СВЯЩЕННАЯ ЧЕРНОТА

Из всего, что доступно взору, бездонное небо наиболее располагает к интимному чувству.

Сэмюэл Тейлор Кольридж. Заметки (1805 г.)

Синева безоблачного майского утра либо красно-оранжевые тона заката над морем заставляли людей удивляться, вдохновляли их на поэзию и науку. Независимо от того, в какой части Земли мы живем, каков наш язык, наши обычаи и политика, у всех нас общее небо. Большинство принимают эту лазурь как должное и по понятной причине были бы ошеломлены, проснувшись однажды на рассвете и обнаружив за окном желтое, или зеленое, или черное безоблачное небо. (Обитатели Лос-Анджелеса или Мехико привыкли к бурому небу, а жители Лондона или Сиэтла — к серому, но даже они считают, что небо на нашей планете должно быть голубым.)

Однако есть миры с черными или желтыми небесами, а возможно — даже с зелеными. Цвет неба характеризует тот или иной мир. Забросьте меня на любую планету Солнечной системы и, не дав мне ощутить гравитацию или посмотреть под ноги, позвольте лишь мельком взглянуть на небо и солнце. Думаю, в таком случае я смогу довольно уверенно определить, где нахожусь. Такой знакомый голубоватый оттенок, кое-где перемежающийся с пушистыми белыми облаками, — визитная карточка Земли. Во французском языке есть выражение «sacre-bleu!», которое можно перевести примерно как «Славные небеса!». Буквально эта фраза означает «священная синева». Действительно, если у Земли когда-нибудь появится настоящий флаг, то он должен быть голубого цвета.

Птицы летают по небу, облака висят на нем, люди восхищаются небом и как ни в чем не бывало путешествуют по нему. Свет от Солнца и звезд свободно проникает сквозь небо. Но что оно собой представляет? Из чего состоит? Откуда берется вся эта синева? Если небо одинаково для всех, если оно характеризует наш мир, наверняка мы должны что-то знать о небе. Итак, что же это такое?

В августе 1957 г. человек впервые проник за пределы синевы и осмотрелся. Это был Дэвид Симонс, бывший офицер ВВС и врач, оказавшийся на максимальной высоте за всю пре­дыдущую историю человечества. Управляя аэростатом, он в одиночку поднялся до 30-километровой высоты и сквозь толстые иллюминаторы увидел иное небо. Доктор Симонс, впоследствии ставший профессором Медицинской школы Калифорнийского университета в Ирвайне, вспоминал, что над ним открылось темное, насыщенно-фиолетовое небо. Он достиг переходной зоны, где синева приповерхностной атмосферы постепенно уступает место идеальной космической черноте.

Со времен полузабытого полета Симонса представители многих наций побывали за пределами атмосферы. Сегодня по результатам многократных наблюдений, выполненных пилотируемыми (и автоматическими) экспедициями, известно, что дневное небо в космосе черное. Солнце ярко освещает ваш корабль. Земля под вами искрится огнями. Но небо черно как ночью.

Вот знаменитое описание, сделанное Юрием Гагариным — первым человеком, оказавшимся в космосе и рассказавшим, что он увидел с борта корабля «Восток-1» 12 апреля 1961 г.:

Небо совершенно черное. Величина звезд и их яркость немножко четче на этом черном фоне. Виден очень красивый горизонт, видна окружность Земли, горизонт имеет красивый голубой цвет. У самой поверхности Земли нежно-голубой цвет, постепенно темнеющий и переходящий в фиолетовый оттенок, который плавно переходит в черный цвет.

Естественно, цвет дневного неба — вся эта синева — как-то связан с атмосферой. Но если вы посмотрите на человека, сидящего за столом напротив вас, он (скорее всего) не покажется вам синеватым. Соответственно, цвет неба возникает не просто в силу наличия воздуха, а из-за того, что атмосфера очень мощная. Если присмотреться к Земле из космоса, то можно различить, что она окружена тонкой голубой лентой, по толщине примерно такой, как нижние слои атмосферы. Действительно, это и есть нижняя часть атмосферы. Выше этой зоны заметно, как голубое небо постепенно сменяется черным космосом. Именно в этой переходной зоне впервые оказался Симонс, ее же первым наблюдал сверху Гагарин. Обычный космический полет начинается в нижней голубой части атмосферы, эта зона преодолевается в течение нескольких минут после старта. Затем вы оказываетесь в беспредельном пространстве, где нельзя даже сделать вдох без помощи сложной системы жизнеобеспечения. Человеческая жизнь напрямую зависит от существования этого голубого неба. Мы вправе считать его ласковым и священным.

Днем небо кажется нам голубым, поскольку солнечный свет рассеивается в воздухе вокруг нас и над нами. В безоблачную ночь небо черное, так как отсутствует достаточно интенсивный источник света и рассеиваться нечему. Почему-то в воздухе рассеивается преимущественно голубой свет. В чем дело?

Видимый свет, прилетающий от Солнца, окрашен в разные цвета — фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый — в зависимости от длины световой волны. (Длина волны — это расстояние между ее соседними гребнями во время перемещения волны по воздуху или по космосу.) Фиолетовые и синие волны самые короткие, оранжевые и красные — самые длинные. Мы различаем цвета в зависимости от того, как именно наши глаза и мозг воспринимают свет с разной длиной волны. Мы с тем же успехом могли бы слышать волны света как звуки разной высоты, но наши органы чувств развивались иначе.

Если смешать вместе все цвета радуги, как в солнечном свете, то получится почти белый оттенок. Эти волны все вместе за восемь минут преодолевают 150 млн км пространства, отделяющих Землю от Солнца. Попадают в земную атмосферу, состоящую в основном из молекул азота и кислорода. Некоторые волны отражаются обратно в космос. Другие отскакивают от молекулы к молекуле, и в это время их можно увидеть. Кроме того, некоторые волны отражаются в космос от облаков и поверхности Земли. Подобное отскакивание волн света в атмосфере и называется «рассеяние».

Но молекулы воздуха по-разному рассеивают свет в зависимости от длины волны. Если длина волны больше, чем размер молекулы, то такие волны рассеиваются хуже; они обтекают молекулы, практически «не замечая» их. Те волны, длина которых сопоставима с поперечником молекулы, рассеиваются сильнее. Кроме того, волнам сложно обтекать препятствия, сравнимые с ними по размеру. Вспомните, как расходятся морские волны от свай пирса или волны в ванне от резиновой уточки. Короткие волны света, которые мы воспринимаем как синие и фиолетовые, рассеиваются эффективнее, чем более длинные — красный и оранжевый свет. Когда в безоблачный день мы смотрим в ясное небо и восхищаемся его синевой, мы убеждаемся, что в воздухе рассеиваются преимущественно короткие волны солнечного света. Это явление называется «рэлеевское рассеяние» — в честь английского физика, который впервые дал ему правильное объяснение. Сигаретный дым имеет голубой оттенок по той же причине: частицы, из которых он состоит, в поперечнике сопоставимы с длиной волны голубого света.

Итак, почему же закат красный? Дело в том, что, когда вся синяя часть спектра рассеется в воздухе, от солнечного света остается именно красная составляющая. Поскольку атмосфера — это тонкая газовая оболочка, окутывающая твердый земной шар и удерживаемая его гравитацией, солнечный свет на закате (или на восходе) должен пройти по более длинной наклонной траектории, чем в полдень. Поскольку фиолетовые и синие волны рассеиваются еще активнее, когда этот путь увеличивается (по сравнению с полуднем, когда солнце у нас над головой), мы, глядя на закатное солнце, видим остаток спектра — те волны, которые почти не рассеиваются, в частности, красные и оранжевые. В голубом небе получается красный закат. Полуденное солнце кажется желтоватым отчасти потому, что излучает желтый свет активнее, чем остальные цвета спектра, а также потому, что даже в полдень часть голубого света все-таки расcеивается в земной атмосфере.

Иногда говорят, что ученые не романтичны, что их стремление все разложить по полочкам лишает мир красоты и волшебства. Но разве не волнительно понимать, как именно устроен мир — знать, что белый свет состоит из всех цветов радуги, что воспринимаемые нами цвета соответствуют длинам волн, что прозрачный воздух отражает свет, что различные волны света отражаются по-разному и что небо голубое именно по той причине, по которой закат — красный? Солнечный закат не становится менее романтичным оттого, что мы знаем о нем чуть больше.

Поскольку размеры большинства простых молекул примерно одинаковы (около стомиллионной доли сантиметра), голубой цвет земного неба не слишком зависит от состава воздуха, так как воздух не поглощает свет. Молекулы кислорода и азота не поглощают видимый свет; они просто отражают его под углом от источника. Однако другие молекулы могут впитывать свет. Оксиды азота (соединения азота с кислородом), образующиеся в автомобильных двигателях и в промышленных факелах, окрашивают смог в угрюмые бурые оттенки. Оксиды азота поглощают свет; это, как и рассеяние, может влиять на цвет неба.

ИНЫЕ МИРЫ, ИНЫЕ НЕБЕСА. Меркурий, Луна и большинство спутников других планет — маленькие миры. Поскольку их гравитация ничтожна, они не удержали своих атмосфер, которые постепенно утекли в космос. Поэтому даже на поверхности этих тел — практически вакуум. Солнечный свет беспрепятственно падает на грунт, по пути не рассеивается и не поглощается. Небеса этих миров черные даже в полдень. До сих пор в этом смогли на собственном опыте убедиться лишь 12 человек — участники первых пилотируемых экспедиций на Луну, экипажи кораблей 11, 12 и 14–17 из серии «Аполлон».

Полный список спутников, открытых в Солнечной системе на момент написания этой книги, приведен в следующей таблице. Добрую половину из них открыл «Вояджер». На всех этих телах, а также на всех астероидах черные небеса, если не считать Титана, спутника Сатурна и, возможно, Тритона, спутника Нептуна, которые достаточно велики и имеют собственные атмосферы.

Атмосфера Венеры примерно на 90% больше, чем у Земли. Но основную ее часть составляет не кислород и азот, как у нас, а углекислый газ. Однако и углекислый газ не поглощает видимого света. Как выглядело бы небо с поверхности Венеры, если бы на этой планете не было облаков? В такой мощной атмосфере рассеивались бы не только синие и фиолетовые волны, но и все остальные — зеленые, желтые, оранжевые, красные. Атмосфера настолько плотная, что до поверхности планеты голубой свет практически не долетает; он почти полностью отражается в космос после многочисленных отскоков в верхних слоях атмосферы. Соответственно, тот свет, который достигает венерианских ландшафтов, должен иметь выраженную красно-оранжевую гамму — как на закате у нас, но по всему небу. Кроме того, сера, содержащаяся в высотных облаках, придает небу желтый оттенок. Фотографии, сделанные советскими спускаемыми аппаратами «Венера», подтверждают, что небо на Венере желто-оранжевое.

ШЕСТЬДЕСЯТ ДВА МИРА К НАЧАЛУ ТРЕТЬЕГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ: ИЗВЕСТНЫЕ СПУТНИКИ ПЛАНЕТ (И ОДИН СПУТНИК АСТЕРОИДА) ПЕРЕЧИСЛЕНЫ В ПОРЯДКЕ УВЕЛИЧЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ОТ СВОЕЙ ПЛАНЕТЫ

С Марсом все иначе. Он меньше Земли и обладает гораздо более тонкой атмосферой. Фактически давление на поверхности Марса примерно такое же, как в земной стратосфере на той высоте, куда поднялся Симонс. Поэтому логично было бы предположить, что марсианское небо будет черным или черно-фиолетовым. Первый цветной снимок с поверхности Марса был сделан в июле 1976 г. американским посадочным модулем «Викинг-1». Это был первый космический зонд, успешно опустившийся на поверхность Красной планеты. Цифровые данные были исправно переданы по радио с Марса на Землю, а цветная картинка собрана на компьютере. К всеобщему удивлению ученых (и никого более), на этом первом изображении, попавшем в печать, марсианское небо оказалось по-домашнему уютным, голубым — это невозможно для планеты со столь скудной атмосферой. Что-то явно пошло не так.

Изображение в вашем цветном телевизоре является суммой трех монохромных картинок, каждая из которых выдержана в одном из трех цветов — красном, синем или зеленом. Такой метод смешения цветов также встречается в видеопроекторах, которые испускают отдельные лучи света — красного, зеленого и синего — для получения полноцветной картинки (в том числе с оттенками желтого). Чтобы получить нужный цвет, ваш телевизор должен правильно смешать (сбалансировать) три этих монохромных изображения. Если поднять интенсивность, скажем, для голубого, то картинка покажется слишком синей. Любая фотография, получаемая из космоса, требует подобного баланса цветов. Иногда такой баланс подбирается во многом по усмотрению компьютерщиков-аналитиков. Аналитики из проекта «Викинг» не были астрономами-планетологами, поэтому, приняв первое цветное изображение с Марса, они просто смешивали цвета до тех пор, пока у них не получилась «правильная» картинка. Мы так привыкли к нашему повседневному земному опыту, что «правильное» небо — конечно же, голубое. Вскоре цвета снимка изменили, воспользовавшись калибровочными стандартами, которые именно для этой цели были изображены на борту зонда. На получившемся составном изображении небо оказалось ничуть не голубым, а охристо-розоватым. Не голубым, но и никак не фиолетово-черным.

Именно таков цвет марсианского неба. Большая часть поверхности Марса представляет собой пустыню. Она красноватая, так как марсианские пески — это ржавчина. Время от времени на Марсе происходят пылевые бури, при которых легкие песчинки поднимаются очень высоко в атмосферу. Прежде чем они снова осядут и небо прояснится от них, проходит немало времени — за этот период непременно случается следующая песчаная буря. Глобальные или крупные песчаные бури происходят на Марсе почти каждый год. Поскольку небо этой планеты постоянно наполнено частицами ржавчины, будущие поколения людей, которым предстоит родиться и прожить всю жизнь на Марсе, будут считать такое оранжево-розовое небо не менее обычным и естественным, чем мы — голубое. Вероятно, им будет достаточно лишь мельком взглянуть на небо, чтобы понять, как давно утихла последняя крупная песчаная буря.

Внешние планеты Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — совершенно иные. Это колоссальные миры с огромными атмосферами, состоящими в основном из водорода и гелия. Их твердые поверхности скрыты так глубоко, что туда не попадает никакого солнечного света. Там внизу небо черное, нет ни малейшего шанса увидеть восход — никогда. Вероятно, эту вечную беззвездную ночь иногда озаряют вспышки молний. Но в более высоких слоях атмосферы, куда проникает солнечный свет, открываются гораздо более живописные виды.

На Юпитере над слоем высотной дымки, состоящей из частиц аммиачного (а не водяного) льда, небо почти черное. Ниже, в голубой области неба, плывут разноцветные облака, окрашенные в различные желто-коричневые оттенки. Состав их неизвестен, но, вероятно, там присутствуют сера, фосфор и сложные органические молекулы. Еще ниже небо будет красно- коричневым, не считая облаков различной толщины. Там, где облака окажутся особенно тонкими, можно будет заметить голубое пятнышко. Далее мы постепенно возвращаемся в край вечной ночи. Что-то подобное наблюдается и на Сатурне, но краски там более тусклые.

Уран и в особенности Нептун окрашены в загадочные строгие голубоватые оттенки. В этих небесах заметны облака, некоторые из которых чуть белее; их несут стремительные ветры. Солнечный свет попадает в сравнительно чистую атмосферу, которая состоит в основном из водорода и гелия, но также богата метаном. Пока свет успевает проделать длинный путь через метан, этот газ активно поглощает желтые и в особенности красные оттенки, а зеленый и синий свет через него свободно проходит. Тонкая углеводородная дымка забирает немного голубого. Возможно, на определенных глубинах небо этих планет зеленое.

По распространенному мнению, Уран и Нептун выглядят синими из-за поглощения света метаном и рэлеевского рассеяния в толще атмосферы. Но анализ данных «Вояджера», выполненный Кевином Бейнсом из ЛРД, позволяет предположить, что этих факторов недостаточно. По-видимому, на большой глубине — может быть, вблизи от гипотетических облаков сероводорода — в избытке имеется какая-то голубая субстанция. Никто до сих пор не смог предположить, что это может быть такое. Голубое вещество встречаются в природе очень редко. Как это всегда бывает в науке, стоит только развеять старые тайны, как им на место приходят новые. Рано или поздно мы найдем ответ и на этот вопрос.

ВО ВСЕХ МИРАХ, ГДЕ НЕБО НЕ ЧЕРНОЕ, есть атмосферы. Если вы стоите на поверхности и над вами расстилается настолько плотная атмосфера, что ее можно заметить, то значит, через нее можно и пролететь. В настоящее время мы уже посылаем наши зонды летать в разноцветных небесах других миров. Когда-нибудь мы отправимся туда сами.

Парашюты уже использовались в атмосферах Венеры и Марса, подобные проекты также планируются для исследования Юпитера и Титана. В 1985 г. два франко-советских аэростата прошли по желтым небесам Венеры. Аэростат «Вега-1», имевший около 4 м в поперечнике, нес контейнер с аппаратурой на 13-метровом тросе. Аэростат наполнился в ночном полушарии, пролетел на высоте около 54 км над поверхностью Венеры и транслировал данные на протяжении почти двух земных суток, пока его батареи не отказали. За это время он преодолел 11 600 км над поверхностью Венеры, лежавшей далеко внизу. Параметры аэростата «Вега-2» были практически такими же. Атмосфера Венеры также использовалась для аэродинамического торможения — при этом орбита космического зонда «Магеллан» была изменена под влиянием трения в плотной атмосфере. В будущем эта технология сыграет ключевую роль для орбитальных и посадочных модулей, прибывающих на Марс.

Экспедиция к Марсу намечена на 1998 г. под руководством России. В рамках этого проекта предполагается использовать гигантский французский аэростат, наполненный горячим воздухом; внешне он немного напоминает исполинскую медузу вида португальский кораблик. Аэростат спроектирован так, чтобы в каждые морозные сумерки он погружался в атмосферу, приближаясь к марсианской поверхности, а днем вновь поднимался, когда его нагреет солнечный свет. Ветры там настолько быстрые, что если все пойдет нормально, то аэростат будет покрывать сотни километров в день, двигаясь такими «прыжками» и огибая планету через Северный полюс. Ранним утром, будучи у самой поверхности, он будет делать снимки в высоком разрешении и собирать другую информацию. Аэростат предполагалось оснастить направляющим канатом (гайдропом), необходимым для обеспечения стабильности. Проектированием и разработкой гайдропа занималась частная некоммерческая организация «Планетное общество», расположенная в Пасадене, Калифорния.

Поскольку давление у поверхности Марса примерно такое же, как на высоте 30 000 м на Земле, уже известно, что там можно летать на самолетах. Например, U-2 или SR-71 («Блэкбёрд») вполне приспособлены для такого низкого давления. Для работы на Марсе проектировались самолеты с еще большим размахом крыльев.

Мечты о полете и о космических путешествиях идут рука об руку. Они продумывались инженерами-единомышленниками, основаны на смежных технологиях и развивались в связке друг с другом. Вместе с тем как полеты на Земле достигают определенных практических и экономических пределов, открываются возможности летать в разноцветных небесах других миров.

СЕЙЧАС УЖЕ ПРАКТИЧЕСКИ ВОЗМОЖНО определить для каждой планеты Солнечной системы свою цветовую гамму, в зависимости от окраски ее неба и облаков. Спектр будет варьироваться от сернистых небес Венеры и ржавой атмосферы Марса до аквамарина Урана и завораживающей неземной синевы Нептуна. «Священный желтый», «священный розовый», «священный зеленый». Возможно, в будущем эти цвета станут украшать флаги дальних человеческих форпостов в Солнечной системе, когда мы уже будем осваивать новые рубежи, прокладывая путь от Солнца к звездам. При этом наши исследователи будут двигаться сквозь беспредельную черноту космоса. Священную черноту.