Произведены неполные измерения ультрафиолетовых и рентгеновских лучей Солнца, определены некоторые типы заряженных частиц и их индивидуальная концентрация в зависимости от высоты ионосферы. Сделаны первые попытки изучения космических лучей. Но все это только робкие шаги на пути к широкому фронту научно-исследовательских работ, дорогу к которым открывают первые искусственные спутники Земли.
Искусственные спутники Земли могут быть также использованы и для дальнейшей экспериментальной проверки общей теории относительности, созданной в период 1905–1917 гг. известным ученым Альбертом Эйнштейном.
Экспериментальная проверка теории относительности[9]. Теорией относительности называется современная физическая теория пространства и времени. Эта теория правильно отображает процессы, протекающие со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Она составляет физический фундамент для ряда новых областей техники, является основой современной теории элементарных частиц и распространяет свои выводы в самые различные области физических наук — от расчета ускорителей атомных частиц до проблем космологии[10]. По этому совершенно очевидна необходимость более точной опытной проверки этой теории. Однако опытная ее проверка весьма затруднительна, так как в пределах нашей солнечной системы и при небольших скоростях, получаемых человеком, эффекты этой теории весьма невелики. Наиболее заметными явлениями, следующими из теории относительности, являются: смещение перигелия планет, отклонение световых лучей Солнцем и эффект гравитационного смещения частоты. Поясним все эти явления.
Смещение перигелия планет заключается в том, что с течением времени плоскость орбиты планеты поворачивается на какой-то угол в определенном направлении (рис. 3).
У Меркурия, имеющего наибольшее смещение перигелия среди всех планет солнечной системы, этот угол равен примерно 40'' в столетие.
Эффекты отклонения световых лучей Солнцем и гравитационного смещения частоты объясняются тем, что энергия любой формы связана с массой. Поэтому световые лучи, проходя мимо Солнца или иного тела, должны отклониться, так как свет обладает массой. Во время солнечных затмений обнаружили, что Солнце отклоняет идущие около него лучи примерно на 2''.
Так как свет, распространяющийся от Солнца, обладает какой-то массой, то он должен преодолеть силу притяжения Солнца, а следовательно, затратить на это какую-то энергию. Согласно теории относительности эта затрата энергии связана с уменьшением частоты электромагнитных колебаний света. На Земле эффект гравитационного смещения частоты света составляет примерно 0,0002%. Все приведенные выше величины вследствие их малости очень трудно измерить.
Использование искусственных спутников Земли открывает новые пути проверки теории относительности. Поворот перигеев (в случае использования спутников Земли перигелий называют перигеем) искусственных спутников может в 30 раз превосходить поворот у Меркурия. Год наблюдений за спутником может оказаться эквивалентным столетию наблюдений за Меркурием. Кроме того, использование радиометодов, очевидно, позволит повысить точность измерений.
Откроется также возможность обнаружить еще один эффект теории относительности, который невозможно заметить в солнечной системе. Этот эффект состоит в дополнительном смещении перигея спутника, обусловленном вращением Земли.
Можно наблюдать также эффект гравитационного смещения частоты, поставив на спутнике передатчик со строго стабильной известной частотой и измеряя частоту сигнала, принимаемого на Земле. Наконец, с искусственного спутника, движущегося за пределами атмосферы, можно измерить яркость метагалактики, т. е. совокупности звездных систем (галактик), лежащих за пределами нашей Галактики. Это имеет важное значение для космологии. Так как космология базируется на общей теории относительности, то определение яркости метагалактики оказывается связанным с проблемами этой теории.
Применение трех ИСЗ для всемирного телевизионного вещания. Использование искусственных спутников для целей всемирного телевизионного вещания — весьма заманчивая идея. Практическое ее решение может быть осуществлено в ближайшие 7–10 лет после запуска стационарных ИСЗ на экваториальную орбиту, удаленную на 35 800 км от Земли.
10
Космология — учение о бесконечной Вселенной как о связанном едином целом и о всей охваченной наблюдениями области мира как о части Вселенной; является неотъемлемой частью астрономии, тесно связанной с физикой.