Константин Циолковски
Мечти за Земята и небето (5)

V
Може ли да се получи на Земята среда с тежест, различна от земната?

24. Увеличаване на тежестта във въртяща се чаша. Увеличаването на относителната тежест в среда с определен обем е нещо изключително лесно.

Представете си грамадна кръгла чаша, широка 10 сажена. Нека тя се върти като глинена паница, когато грънчарят й придава правилна форма. Да влезем в тази чаша и да вземем със себе си десетфунтова тежест и пружинни везни.

Когато стоим на самото й дъно, в центъра на въртенето, везните показват 10; но достатъчно е само да се отдалечим от средата и везните ще се окажат неверни; колкото повече се отдалечаваме от вертикалната ос на въртене, толкова по-неверни ще бъдат те; с отдалечаването ни те последователно ще посочат 10 1/2, 11, 12, 13, 14, … фунта; в същото време и ние се чувствуваме някак неловко усещаме тежест; сякаш краката, ръцете и главите ни са налени с олово; сърцата ни бият по-силно. Докато чашата се върти равномерно, това явление остава неизменно.

Ако чашата е направена във вид на ротационен параболоид и се върти с достатъчна, но не прекалено голяма скорост, ние свободно ходим по всички нейни стени, като внимаваме да сме перпендикулярни спрямо тях, както постъпва човекът, когато ходи по земното кълбо.

По краищата й сме почти на една страна, т.е. в легнало положение, но съвсем не лежим, а стоим спрямо мястото, където се намираме; но нека признаем, че ни е трудно да стоим, защото тежестта е голяма — каквато е на Юпитер.

Ако чашата беше затворена от всички страни и се въртеше плавно (както например се върти Земята), не бихме забелязали въртенето й, а само бихме почувствували увеличаване на теглото.

Водата, налята в нашия въртящ се съд, се разпределя по кривата повърхност паралелно на вътрешната повърхност на съда.^[1] Земните морета и океани се ограничават от изпъкналата повърхност, а нашите — от вдлъбнатата.

Явленията в чашата малко се усложняват, когато движенията на наблюдателя са бързи. Но ако движенията са бавни или обикновени, а чашата е огромна, създадената изкуствена тежест по нищо не би се различавала от тежестта на Слънцето или на Юпитер: по същия начин биха падали телата, по същия начин би се люлеело махалото и би вървял часовникът, по същия начин би се разпределяла течността, същите биха били законите на Паскал и Архимед и пр. и пр. Ние наблюдавахме буквално същото, което става на много милиони версти от нас на други планети с голяма тежест. Тази изкуствена тежест би оказала и на организмите абсолютно същото влияние, каквото и истинската, естествената. Така например се знае, че главното стебло на повечето растения пониква и расте по направление на тежестта; ако покрием със слой плодородна почва вътрешността на нашата чаша и засеем семена на житни растения, цветя и дървета, всичко би поникнало по цялата повърхност на чашата в различни посоки, но навсякъде по направление на относителната тежест, т.е. перпендикулярно към стените на чашата.

Такива опити са вече правени и потвърждават казаното; при това съдът с почвата и поникналите семена би трябвало да се върти с помощта на малка водна мелница.

Аз правих опити с насекоми, при това теглото им според изчисленията ми се увеличаваше около 300 пъти. По такъв начин те ставаха 15 пъти по-тежки, отколкото ако бяха златни със същия обем; именно така увеличих теглото на червеникавата хлебарка, но тя не искаше и да знае. Следователно и с хлебарка, и с друго дребно насекомо нищо не би се случило, ако бъдат пренесени на Слънцето, като си го представяме, разбира се, студено и с подходяща атмосфера. Интересно би било да се знае какво увеличаване на тежестта не се отразява вредно на другите по-едри същества и особено на хората. Тези опити съвсем не са трудни. Аз увеличих тежестта на едно пиленце няколко пъти (не помня точно колко, струва ми се пет пъти), но това не го уби.

Тук тежестта се получава в резултат на два фактора: на земното привличане и на движението, но може и само чрез движение да се получи най-чиста математически тъждествена среда на относителната тежест, която по нищо и при никакви условия няма да се различава от естествената тежест.

Затова на средата, в която желаем да получим изкуствена тежест, трябва да се придаде равноускорително и праволинейно движение. Ясно е, че на практика такова движение може да продължава само няколко секунди или много минути.

Ако телата падат ускорително на почвата, това е признак на тежест; ако ли пък, напротив, телата са неподвижни, а се движи към тях равноускорително почвата, налице е явлението привидна тежест, което впрочем решително по нищо не се различава от естествената тежест.

Знае се, че тежинките на Атвудовата машина се движат равноускорително. Ако ние сами се смалим до размерите на мушица и се настаним на тези тежинки, ще почувствуваме по време на движението им или увеличаване, или намаляване на тежестта си в зависимост от това, дали се движат нагоре или надолу. Колкото едната тежинка е по-тежка от другата, толкова по-близка е привидната тежест на първата до нула, а на втората тя почти се удвоява.

25. Примери на привидно изменение и дори на пълно унищожаване на силата на тежестта в дадена среда. Когато се спускате от добре заледено и доста стръмно възвишение с шейна или кънки, както посоката, така и интензивността на силата на тежестта (спрямо кънките или шейната) се нарушават. Тежестта намалява, а посоката й е перпендикулярна спрямо повърхността на възвишението. Колкото е по-стръмно възвишението, толкова повече намалява относителната тежест и толкова повече тялото на пързалящия се се отклонява от вертикалата и, обратно, колкото възвишението е по-полегато, толкова по-малко се изменя тежестта.

Когато се возите на количка по релси, добре изпънати от една кула до друга, става същото, но с известно по-голямо разнообразие — и с увеличаването, и с намаляването, и с абсолютното унищожаване на тежестта (спрямо количката и предметите, намиращи се в нея).

Всичко това, разбира се, продължава само няколко секунди и пътниците, като не са в състояние да си обяснят ставащите явления, само изпитват трепет и чувство на замиране, тъй приятни за любителите на силни усещания.

Навсякъде, където съществува неравномерно или равномерно, но криволинейно движение на всички такива тела (и спрямо тях), тежестта изменя своята посока и интензивност. Разните люлки и въртележки представляват места на привидно изменение на тежестта, което се изразява в замиране, виене на свят и др.

Някой някъде предложил да се експлоатират любителите на силни усещания чрез устройство за особено развлечение; струва ми се, че камера с намиращи се в нея „любители“ падала от висока кула направо в резервоар с вода, където малко намалявала скоростта си и след това изплувала на божия свят за общо удоволствие на публиката и „любителите“.

Но какво изпитват пътниците през време на това падане и на стремителното потопяване във водата?

Като приемаме, че камерата пада от височина 300 метра, т.е. от Айфеловата кула, ще намерим, че в продължение на почти 8 секунди — преди падането във водата, пътниците ще се намират в среда с привидна липса на тежест. Това е така, защото тежестта на Земята в еднаква степен отнася както камерата, така и телата, намиращи се в нея, поради което относителното положение на тези тела помежду им и спрямо камерата не се нарушава от привличането.

Как например може да падне камък на дъното на камерата, ако тя самата пада с такава скорост, с каквато пада и камъкът?!…

По-нататък по време на потопяването в басейна относителната тежест в камерата може толкова да се увеличи (в зависимост от нейната форма), че „любителите“ от собственото си тегло да се сплескат като смачкани с крак дървеници.

Бих предложил друг начин, който при същата височина на кулата дава два пъти повече време за наблюдаване на свободното от тежест пространство и при който следващото увеличаване на тежестта става доста равномерно и напълно зависи от нас. Този начин при известни условия е съвсем безопасен.

Това са релси с форма на обърнат нагоре с краката магнит или подкова; количката обхваща релсите от двете страни и не може да отскочи от тях. Като пада от единия крак, тя прави долу полукръг и се издига на другия, където автоматично се задържа, когато загуби цялата си скорост.

При движението на полукръга (до кривата) относителната тежест изчезва; след това на кривата тя отново възниква в по-голяма или по-малка степен в зависимост от радиуса на полукръга, но е приблизително постоянна. При повдигане на права или отвесна релса тя пак изчезва; изчезва и при обратно падане, ако не бъде задържана на височина. По такъв начин времето за наблюдаване на привидната липса на тежест се удвоява. Ако пренебрегнем триенето на количката о релсите и съпротивлението на въздуха, тя би трябвало да се търкаля (назад и напред) вечно като махало. Тогава седящите в нея наблюдатели биха изпитвали ту липса на тежест, ту увеличаването й.

Ето резултатите от изчисленията, при които отхвърлихме усложняващите условия — триенето о релсите и съпротивлението на въздуха; при малки скорости и височини те не оказват голямо влияние.

Данни: Айфеловата кула — 300 метра; радиус на кривината — 15 метра; изводи: най-продължително време в свободно от тежест пространство — 15 секунди; увеличаване на тежестта при движение по дъгата — 40 (човек 4 пуда би тежал 160 пуда, или би бил два пъти по-тежък от злато с обем на човек); време за наблюдаване — малко повече от една секунда.

При увеличаване радиуса на дъгата четири пъти нормалната тежест се увеличава само 10 пъти (човекът става 40 пуда) и ще продължава 4 1/2 секунди.

Ако използуваме четири пъти по-ниско падане, времето за наблюдаване на привидната липса на тежест ще се намали само два пъти (8 секунди), затова пък тежестта при същата дъга (15 метра) ще се намали 4 пъти и човек 4 пуда ще тежи 40 пуда, а при радиус 30 метра — 20 пуда; такава тежест вероятно човек би издържал без всякаква вреда в легнало положение или във вода (до шия).

При още по-ниско падане безопасността ще се увеличава, но времето за наблюдаване на интересните явления ще бъде извънредно кратко.

Когато човек се спуска по заледено възвишение и в подножието му бързо изменя посоката на движението си, относителната му тежест, макар и за кратко време, се увеличава 10–20 пъти и повече в зависимост от обстоятелствата. И, както е известно, човек не страда от това.

Има условия, при които и грамадното увеличаване на тежестта може да се окаже абсолютно безвредно за човека, например, ако бъде сложен във вода. Много интересно би било да се направят такива опити във въртяща се чаша (очерк 24).

25₁. Може ли човешкият организъм да понесе липсата на тежест? Средство за предпазване на организма от проявите на ужасната сила на тежестта. Нещо подобно на липсата на тежест може да се изпита и продължително време на Земята.

Да си представим голям, добре осветен резервоар с прозрачна вода. Човек, средната плътност на когото е равна на плътността на водата, потопен в нея, губи тежестта си, действието на която се уравновесява от обратното действие на водата. Ако сложи специални очила, той може да вижда във водата така добре, както и във въздуха (при условие, че слоят вода е малък и чист). Може да се приспособи и апарат за свободно дишане. И все пак илюзията съвсем няма да бъде пълна. Наистина човекът ще се намира в равновесие навсякъде в течността; би могло също с известно прикрепване да се постигне и произволна устойчива посока на тялото му, но съпротивлението на водата е толкова огромно, че придаденото на тялото движение почти моментално се губи, освен ако е съвсем бавно, но тогава то и за очите остава незабележимо. Тъй като това положение във водата е съвсем безвредно, можем да считаме, че липсата на тежест произволно дълго време ще се понася от човека без лоши последици за него. В същност липсата на тежест унищожава теглото на кръвния стълб и затова засилва налягането на кръвта в мозъка; но това става и при потопяването на тялото във водата; почти същото става и при легнало положение; и тъй организмът на човека не изпитва нищо особено при унищожаването на тежестта.

И най-крехките тела, сложени в течност с плътност, равна на тяхната плътност, издържат, без да се разпаднат, най-силните удари със съда или по съда, стига само той да е цял.^[2] При тези удари относителната тежест в съда, макар и за кратко време, се увеличава няколкостотин или хиляди пъти. Знае се, че всичко слабо и нежно устроено — зародиша, мозъка, природата или слага в течност, или го заобикаля с нея. Не бихме ли могли и ние да използуваме това средство за различни цели?!

26. Привидното и продължителното унищожаване на земната тежест е практически невъзможно. Ще предложим още примери на привидно образуване на среда без тежест, но за продължително време.

Въображаем спътник на Земята, нещо като Луната, произволно близък до нашата планета, но извън пределите на атмосферата й (значи на около 300 версти от земната повърхност), ще представлява при много малка маса пример на среда, свободна от тежест.

Защо спътникът е непосредствено до Земята, а телата, намиращи се на него или около него, не изпитват, както изглежда, действието на тежестта, вече беше обяснено в очерк 16.

„Лакътят ти е близко, но не можеш да го ухапеш.“ И наистина въпреки относителната близост на такъв спътник как може да се проникне в него отвъд пределите на атмосферата, дори ако той съществуваше, или как може да се придаде на земното тяло скорост, необходима за създаване на центробежната сила, унищожаваща тежестта на Земята, когато тази скорост трябва да стига до 8 версти в секунда?

Ако бихме могли да построим влак, който да се движи по земния екватор със скорост 8 версти в секунда, тежестта във вагоните на този влак би се унищожила от центробежната сила; но за съжаление въздухът в никой случай не ще ни позволи да се движим с такава скорост.

Ако бихме могли да построим около Земята площадка, излизаща отвъд пределите на атмосферата, то в абсолютно празно пространство тази скорост би била по-достижима, затова пък самата площадка, висока 300 версти, практически е безсмислица.

Ако Земята постепенно увеличаваше скоростта на въртенето си, отначало би се разтегнала по екватора като пита, а след това би се разкъсала и при благоприятни условия би се превърнала в нещо, подобно на Сатурн е неговата система от пръстени; на тези пръстени почти не би имало тежест.

Но това е още по-малко вероятно, отколкото бързите влакове.

Какво ни остава? Нима трябва да се строят високи кули или да се пускат снаряди, подобни на тези, които „пуска“ Жул Верн?

С изкачването на кулата тежестта постепенно намалява; а ако тя е построена на екватора на планетата и затова заедно с нея се върти бързо, привличането ще намалява не само поради отдалечаване от центъра на планетата, но и поради увеличаващата се пропорционално на това отдалечаване центробежна сила. Привличането намалява, както светлината на лампа, сложена в центъра на Земята, при отдалечаване от нея, а центробежната сила, която действува в обратна посока, се увеличава. В края на краищата тежестта се унищожава на Земята на върха на кула, висока 5 1/2 земни радиуса (на 34 хиляди версти от земната повърхност; Луната е около 11 пъти по-далеч).

При изкачването на такава кула тежестта постепенно намалява, като не изменя посоката си; на разстояние 34 хиляди версти съвсем се унищожава, а след това пак се появява със сила, пропорционална на отдалечаването от критичната точка, но посоката й е обратна, тъй като човекът е обърнат с глава към Земята, която вижда над себе си.

Съобщавам и още няколко изчисления от този род относно планетите, които най-много се различават.

1. На Меркурий и приблизително на Марс критичната точка отстои на 6 планетни радиуса, или на 3 земни радиуса.

2. На Венера — почти както на Земята.

3. На Луната тя отстои на 50 лунни радиуса, или на 13 земни радиуса.

4. На Юпитер — на 1 1/4 негови радиуса (изчислено от повърхността на планетата, както при всички изчисления), или на 14 земни радиуса. Новият спътник на Юпитер е само на 1/4 планетен радиус по-далеч.

5. На Сатурн — на 4/5 от неговия радиус, или на 6 земни радиуса. На това разстояние, или по-точно малко по-близо до планетата, започва пръстенът на Сатурн.

6. На Слънцето привличането се унищожава от центробежната сила на разстояние 26 слънчеви радиуса, или 2800 земни радиуса. Такава висока кула представлява около 1/8 от разстоянието Земя — Слънце.

Излишно е да се говори колко са възможни тези кули на планетите; и все пак дори в планетната система — тази песъчинка в пространството на безкрайното множество от други такива системи, ние виждаме нещо подобно, когато наблюдаваме пръстените на Сатурн през телескоп!…

Ако се изстреля с оръдие снаряд-камера с хора, въздух и хранителни припаси, за колко време ще стигне всичко това! Освен това, ако оръдието е дълго няколко версти, по време на движението в цевта на снаряда ще се образува толкова огромна относителна тежест, че човекът още преди излитането от оръдието ще се сплеска от собственото си тегло, превишаващо обикновеното му тегло хиляди пъти.

Затова пък след излизането му от тъмната цев (да допуснем, че пътешественикът по някакво чудо се е запазил) неговата тежест моментално ще изчезне и той ще се окаже на близко разстояние от Земята, но явно извън влиянието й; при това дали ще е голяма или малка скоростта на снаряда, е без значение (т.е. тежестта все едно се унищожава), но тя трябва да бъде голяма, за да не се спре снарядът и да не пльосне обратно на Земята като хвърлена отгоре топка. За да може снарядът да се отдалечи от Земята завинаги и да стане спътник на Слънцето, е нужна скорост 11 версти в секунда; за да се отдалечи завинаги от Слънцето, като стане мимолетна комета, необходима е бързина, не по-малка от 27–30 версти в секунда (при изхвърляне на снаряда по посока на годишното движение на Земята).

Аз имах пред вид оръдия с дължина, не по-голяма от няколко версти, но ако дължината им бъде увеличена няколкостотин пъти при хоризонтално положение, това начинание не би било толкова безнадеждно, тъй като относителната тежест в снаряда не би се увеличила много и при благоприятни условия (ако е потопен в течност) човек лесно би издържал.