Почему раскачивается флаг на Луне?

Краткий ответ: Флаг на Луне раскачивается, когда его флагштока касаются руками или на полотнище оказывают воздействие газы космического корабля. Если флаг не трогать, он будет неподвижен, поскольку находится в вакууме.

Все знают, что на Луне нет воздуха, при этом флаг на фото и видео лунных высадок полностью развернут, и кажется, будто он развевается на сильном ветру. Такое поведение ткани выглядит странным в условиях космического вакуума.

Луна обладает незначительной остаточной атмосферой, по плотности сравнимой с той, в которой летает Международная космическая станция. То есть с технической точки зрения на Луне все-таки вакуум, и ни лунный, ни солнечный ветер не мог бы заметно поколебать полотнище флага. Чтобы заставить его гордо реять над лунной поверхностью, астронавтам пришлось бы постоянно им размахивать. Но и безвольно висеть в ходе телевизионной трансляции, демонстрирующей торжество американской космонавтики, флагу было негоже. Тогда NASA нашло техническое решение: сборная конструкция флага предусматривала жесткую основу в форме буквы «г» с горизонтальной перекладиной, которая крепилась перпендикулярно древку.

Полотнище установленных флагов было из нейлона. Иногда встречаются комментарии, что внутри ткани находилась упругая сетка, но это не так. Флаги были самые обыкновенные, подобные тем, что продают в сувенирных лавках. По некоторым данным, там их и приобрели. Подготовка к установке флага на поверхности Луны заключалась только в подшивании верхней части для горизонтальной перекладины и создании флагштока из алюминиевых трубок.

При просмотре единичных фотографий неровности и складки на флаге могут создать ощущение, будто он гордо реет на ветру, хотя в действительности он неподвижен. Причиной неровностей флага, которые видны на фотографиях, является низкая лунная гравитация. Незначительный вес ткани просто не позволял ей повиснуть гладким полотном после развертывания. Убедиться в неподвижности флага по фотографиям можно при просмотре нескольких снимков из одной серии. Видно, что со временем складки не меняются.

Гораздо больше внимания флаги привлекают на записанных кадрах телетрансляции и кинохроники в моменты их установки. Здесь флаги развеваются будто при сильном ветре. В некоторые моменты астронавтам приходится хвататься за край флага, чтобы унять его широкие колебания. Из-за такого бесконтрольного поведения флага кажется, что установка происходит в очень ветреный день в чистом поле на Земле.

Чтобы убедиться, что к движению лунных флагов ветер непричастен, достаточно просмотреть не избранные моменты телетрансляции с процессом установки, а более продолжительную запись с начала развертывания флага и до перехода астронавтов к другим задачам. Тогда легко заметить, что движение флага происходит только в моменты, когда астронавт держится за флагшток. Едва астронавт отпускает флаг, как остаются только затухающие колебания полотна, которые быстро прекращаются. После угасания колебаний все флаги оставались неподвижными до момента, пока снова не подвергались какому-либо воздействию.

В записях видно, что в некоторые моменты установки флагов рука астронавта держит флагшток, но не раскачивает его, хотя ткань продолжает колыхаться, и ее движения кажутся непропорционально интенсивными — будто налетают сильные порывы ветра. Такое происходит, когда астронавт прокручивает флагшток вокруг его оси в попытках поглубже внедрить его в грунт. Широкие колебания флага в ответ на небольшие покачивания как раз демонстрируют особенности безвоздушной лунной среды. Флаг не испытывает сопротивления воздуха, т.е. у него нет парусности, что и приводит к непривычным для наших земных глаз резким движениям и большой амплитуде колебаний.

Был на Луне и практически настоящий сквозняк — флаг Apollo 14 установили почти напротив выходного люка, где был клапан сброса атмосферы из корабля. Перед каждым выходом на поверхность и перед стартом с Луны кислород выпускался из модуля через клапан.

Флаг установили примерно в 8 м от выходного люка, под углом около 45 градусов от направления выхода. Потока газа из дверного клапана оказалось достаточно, чтобы не просто поколебать ткань, но и развернуть полотнище на 180 градусов. Изменение положения флага можно заметить на фотографиях, также разворот и покачивание флага видны в записи телетрансляции точно в те моменты, когда астронавты открывали клапан и сбрасывали давление.

В настоящее время нет подходящих средств, чтобы рассмотреть с Земли или из космоса установленные на Луне флаги. Просто при взгляде сверху изображение должно быть достаточно резким, для того чтобы увидеть флагшток толщиной 2 см и тонкое полотнище. Взгляд под углом увеличивает расстояние до объекта съемки, что снижает детализацию снимков. Немного легче увидеть их тень на поверхности. Эту тень сумел рассмотреть спутник NASA LRO. Особенно интересно смотреть на снимки, сделанные в разное время суток: можно увидеть, как тень бегает туда-сюда в зависимости от направления освещения.

Не все флаги стоят сейчас, так сказать, с гордым видом. Первый, с Apollo 11, был сбит реактивной струей двигателя стартующего лунного модуля. Это заметил пилот лунного модуля Эдвин Олдрин, однако долгое время нельзя было подтвердить его слова, пока не полетел LRO. Тень от флага Apollo 11 действительно не наблюдается. Астронавты Apollo 12 не смогли закрепить горизонтальную планку флага, поэтому у них получилось не столь гордое положение государственного символа, хотя тень от него на снимках найти можно.

Сложнее оказалось найти признаки флага Apollo 14. Его установили западнее корабля, и газы реактивной струи двигателя стартующего лунного модуля развернули его на запад, поэтому отбрасываемая тень всегда тонкая независимо от положения солнца на небосводе.

История флагов в вакууме не ограничивается «лунными». Еще как минимум трижды флаги доставлялись российскими космонавтами в открытый космос, только на низкую околоземную орбиту.

25 июня 1991 года на станции «Мир» космонавты Анатолий Арцебарский и Сергей Крикалев установили красный советский флаг на внешней экспериментальной сборной конструкции — ферме «Софора». Для флага предусмотрели каркас из телевизионной антенны в форме буквы «п». Флаг вполне убедительно колыхался, пока его монтировали, и замер после установки. Процедура установки флага была запечатлена на видео. К сожалению, опубликовано лишь несколько секунд записи того выхода космонавтов в открытый космос. 15 октября того же года космонавты запечатлели флаг на телекамеру в ходе перестыковки космического корабля «Союз ТМ-13» с одного модуля на другой. В эти моменты флаг был совершенно неподвижен. Советский флаг пробыл в космосе больше года, до 7 сентября 1992 года, когда его сняли космонавты Анатолий Соловьев и Сергей Авдеев. По воспоминаниям космонавтов, шелковое полотнище настолько деградировало, что рассыпалось в руках. Увидеть кадры с красным флагом и узнать больше об этой истории можно из передачи «Софора — память металла» телестудии Роскосмоса.

Советский флаг в космосе находился в других условиях по сравнению с американскими на Луне: во-первых, он находился в невесомости, во-вторых, был из шелка, в-третьих, переживал внешние возмущающие факторы — иногда станция совершала маневры ориентации и изменения орбиты, что приводило флаг в движение и не лучшим образом влияло на состояние материала. Возможно, американские флаги также могут разрушиться от прикосновения, но пока их никто не трогал — они по-прежнему стоят. Только есть предположения, что краска флагов разрушена солнечным ультрафиолетом, поэтому на Луне сейчас стоят пять белых флагов.

Второй флаг подняли на станции «Мир» в 1997 году. Это был даже не флаг, а небольшой самодельный транспарант с надписью «С праздником, Москва 850». Так космонавты решили поздравить Москву с 850-летием. Полотнище флага было из ткани, напоминающей нейлон, с пластиковыми трубками по вертикальным сторонам. Несмотря на перекладины, флаг довольно свободно чувствовал себя в полете и мог двигаться от движения руки космонавта.

Российский государственный флаг тоже оказался в вакууме, но, в отличие от советского, ненадолго. 22 августа 2013 года, в День государственного флага России, космонавты Александр Мисуркин и Федор Юрчихин вынесли на 5 минут в открытый космос флаг Российской Федерации. Видеотрансляция этого выхода сохранилась в записи NASA, ее можно найти на YouTube по запросу «Российский флаг развевается в космосе». Это был флаг из обычной материи, такой можно приобрести в магазине, без дополнительных перекладин, на коротком флагштоке. Космонавты развернули его, сделали несколько взмахов каждый и спрятали в шлюз. При этом они несколько раз в шутку повторили фразу: «Нам не поверят — скажут, в павильоне снимали». Хотя поведение российского флага при нулевой силе тяжести больше напоминало поведение ткани под водой, чем на ветру.

На этих примерах можно убедиться, что флаги в условиях космоса колеблются или развеваются, если их приводить в движение, но остаются в неподвижном состоянии, если их закрепить и оставить в покое.