центра масс под действием взаимного тяготения. Периоды
обращения двойных звезд, различимых в телескопы как две
светящиеся звезды, составляют тысячи лет. Самый короткий из них
около года. Имеются двойные звезды, расположенные так близко
друг от друга, что при наблюдении в телескопы они сливаются в
одну светящуюся точку. Периоды таких спектрально-двойных звезд
более короткие -- от 2 часов до 15 лет. Скорости движения
двойных звезд по их орбитам достигают десятков км/сек.
Рассмотрим прохождение света от двойных звезд, движущихся по
круговой орбите (рис. 74-а) вокруг центра. Расстояние от центра
орбиты до наблюдателя равно L. Полагаем, что радиус орбиты
намного меньше этого расстояния, благодаря чему лучи света
можно принять параллельными (все эти допущения ни в коей мере
не снижают общности задачи, но упрощают ее решение). Плоскость
орбиты совпадает с лучом зрения.
Составляющие скорости света от звезд S1 и S2 в сторону
приемника 1 соответственно C1 и С2 определяются суммой
скоростей света относительно излучателей и составляющими
скоростей движения звезд по орбитам. Зная расстояния звезд S1 и
S2 относительно приемника и скорости распространения света C1 и
C2, можно определить время прихода лучей t1 и t2. Наблюдатель,
находящийся на расстоянии L от пары звезд, будет видеть
движение звезд не по круговой орбите, а по орбите эллиптической
формы. На рис. 74-б показана эволюция видимой формы орбиты по
мере удаления наблюдателя на расстояния L1, L2, ... Ln от
звезд. Видимые орбиты постепенно вытягиваются, а эксцентриситет
их увеличивается. Если принять за единицу времени период
обращения Т звезд по орбите и изобразить формы наблюдаемых
орбит через единичные интервалы времени, то смещение к 11
относительно 1 будет равно VT, точек 21 относительно 2 -- равно
2 VT, а точек n1 относительно n -- nVT. Из рисунка видно, что
при удалении более некоторого критического расстояния Lкр.
орбиты начинают накладываться друг на друга (заштрихованные
области на рисунке). Это означает, что наблюдатель будет видеть
двойные звезды одновременно в различных местах, причем
"звездные привидения" будут появляться и исчезать в согласии с
их периодическим движением.
Автор. Возможно ли такое удивительное явление в природе?
Ведь, по мнению Эйнштейна и его последователей, никаких следов
таких явлений не было обнаружено, что дало им основание
исключить из рассмотрения альтернативные объяснения загадочного
феномена.
Профессор. Однако именно в этом и состоит их ошибка. В
звездном мире имеются многочисленные примеры двойных звезд, у
которых наблюдаются как раз такие удивительные физические
явления. Особенно это относится к двойным закритическим
звездам, расстояние которых до наблюдателя превосходит
критические (LКР.), и видимые орбиты накладываются друг на
друга (если расстояние менее LКР., ТО Такие звезды называются
докритическими. Период закритических спектрально-двойных звезд
невелик -- от 2 часов до 15 лет, а вследствие большого
расстояния до Земли они сливаются в одну светящуюся точку,
которая периодически меняет свой блеск и спектральный состав. В
качестве примера таких "дьявольских" звезд уместно привести и
уже упомянутый Алголь -- звезду b Персея с периодом 68 часов 49
минут (из них 59 часов блеск звезды сохраняется на одном
уровне, затем он в течение 5 часов уменьшается на 2/3), и
звезду b Лиры, которая периодически изменяет свой блеск от 3,4
до 4,4 звездной величины за период около 13 суток.
Автор. Существует еще один удивительный тип переменных
звезд. Это -- цефеиды, или пульсирующие звезды-гиганты.
Профессор. На таких звездах бывают неоднородные по
яркости, температуре и химическому составу участки поверхности,
напоминающие пятна на Солнце. При вращении такой звезды
движение участков поверхности будет происходить по различным
орбитам, причем половину периода они будут находиться на
невидимой стороне. Поскольку период обращения цефеид невелик
(от 1,5 часа до 45 суток), а периферическая скорость
значительная (до 100 км/сек), то создаются благоприятные
условия для возникновения явлений, аналогичных двойным
закритическим звездам с учетом обязательных затмений.
Суммирование световых потоков от неоднородных участков,
происходящее за счет перекрытия кажущихся орбит, значительно
усиливает эффект пульсации блеска и температуры звезды. Если
звезда прецессирует, то интенсивность пульсаций блеска и
температуры может происходить с некоторым изменением
периодичности. Одновременно может изменяться и спектр звезды.
Примером подобных звездных объектов могут как раз и служить
физически переменные звезды.
Автор. Можно ли обнаружить с помощью телескопа или
каких-либо приборов искажения орбит звезд, возникающие
вследствие переменной скорости света?
Профессор. Так как расстояния до далеких звезд
определяются со значительными ошибками (до 20% от расстояния),
а искажение орбиты происходит только в направлении луча зрения,
то заметить искажение весьма сложно. Зато при наблюдении планет
Солнечной системы искажения орбит становятся заметными. Более
того, неучет таких искажений может привести к серьезным
негативным последствиям. Так, ошибки, допущенные при
радиолокационном измерении расстояний до Луны, Венеры, Марса,
привели к неудачным запускам космических автоматических
аппаратов, в разное время направляемых к этим планетам.
Автор. Думается, читателям небезынтересно более подробно
познакомиться с этими поучительными фактами.
Профессор. Напомню, что измерение расстояния и скорости
относительного движения между Землей и Венерой осуществлялось
путем посылки мощных радиолокационных сигналов в сторону Венеры
наземными станциями, при этом определялось время прихода на
Землю отраженных сигналов от венерианской поверхности. Учитывая
характер орбитального движения этих планет, локацию начинали в
период, когда расстояние до Венеры достигало около r1=80 млн.
км (положение планет 1--1 на рис. 75), затем оно сокращалось до
r2=40 млн. км (положение 2--2 противостояния планет) и потом
опять увеличивалось до r3. Длительность всего процесса
измерений достигала трех месяцев.
На первом участке движения от 1--1 до 2--2 Земля и Венера
сближаются, а на втором участке, от 2--2 до 3--3, удаляются
друг от друга. Следовательно, результирующая скорость С1
прохождения радиосигналов от Земли до Венеры и обратно на
первом участке больше, чем С, а на втором -- меньше, и это
должно отразиться на продолжительности интервала времени от
момента посылки сигналов до их приема. Поскольку эти
особенности распространения радиосигналов не учитывались и
скорость их распространения принималась постоянной и равной
скорости света, расчетные данные не совпали с фактическими: на
первом участке расчетные расстояния ri* оказались короче
(ri*ri..
Чтобы подогнать расчетно-экспериментальные данные к
истинным, исследователи приняли "оригинальное" решение --
условно переместить Венеру вперед по орбите примерно на 700 км
(положения Венеры 11, 21, 31 на рисунке). Только в этом случае
оказалось возможным "свести концы с концами" и якобы
подтвердить справедливость специальной теории относительности.
Однако если отбросить какие-либо подгонки и учесть
действительные скорости распространения радиосигналов между
планетами, то проведенный эксперимент является убедительным
подтверждением справедливости классического закона сложения
скоростей для световых излучений и радиоизлучений. Нельзя
пренебрегать законами распространения сигналов в относительном
движении, поскольку это может оказаться особенно опасным,
например, при навигации в условиях космического полета.
Автор. У нас радиолокационные измерения расстояний до
Венеры проводились в 1962--1975 годах. Нет ли других данных,
свидетельствующих о трудностях, к которым приводят
релятивистские расчеты, и ошибках навигации в современной
космонавтике?
Прфессор. События, связанные с полетами космических
летательных аппаратов "Фобос-I" и "Фобос-II" к Марсу, и их
загадочное исчезновение, навигационные просчеты при запусках
других летательных аппаратов имеют прямое отношение к проблеме
распространения электромагнитных сигналов. Наиболее
показательны в данном плане неудачи с "Фобосами". Напомню, что
эти аппараты, оснащенные новейшей исследовательской и
навигационной аппаратурой, после длительного полета достигли
окрестностей Марса. Предполагалось, что "Фобос-I" будет
проводить изучение поверхности планеты Марс, а "Фобос-II"
осуществит посадку на спутник Марса Фобос. Связь с "Фобосом-I"
прекратилась внезапно, в это время второй аппарат, "Фобос-II",
продолжал процесс сближения с марсианским спутником. Однако,
несмотря на принятые меры предосторожности в процессе дальнего
наведения аппарата по радиосигналам с Земли, и "Фобос-II" также
прекратил взаимодействие с наземными станциями. В итоге
космическая эпопея завершилась безрезультатно. Конечно, у
подобной неудачи может быть много случайных причин. Однако есть
одна возможная причина, носящая не случайный, а систематический
характер. Если навигацию осуществлять, опираясь на постулат
постоянства скорости света (радиосигналов), то в этом случае
неизбежны роковые ошибки наведения, которые могут служить
причиной провала всей операции.
Автор. Можно ли оценить масштабы подобных ошибок?
Профессор. К сожалению, в печати не приводятся сведения о
навигационной космической обстановке и методике проведения
локационных измерений. Поэтому оценку подобной ситуации можно
дать, исходя из общих положений небесной механики. Как
известно, "Фобосы" успешно преодолели весь путь от Земли до
Марса. Радиолокационный сигнал, который посылался с наземной
радиостанции на летательный аппарат, принимался его бортовой
станцией, а затем переизлучался и возвращался обратно на Землю,
преодолевая расстояние туда и обратно за время более 10 минут.
Навигация осложняется тем, что планеты -- Земля и Марс --
движутся по своим орбитам с разными скоростями (Земля -- со
скоростью 29,76 км/сек, а Марс -- 24,11 км/сек), а естественный
марсианский спутник Фобос летает вокруг Красной планеты со
скоростью около 3 км/сек и периодом обращения 7,68 часа.
Интересно отметить, что Фобос вращается вокруг Марса в 3,2 раза
быстрее, чем Марс вращается вокруг своей оси, -- это
единственный случай в Солнечной системе.
Если при навигационных расчетах скорость света
(радиосигналов) принималась постоянной в относительном движении
небесных тел, то погрешности локационных измерений достигают
следующих величии. Вследствие неучета скорости Марса
относительно Земли, равной 5,65 км/сек, и длительности
прохождения прямого и обратного радиосигналов около 10 минут
погрешность в определении расстояния до Марса может достигать
до 1000--2500 км. Такая ошибка в определении расстояния от
поверхности Марса до летательного аппарата "Фобос-I" уже могла
служить причиной его гибели. Для навигации же "Фобоса-II"
особую коварность представляет орбитальная скорость спутника
Марса -- Фобоса. В течение половины периода обращения, когда
спутник не закрыт от наблюдателя Марсом, он совершает движение
навстречу Земле, а затем удаляется со скоростью 3 км/сек.
