Совсем недавно, когда я ехал в электричке на соревнования по академической гребле (в качестве болельщика, конечно) ко мне подсел странный гражданин. На нём была надета майка с кадром из фильма «Гравитация», какие-то драные шорты и не менее драные кеды. Человек посмотрел на меня очень внимательно. В его глазах явно читалась тоска. «Трубы горят, наверное», – подумал я. И принялся выскребать мелочь из бумажника. Но незнакомец вдруг наклонился ко мне и негромко прошептал: «А правда, что в космосе нет гравитации?».
Я на мгновение оторопел. Уж больно неожиданным оказался этот вопрос. И пока я соображал что ответить, странный человек вдруг встал и вышел на ближайшей остановке, похлопав меня по плечу. А потом стоял на платформе и медленно махал мне ладошкой. А потом электричка поехала дальше. И больше я этого человека никогда не видел…
Странная гравитация
Но мысль, которую высказал столь странный субъект, не давала мне покоя. А ведь и правда! Все мы видели, как космонавты, астронавты, и даже (без сарказма!) героическая женщина Юлия Пересильд болтаются внутри Международной космической станции. Наверное каждый из нас хоть раз в жизни видел, что если такие люди бросают мяч, он никогда не падает вниз. Он просто плывёт в том направлении, куда его послали. Так какой можно в связи с этим сделать вывод? Он очевиден: космонавты находятся в условиях «невесомости», потому что «в космосе нет гравитации»! Звучит странно? Да. Но я слышал однажды в одной бильярдной ещё более странное утверждение: «если вот прямо сейчас удалить весь воздух из этой прокуренной комнаты, мы бы все воспарили. Потому что в вакууме нет гравитации». Просто великолепная чушь! Как будто воздух имеет к этому какое-то отношение.
Абсурд.
Давайте попробуем разобраться с этом странном вопросе.
Во-первых, давайте предположим, что в космосе действительно нет гравитации. Да, в этом случае внутри космического корабля будут, как мы и видим, плавающие космонавты и бросаемые ими парящие в воздухе разноцветные мячи. Однако с самим кораблём ситуация будет другая. Вместо того, чтобы как положено спокойно облетать планету, он начал бы просто удалялся бы от неё по прямой линии. И в итоге исчез бы в бескрайных просторах космоса. Потому что (конечно же!) причина, по которой наш корабль находится на орбите, не что иное, как… земное притяжение!
Хм. Ничего непонятно, но очень интересно. Так почему же, пёс подери, космонавты парят, а мяч не падает? Если есть гравитация, почему она на них не действует? Это магия что ли какая-то? Какое-нибудь секретное заклинание Циолковского?
Нет. На самом деле наши героические космонавты падают. Они падают всё время. И днём, и ночью. И даже иногда во время приёма пищи. Однако и Земля при этом «падает» с той же скоростью. Поэтому кажется, что ничего не происходит.
Помощь лифтёра
Представьте, что Вы находитесь в лифте на самом верхнем этаже многоэтажного здания. У Вас в руках мяч. Уроните его. Видите? Он падает вниз с ускорением свободного падения. А поскольку Вы и лифт соединены и не двигаетесь относительно Земли, Вы видите, как мяч падает.
Но вот по договорённости с Вами лифтёр перегрызает трос. И лифт начинает падать. И Вы сразу же замечаете, «что гравитации нет». И если Вы отпустите мяч, он «поплывёт» рядом с вашей рукой. Вам будет казаться, что Вы ничего не весите. До тех пока не сработают тормоза лифта и скорость Вашего падения не станет меньше.
Означает ли это, что внутри лифтовых туннелей нет гравитации? Нет конечно. Когда Вы отпускаете мяч, он в любом случае будет падать. Но если лифт свободно падает, и его пол падает с такой же скоростью, что и мяч, они никогда не сблизятся. Поэтому мяч будет казаться «плывущим» в воздухе. И дело вовсе не в том, что он на самом деле «плывёт». А в том, что лифт всё время «падает» вниз относительно него.
То же самое происходит и с космическими кораблями на орбите: они всё время падают на Землю. И всё, что находится у них внутри (космонавты, мячики и т. д.) падает туда же и с той же скоростью. Поэтому кажется, что внутри космических кораблей отсутствует гравитация. И правильнее было бы говорить в данном случае о постоянном свободного падении, а не о невесомости.
Космический Кержаков
Но тогда возникает следующий вопрос: если корабль падает, почему он не врезается в Землю?
С космическим кораблём происходит вот что: если задать ему правильную начальную скорость, он будет вечно вращаться вокруг Земли на нужной высоте. Как это работает? Да всё просто. Просто Земля, на самом деле, круглая. И космический корабль всё время притягивается к ней и падает на неё. Но падает он по такой траектории, что всё время как бы «промахивается» мимо её поверхности.
Причина, по которой наш корабль не разбивается, заключается не в том, что он не падает. А в том, что у него достаточно скорости, чтобы двигаться достаточно высоко над Землей на такой орбите, на которой кривизна планеты точно такая же, как и кривизна траектории его падения.
Поэтому давайте забудем абсурдную мысль об отсутствии в космосе гравитации раз и навсегда.