НА ГРАНИЦЕ «ЗЕМЛЯ-КОСМОС»

Красота космических зорь

Красота космических зорь

Первым увидел космическую зарю Ю. Гагарин. Все было необычно, ярко, впечатляюще. «Красота-то какая!» - только и смог он воскликнуть в восторге от увиденного. Слишком коротким было его путешествие на орбиту.

«На горизонте я увидел ярко-оранжевую полосу, над которой стали возникать все цвета радуги. Небо было таким, словно я глядел на него через хрустальную призму, - рассказывал после своего суточного рейса в космос Г. Титов... - Перед выходом корабля из тени Земли интересно было наблюдать за движением сумерек по земной поверхности. Одна часть Земли - светлая - в это время уже была освещена Солнцем, а другая оставалась совершенно темной. Между ними была четко видна быстро перемещавшаяся сероватая полоска сумерек. Над ней висели облака розоватых оттенков... Космос ждет своих художников, поэтов и, конечно, ученых, которые могли бы все увидеть своими глазами, осмыслить и объяснить».

Сложная цветовая гамма космической зари у Г. Титова вызвала уже не только восхищение красотой необычного зрелища - он почувствовал необходимость его осмыслить, объяснить. Может быть, это и был первый шаг к будущему открытию?

Но пока еще до него было далеко. Отправлялись на орбиту другие космонавты. И вот как они описывали сумеречный ореол планеты.

«Нижняя часть ореола, окрашенная в красно-оранжевые и желтые тона, переходит через белесую полосу к светло-голубым, темно-синим и черно-фиолетовым тонам» (В. Николаева-Терешкова).

«Последовательность окраски ореола в вертикальном направлении от линии горизонта такова: красно-оранжевые тона, желтые, светло-голубые, белесые, затем снова светло-голубые и синие и, наконец, белесоватые» (американские астронавты Д. Макдивит я 9. Уайт).

«От красно-оранжевых к желтым, голубым и белесым, затем опять голубые и белесые» (К. Феоктистов).

А. Леонов на борту «Восхода-2» не только описал ИГРУ красок в космосе, но и зарисовал их. Его картины реального и фантастического космоса известны многим, наверное, многие же обращали внимание на сочность, какую-то необычайную яркость красок леоновских полотен. Действительно ли цвета в космосе настолько ярки? А может быть, это условия полета, особое эмоциональное состояние космонавта приводят к подобному преувеличенному их восприятию? Решив разобраться в этом, физиологи Е. Иванов и Л. Хачатурьянц провели специальный эксперимент во время полета П. Беляева и А. Леонова на корабле «Восход-2».

В бортжурнал космонавтов вклеили тестовые цветные полосы: красную, зеленую, синюю, голубую, пурпурную и желтую. Все цвета были высокой насыщенности и светлости. Рядом с этими полосами расположили еще одну, с черно-белыми ступенчатыми клиньями. Первый клин абсолютно белый, последний - черный. Известно, что все цвета по мере убывания их яркости приближаются к черному. Поэтому космонавту, а это был А. Леонов, предлагалось сравнивать яркость того или иного цвета с яркостью ступеней черно-белого клина сначала в лаборатории, потом в учебном космическом корабле и, наконец, в полете по орбите. И каково же было удивление специалистов, когда анализ полученных результатов показал, что яркость картин, написанных А. Леоновым, на четверть даже ниже реальной!

И вот я сам в космосе, не в воображаемом, а в натуральном, без подделки. Чисто теоретически, разумеется, представлял, с каким изобилием цветов и красок предстояло мне познакомиться, так сказать, воочию. Но то, что я увидел впервые собственными глазами, взглянув из иллюминатора корабля на земной горизонт, одновременно и потрясло, и ошеломило, и заворожило. Какое-то буйство красок! Богатство космической палитры поистине не поддается описанию. Никаких слов не хватит. Да что там слов! Думаю, попытки воспроизвести цветовую щедрость космоса не словами, а красками на холсте или бумаге тоже обречены на неудачу. Это не преувеличение. Мы пробовали прибегнуть к помощи Ленинградского института метрологии. Оттуда нам прислали все существующие в рамках ГОСТов цвета, всю, так сказать, земную палитру оттенков. Выбрав какой-нибудь один цвет, мы подбирали два наиболее близких его оттенка таким образом, чтобы между ними уже ничего нельзя было поместить, разумеется, из того, что имелось в нашем распоряжении на Земле. А в космосе между двумя этими оттенками умещалась еще целая гамма тончайших полутонов с едва уловимыми на глаз переходами. Словом, космос не просто первенствовал - он царил.

Если попытаться составить цветовой спектр из земных красок и космических, а затем их сопоставить, то первый напоминал бы грубо сколоченный из неотесанного горбыля забор, где щелей было едва ли не больше, чем досок. Второй же выглядел бы, как клавиатура рояля, где клавиши тщательно и точно подогнаны друг к другу.

Однако в полете мне предстояло не словами описывать и даже не красками запечатлевать открывающийся с орбиты вид на земной горизонт, а фотографировать его на цветную пленку. Раз за разом я прицеливался объективом фотоаппарата, фиксируя, как того требовало задание, состояние слоев яркости приземной атмосферы. Потом, уже на Земле, рассматривая целый ворох этих снимков, которые я старательно «нащелкивал» в полете, сам убедился, что никакая самая качественная фотопленка не в состоянии передать подлинное богатство и поразительно емкую, многогранную красоту цветовой симфонии космоса.

Впрочем, все это лирика. Ведь задача состояла не в том, чтобы добавить восторженных эпитетов к тем описаниям космических зорь, которые уже высказывали мои предшественники, побывавшие на орбите. Надо было помочь ученым осмыслить происходящее в космосе. Фотопленки, которые я доставил на Землю, полностью отвечали их требованиям. И все же жаль, что неповторимую красоту космических зорь нельзя пока перенести на Землю, хотя бы запечатленной с помощью той же фотопленки...

Однако ученых волновало, как мне кажется, совсем не это обстоятельство. Они задавались другими вопросами. Почему сумеречный ореол Земли видится космонавтами по-разному? Из-за чего так сложна и многообразна цветовая гамма космических зорь?

Первыми предложили свою разгадку явления медики. Они напомнили, что у каждого человека оптические характеристики глаз сугубо индивидуальны. Все мы видим по-разному. Объяснение вполне убедительное. Конечно, цветовые восприятия в космосе в какой-то мере субъективны, да еще стоит учесть характеристики стекла иллюминатора. У А. Леонова, например, в шлем скафандра, предназначенного для выхода в открытый космос, были вмонтированы фильтры, которые не пропускали к глазам до 97 процентов солнечного света. А, скажем, в иллюминаторах моего «Союза-3» стояли обыкновенные кварцевые стекла. Так что некоторые расхождения в описаниях цветовых тонов и оттенков неизбежны. Но при всей убедительности объяснения медн^ ков все же явно недостаточно.

На помощь медикам пришли физики. Проанализировав состояние атмосферы во время полетов космических кораблей, они показали, что во время наблюдений у космонавтов были различны метеорологические условия, направления визирования, положение Солнца и т. д. Поэтому-то цветовые картины сумеречного ореола Земли оказались неодинаковыми.

Давным-давно известно людям, что Земля круглая и атмосфера, которая окружает нашу планету, имеет сферическую форму. Но до недавнего времени ученые считали возможным не обращать на это особого внимания, и в расчетах они допускали, что атмосфера «плоская». Дело в том, что стоит лишь слегка искривить эту очень удобную «плоскую атмосферу с параллельными световыми лучами», как сразу возникали головоломные усложнения в расчетах, создавался своеобразный математический лабиринт, преодолеть который крайне трудно, а некоторые полагали - даже невозможно. К тому же особой нужды забираться в этот лабиринт не было: «плоская» атмосфера вполне себя оправдывала во всех практических расчетах, результаты получались достаточно точными.

Приговор «плоской» атмосфере вынес первый спутник. Столь упрощенная модель не могла уже удовлетворить ученых, и им пришлось-таки залезать в лабиринт. Первыми проложили путь в хитроумных его закоулках академик В. Соболев и его ученик, доктор физико-математических наук И. Минин. Группа молодых последователей должна была продвинуться дальше. Цель: дать более эффективный метод расчета яркости планетных атмосфер, разработать строгую теорию сумеречных явлений. Задача, сформулированная как теоретическая, несла в себе большое практическое значение. Ее решение обещало не только надежный способ определения оптических свойств атмосферы Земли и других планет, но, что не менее важно, открывало новые возможности для навигации в космосе.

Молодые ленинградские ученые получили в конце концов формулы яркости сферической планетной атмосферы, учитывающие положение наблюдателя в космосе, условия освещения Солнцем и многое другое. Они провели расчеты сумеречного ореола земного горизонта, построили цветные картины: вместо громоздких интегралов получилась мозаика красок, всем понятная картинка. Теперь оставалось проверить расчеты экспериментом в космосе.

Под руководством члена-корреспондента АН СССР К. Кондратьева, главного энтузиаста эксперимента, предложившего включить его в программу полета еще «Сою-за-5», в Ленинграде сделали специальный прибор. 15 января 1969 года на втором и шестом витках и 16 января - на пятнадцатом Е. Хрунов провел наблюдения сумеречного ореола Земли. Сперва он описал его так, как видел сам, а потом, вооружившись прибором, выполнил эксперимент по спектрофотометрированию.

«Смотришь на земной горизонт в направлении, где должно взойти Солнце, и видишь сначала полосу космической зари, которая постепенно увеличивается по высоте и азимуту, - сообщал Е. Хрунов. - Четко видна линия горизонта и линия разрыва облачности. Атмосфера на горизонте у поверхности Земли ярко-красная, сочная. Выше она переходит в оранжевую, желтую, темно-синюю, затем в светло-синюю с плавным переходом в фиолетовый цвет, а потом в черный космос с мириадами ярко светящихся, немигающих звезд...

В противоположном направлении от места восхода Солнца, на ночной стороне, у горизонта Земли наблюдается, - продолжал космонавт, - довольно светлая серого цвета полоса, яркость которой с высотой уменьшается. Но на высоте 95-100 километров яркость опять увеличивается и затем переходит в черный, усыпанный звездами космос. Дивную картину представляет дневной горизонт Земли, хотя линию его просматриваешь не очень четко из-за наличия атмосферы. Он выступает в виде голубой, размытой сверху и снизу полосы, как бы наложенной на цветную дымку».

Корабль летит почти навстречу Солнцу, а точнее, под углом 30 градусов от направления на наше дневное светило. На поверхности планеты ночь, и люди еще не ви-Дят зари, но вот она появляется, все увеличивается по протяженности и насыщенности цветов. Она все светает, и там, где должно показаться Солнце, образуется светящийся столб. Затем появляется край солнечного Диска,.и заря сразу уменьшается по высоте и исчезает совсем. Вот Солнце взошло наполовину, яркость его возросла настолько, что на него уже нельзя смотреть прямо. Если с поверхности Земли человек видит горизонт на удалении трех-четырех километров, то с высоты 250 километров он отодвигается на расстояние 1700 километров, и поэтому восход для космонавта наступает примерно на час раньше, чем для живущих на Земле, в точке, над которой пролетает космический корабль.

Исследования сумеречного горизонта Земли продолжались на «Союзах» и «Салютах». Содружество ученых и космонавтов принесло здесь открытие, которое было занесено в государственный реестр. Вот как он выглядит.

«Диплом № 106. Заявка от 9 августа 1971 года. 
Авторы открытия 
А. А. Бузников - кандидат технических наук, 
К. Я. Кондратьев - член-корреспондент АН СССР,
A. И. Лазарев - доктор технических наук, М, М. Ми-
рошников - доктор технических наук, О. И. Смок-
тий - кандидат физико-математических наук, и летчики-
космонавты СССР Г. Т. Береговой, А. Г. Николаев, 
B. И. Севастьянов - кандидат технических наук 
и Е. В. Хрунов. 
Название открытия 
Явление вертикально-лучевой структуры дневного 
излучения верхней атмосферы Земли. 
Приоритет открытия 
19 мая 1971 года 
Формула открытия 
Установлено ранее неизвестное явление вертикально-
лучевой структуры (горизонтальной неоднородности) 
дневного излучения Земли в переходной области от 
ночного эмиссионного слоя до зоны цветного сумереч-
ного ореола».

К слову сказать, после полета в космос Е. Хрунов особо «пристрастился» именно к этой работе. Наблюдения и эксперименты, проделанные им на орбите, легли в основу его диссертации.

Наблюдения, проведенные космонавтами на борту космических кораблей «Союз-3», «Союз-5» и «Союз-9», позволили открыть новые свойства верхних слоев атмосферы. Когда космический корабль находится в тени Земли, при благоприятных условиях (если нет ураганов и циклонов) отчетливо видна черная линия края планеты, а над ней на высоте 80-100 километров однородный светящийся слой - венец пепельно-серого цвета с розовым оттенком. Слегка размытая граница этого слоя хорошо выделяется на черном фоне космоса.

Линия терминатора, которая делит видимую поверхность Земли на дневную и ночную - сумеречная область, - многообразием цветов напоминает радугу. Особенно интересное явление можно увидеть в переходной области между зонами цветного сумеречного ореола и ночного венца. Здесь появляется сильное свечение в виде желто-серых столбиков, идущих от нижней светлой полосы у горизонта, которая вдвое больше, чем высота венца. Сам венец как бы «разлохмачивается», и появляется впечатление, что с Земли направлены вверх мощные лучи прожекторов.

По мере того как Солнце поднимается над горизонтом, в определенный момент можно наблюдать зону цветного свечения в виде «усов». Они видны, правда, не более двух минут. В районе терминатора красочный ореол как бы отрывается от поверхности Земли и по касательной уходит в черное небо.

Открытие, о котором идет речь, стало итогом почти пятилетнего серьезного научного труда: наблюдений, экспериментов, анализа полученных данных. Красота космических зорь обернулась новым знанием. Насколько же оно важно? Нужно ли так тщательно исследовать результаты наблюдений космонавтов, хотя бы и весьма впечатляющие с эстетической точки зрения?

Во-первых, открытие ночного светящегося слоя в верхних слоях атмосферы Земли поможет космонавтам в самостоятельной навигации и ориентации пилотируемых кораблей на околоземных орбитах.

Во-вторых, светящиеся столбики в переходной зоне свидетельствуют о неоднородности слоев атмосферы в горизонтальном направлении. А это очень важный вывод принципиального характера. Он позволяет найти способ оценки состояния атмосферы, изменений ее состава, загрязненности, наконец, контроля идущих при этом процессов.

Наблюдение из космоса за атмосферой, ее оптическими свойствами превращается сегодня в часть работы по сохранению окружающей нас среды.