погодой, не влияет на полёты спутников. Даже при визуальных наблюдениях космонавты с орбиты разыскивают окна в облаках, считают даже плотную облачность объектом, достойным изучения. А радиофизические методы изучения земной поверхности, зондирование в микроволновом диапазоне – допускают исследования и через слой облачности.

Опыт советских космонавтов – участников первых долговременных экспедиций – доказал, что по форме облачности узнаётся многое о подстилающей поверхности.

Космические абитуриенты учились наблюдению «с орбиты» ещё на Земле, в полётах на самолётах-лабораториях Tу-134 и Ил-76. Наблюдатели готовились привыкнуть к видам сверху, суметь увидеть или разобраться в увидeннoм на той огромной скорости, которую имеет ИСЗ в полёте, совершая кругосветное путешествие за полтора часа.

Орбитальная станция, скользящая по поверхности атмосферы – прежде всего научная лаборатория, но она и электрический блочный дом, поднятый на космическую высоту. (s123e009345)

В космической экспедиции необходимо выбрать любимое исследование и в увлечении трудиться и этим жить вне Земли. Для большинства космонавтов таким увлечением становятся наблюдения планеты. В иллюминаторе: река Ямпо

в Колорадо. (iss015-E-28001—04_lrg)

За окном иллюминатора – безжизненная пустота, палящие лучи Солнца и холод в тени. Но наступает особый момент, и космонавты распахивают люки станции и выходят в открытый космос, становясь со Вселенной лицом к лицу. Выход в открытый космос увеличивает обзорность. На внешней оболочке станции. (iss009e29620)

Можно долго долго тренироваться, готовясь к полёту, чтобы только увидеть такое из космоса: многокрасочное озеро в Тибете. (1303824845_nasa_earth-1014)

Разнообразны виды Земли, хотя встречается и сходное: в окраске озер, например, Балхаша и Балатона, в полосатой структуре поверхности в Анголе, Центральной Австралии и в районе озера Чаны. Озеро Балхаш. (A2003108.0745.250m)

Самое-самое…