Каждая теория проходит четыре стадии, прежде чем быть принятой: 1) это бесполезная чепуха; 2) это интересно, но неправильно; 3) это верно, но совершенно не важно; 4) да я всегда так говорил. «Физика невозможного», Митио Каку
Осторожно! Читать «за чайком вечерком» не удастся ввиду необходимости хорошенько думать. Приправлено попытками в юмор. Хотела написать в заголовке «для чайников», но надо вроде как соблюдать приличия… При написании этой статьи возникла крупная проблема: я, автор, имела некоторое представление о предмете разговора, но при обсуждении с людьми в фандоме столкнулась с тем, что люди могут совсем не понимать, о чем вообще идет речь. В связи с этим статью пришлось бить на несколько частей и учесть все возникшие и часто задаваемые вопросы. Эта статья — первые две части, — адаптированы для среднестатистического обывателя, который немножко изучал физику в школе, а потом все забыл. В третьей части будут узкопрофильные расчеты, которые опираются на теорию из первой части, которую я попытаюсь разжевать доступнейшим языком. Специально для вашего удобства, чтобы не сломали глаза на диффурах и интегралах. Вообще, можно было обойтись и без них: построить приблизительную математическую модель (и знания из школы вполне себе справляются с этим!), но мне совесть не позволяет выкладывать неточные расчеты. А большая пауза возникла из-за того, что некоторые данные для расчетов не находятся из-за их кошмарной узкопрофильности или же подобные расчеты вообще не проводились, поэтому приходится делать все самостоятельно. Задачка-то очень интересная. И с юмором, потому что эмоциональные впечатления повышают усваивание и понимание учебного материала. Мне физически больно, очень больно от того, что я слышу в фандоме. На самом деле Сунао Ёсида — гений. Поэтому я попробую донести его гениальные задумки до аудитории и объяснить, в чем, собственно, состоит гениальность. Сами крусники и события на Марсе не рассматриваются. Здесь рассматривается только то, что из себя представляет вторая луна и само падение Каина. На самом деле все происходящее возможно, и физика названа беспощадной не потому, что она против написанного автором, а потому, что при детальном рассмотрении всего произошедшего с Каином с точки зрения физики становится страшно. Поэтому морально готовьтесь к расчлененке ближе к концу. Хотя, да, действительно, физика все-таки категорически против того, что творится в фандоме усилиями фанатов. А сейчас давайте вспомним школьные учебники физики. Поднимите руки, кто, как и я, учились по Перышкину и Гуревичу (у меня это было больше десяти лет назад). Может, помните эти учебники визуально: первый синенький был для 7, 8, 9 классов, а второй серо-синий для 7-ого, серый для 8-ого и зеленый для 9-ого. А задачник Лукашика помните? Синий, в мягкой обложке, сразу на 7-9 классы. И бело-синий задачник Перышкина, для 7-9 классов. В 10-11 классе было повторение пройденного в 7-9 классах, но подробнее. Учебники очень красивые, черного цвета, с фотоколлажом, авторы Мякишев, Буховцев, Сотский. И бело-синий в клеточку задачник Рымкевича. Все задачи, которые будут посвящены падению Каина, решаются в среднеобразовательной школе (задачники Перышкина и Лукашика): если эти задачники под рукой, то можете открыть и посмотреть. Или погуглить и почитать. Я четко помню спустя почти пятнадцать лет, что эти задачи в школе мы решали. Уж базовое представление, по идее, люди должны иметь, но увы... Не спешите ругаться, дорогой читатель: я прекрасно понимаю, что некоторые знания имеют свойство забываться, если их потом не используют. Это совершенно нормально. Вот, к примеру, химию я изучала глубоко, когда поступала на биофак, но спустя лет десять уже мало что помню из органики (а вот неорганику помню лучше). Да даже если брать профильное образование: я не могу выдать сходу какие-нибудь определения терминов из той же физики или математики, да хоть по своей специальности программиста. И четырехэтажные диффуры, которые пришлось составлять для расчетов падения Каина (а в эти диффуры как раз-таки пошли школьные формулы!), я не решала из головы по памяти, а сверялась со справочником. Да собственно, диффуры и интегралы значительно облегчают жизнь вместо того, чтоб пытаться «в лоб» решить нашу модельку изменения пути, скорости и ускорения с течением времени при помощи разбиения пути на короткие участки… Вы ж замучаетесь стопиццот раз эти участки просчитывать по формулам, изучаемым в школе… Зачем изобретать велосипед, когда можно просто собрать все эти школьные формулы в один-единственный диффур, а потом, собственно, продифференцировать полученную функцию или взять интеграл по необходимости? Но соглашусь, рядовой обыватель это вряд ли сделает. Придется ему исписать целую тетрадь, пока высчитает так, как в школе учили. Тоже рабочий вариант, кстати, хоть и немного неточный. Знаний, по идее, должно хватить. Но времени и терпения – вряд ли. Зубрежка «чтоб от зубов отскакивало, когда среди ночи разбудят и спросят» без понимания процесса бессмысленна и является пустой тратой времени и сил. Но когда люди начинают задвигать на полном серьезе то, что я буду описывать ниже — мне хочется плакать от бессилия. Это же базовые, фундаментальные понятия! Как можно этого не знать? Лирика закончена. Переходим к физике 7-ого класса и учим то, что упустили.«Ковчег» aka «вампирская луна»
В мире Trinity Blood, как известно, две луны. Одна наша родная, спутник Земли, а вторая появилась вскоре после Армагеддона. Ее в новеллах описывают как вытянутую и красноватую. Каждую ночь ее видно с южной стороны неба. Вместе с этой луной появилась злобная раса вампиров, согласно версии Ватикана. На самом деле это просто большой космический корабль, который «припарковали» над пиком Рувензори (горный хребет в Африке). Кстати, пик имеет название — гора Стэнли. Давайте начнем разбираться, что творится с Ковчегом. По флешбеку Абеля в «Охоте на ведьму» первое, что приходит на ум, если он стоял в коридоре корабля на своих двоих, то значит… есть какое-никакое воздействие силы тяжести? Давайте подумаем. Что вообще такое невесомость? Обывателям на ум приходят сразу красивые картиночки парящих людей внутри космической станции. Мол, якобы Земля не притягивает их, гравитация там нулевая, вот и «летают». Но на самом деле Земля по-прежнему притягивает их, представьте себе! И гравитация никуда не исчезла. На поверхности Земли ускорение свободного падения равно 9,8 м/с2. На высоте в 100 км оно равно… 9,6 м/с2. На высоте в 400 км (где и находится МКС) оно равно… примерно 8,7 м/с2. Вы, наверное, начинаете недоумевать, почему космонавты «летают» по станции, если ускорение свободного падения, которое сразу жирно намекает на силу тяжести и гравитационные взаимодействия, не исчезает? Люди же летают! Летают! Невесомость! Как же так?! А давайте я еще сломаю вам голову тем, что точно такая же «невесомость» возникает в кабине самолета, который пикирует, и люди точно также летают по кабине. Каково теперь жить? Итак, невесомость. Что с ней не так? Явление «невесомости» возникает в тех случаях, когда сила тяжести, действующая на тело (т.е. притяжение Земли в данном случае), «компенсируется» какой-нибудь другой силой. Говоря строгим языком физики, это значит, что равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю (на практике же выходит, что равнодействующая сил для космонавтов на МКС очень близка к нулю). Объект с массой обладает таким свойством, что притягивает к себе другой объект. Чем больше масса, тем сильнее объект притягивает к себе другие объекты. Чем дальше объект находится от другого объекта, тем слабее его притягивает. Поздравляю, вы познакомились с гравитационными взаимодействиями. Если есть объект с массой, то имеется и гравитация — это закон природы. Более того, добиться полного отсутствие сил тяготения невозможно, разве что выйти куда-нибудь подальше от галактик и найти такую точку, куда не дотянется сила тяготения ближайшей галактики. И то вообще не факт, что найдете этот нуль без знаков после запятой. Почему космонавты все-таки «левитируют»? Потому что они находятся на станции, которая вращается вокруг Земли, и центробежная сила, возникающая от этого вращения, почти полностью «компенсирует» силу тяжести. Простой пример центробежной силы: возьмите кроссовок и начните раскручивать его за шнурок, а потом отпустите. Кроссовок врежется в стенку, потому что его унесло центробежной силой, ведь вы прекратили его держать. А еще посмотрите вот это веселое и грустное видео, потому что оно отлично показывает мощь центробежной силы и незнание людьми физики, особенно, если смотреть вторую часть видео, где показано замедленно: https://www.youtube.com/watch?v=Cl4Zbt8J6n4 Доигрались ребятки на видео… А помните карусельки? Как сиденье, закрепленное цепями, начинает подниматься и отклоняться в сторону? Ага, центробежная сила. На все том же принципе центробежной силы устроены и другие карусельки, например, такой аттракцион, где по краям диска закреплены… что-то вроде стоек, и когда диск раскрутится, люди могут уже не держаться за стойки, потому что их вдавит в спинки. А потом диск начинает вращаться под углом, что еще круче! Ух ты, не падаем! Точно также работает центрифуга, которая разделяет плазму крови и клетки крови: тяжелые клетки отлетают на дно пробирки из-за центробежной силы. С космической станцией ровно то же самое. Ее точно также раскручивает вокруг Земли, и люди с предметами никак не закреплены, поэтому их «уносит» в противоположную от Земли сторону. Но Земля их все-таки притягивает, и еще как притягивает, поэтому люди и предметы не придавлены к стене или потолку отсека этой центробежной силой (как клетки крови на дно пробирки уходят), а просто… парят, если чуток оттолкнутся от кресел. Итак, гравитация и гравитационные взаимодействия никуда не исчезают. Вы не так понимаете слово «невесомость». Примечание: в точках Лагранжа гравитационные взаимодействия таки происходят, и силы тяготения никуда не исчезают, просто все та же равнодействующая сил равна нулю. Потому тело находится в покое между двумя крупными телами за счет равенства гравитационных и центробежных сил. А то понапишут в интернете, что, дескать, эти точки чудесны тем, что в них гравитации нет… Опережая еще один вопрос: нет, Ковчег не находится в одной из точек Лагранжа системы Солнце-Земля, я проверяла. Эти точки очень далеки от реального положения Ковчега: первая и вторая точки находятся на расстоянии, сравнимом с расстоянием от Земли до Луны, а Ковчег практически рядом с Землей находится. Собственно, одна из концепций искусственной гравитации (ох, как же не люблю этот термин, он-то и заставляет думать обывателей, что гравитация внезапно исчезает, а потому ее надо искусственно создавать…) и состоит в том, чтобы создать мощную центробежную силу, которая позволит перемещаться по поверхности. Проблема лишь в том, как и из чего построить огромный тор — бублик с отсеками, где живут люди. Спицы, которые передают вращение «бублику», должны быть невероятно крепкими. Так вот, чтобы станция удержалась на орбите и не рухнула на Землю, она должна вращаться вокруг Земли. А значит, обязательно возникнет центробежная сила, которая будет противодействовать силе тяжести. Если мы хотим создать условия, чтобы мы могли ходить по поверхности, тогда у нас два варианта. Начну с нерабочего варианта. Именно он первым пришел мне в голову, и я имела неосторожность заикнуться в какой-то из предыдущих статей. Теперь жалею. Мне в голову сразу пришла аналогия с МКС. Проверив высоту, я выяснила, что МКС находится на такой высоте, где сила тяжести все еще велика, и при соблюдении некоторых условий можем попытаться воспользоваться ею. При этом высота такова, что разгерметизация приведет к смерти — а это нам и нужно. Однако при проработке данной гипотезы в итоге пришлось от нее отказаться. Дело вот в чем. Если мы находимся относительно невысоко над Землей, где ускорение свободного падения уменьшается до все еще комфортных значений и не приносит проблем жизнедеятельности — не больше, чем в полтора раза, т.е. до 6.5 м/с2, то это будет максимум высота в 1500 км… Так, над Африкой должны попасть в радиационный пояс, нехорошо. Хотя… спойлер: в конечном итоге мы все равно в него попадем, так что защищаться от радиации нужно. Предположительно, наш Ковчег должен обращаться вокруг Земли на такой скорости, чтобы центробежная сила была куда меньше силы тяжести. Тогда придется спуститься ниже границы в 1500 км: все-таки даже небольшая центробежная сила будет уменьшать значение силы тяжести, а нам нужно иметь g не меньше, чем в половину. Следовательно, нам придется держать двигатели включенными, чтобы поддерживать высоту и не падать на Землю, потому что расчеты подтвердили, что мы однозначно будем двигаться с той скоростью, которая не позволит поддерживать круговую орбиту. Собственно, это постоянно происходит с МКС, потому что за счет трения об атмосферу (у Ковчега этого явления все-таки не будет, потому что высота куда больше, чем у МКС) скорость обращения снижается, и периодически надо корректировать высоту с помощью двигателей, потому что Земля «тянет» к себе. После преодоления критической высоты начнется фактическое падение станции, и на орбиту ее не вернешь. Но у нас не вечный двигатель, а Ковчег потом был заброшен с концами, а значит, при таких исходных данных (поддержка двигателями высоты) он давно бы рухнул на Землю. Также малая высота, сравнимая с высотой орбиты МКС, отпадает по причине того, что Ковчег не мелькает как МКС каждые полтора часа, а ведет себя как наша настоящая Луна. Также данная высота впоследствии отпадет и по причине того, что Ковчег видно всем людям, населяющим Европу, от королевства Альбиона (Британские острова) до Карфагена (Тунис), т.е. огромное расстояние по географическим широтам. А потом я запоздало вспомнила про упомянутый мельком в хронологии космический лифт, который требует геостационарную орбиту, и все встало на свои места… Какой же я тормоз, аж самой стыдно… Следовательно, у нас может быть лишь классическая «вертушка» по принципу центрифуги. Проблема лишь в том самом упомянутом космическом лифте, то бишь крепком и легком тросе, который спускается на Землю к горе Стэнли. Значит, трос должен быть закреплен к той части Ковчега, которая не вращается, а это накладывает определенные корректировки в модель Ковчега. По космическому лифту для любопытных: на данный момент подвижек маловато, потому что нет материала с необходимой прочностью, а углеродные трубки длиннее метра (по другим данным — нескольких метров) пока не удается сделать. Но в целом концепция космического лифта не противоречит физике, и была описана еще Циолковским в 1895 году, а повторно над ней задумался Арцутанов где-то в 1960 году. С тех пор эта концепция не претерпела каких-либо существенных изменений: все тот же трос, который тянется на Землю из космоса и по которому движется кабина с грузом, а также противовес на орбите, к которому крепится трос. Невозможности первого класса — это технологии, сегодня невозможные, но не нарушающие известных законов природы. Таким образом, они могут стать возможными уже в этом столетии или, может быть, в следующем в измененной форме. «Физика невозможного», Митио Каку. На что похож Ковчег? Никаких описаний нет. Но судя по тому, что он виден красноватым пятном — нечто вроде астероида. И в аниме его мельком показали таким. В манге тоже самое нарисовано, астероид. Смотрим в хронологию из книги Canon ST: за основу второго Ковчега (потому что первый повредили при политических разборках колонизаторов Марса) взят астероид. Значит, берем астероид округлой формы, строим вокруг него «бублик» с отсеками, опираясь на поверхность астероида, чтобы избавиться от проблемы с поиском прочного материала для реализации «вертушки»: вращение должно передаваться от центра на «бублик» с помощью прочных опор, которые не сломаются. Именно в этом и состоит сложность. Но поскольку у нас есть астероид, то проблема передачи вращения решена. Итак, «бублик» вокруг астероида построили. Далее роем шахты в центр астероида от этого «бублика». Понимаете, да? «Бублик» — это шина велосипедного колеса, а шахты — это спицы колеса. Погуглите иллюстрации космического корабля с концепцией искусственной гравитации: везде фигура, напоминающая колесо. А теперь поместите внутрь этого колеса округлый астероид… Из всей концепции для нашего Ковчега нам нужно только колесо, поэтому мысленно открутите его от всего остального, что нарисовано на иллюстрациях, и выбросьте все оставшееся. Понимаете, наши «спицы» колеса, которые изначально должны передавать вращение согласно концепции искусственной гравитации, будут находиться внутри астероида, но выполняют другую роль, транспортную. Вращаться мы будем иначе... По этим шахтам-коридорам двигается груз между противоположными отсеками «бублика», потому что у нас по угловым размерам второй луны выходит диаметр примерно в 20-30 километров (позже расскажу, как рассчиталось), а ходить в противоположный отсек по дуге «бублика» очень долго, лучше напрямик, по диаметру через центр, т.е. по нашим «спицам» колеса. В той точке, где коридоры-спицы пересекаются, мы должны прорыть еще одну шахту, перпендикулярно коридорам, и вывести ее на поверхность астероида. Т.е. аналогия с тем отверстием колеса (ступица), с помощью которого это колесо насаживается на вал, который вращает колесо. В нашем случае это отверстие-шахта не сквозное, а лишь до центра астероида, где пересекаются коридоры-спицы! Шахта должна быть направлена своим отверстием на Землю. На дно шахты крепим трос и выводим его до поверхности Земли. Это и есть космический лифт. Таким образом «бублик» расположен параллельно поверхности Земли. Находясь на экваторе Земли и смотря в телескоп, мы увидим тонкую светлую окружность — «бублик», а внутри светлой окружности — красноватое круглое пятно, астероид. Но стоит учесть, что наш «бублик» очень широким и толстым относительно размеров астероида не может быть, поэтому разглядеть его очень сложно. Мы действительно будем видеть только красноватое круглое пятно, находясь на экваторе (снова подчеркиваю местоположение!). А вот почему вторую луну описывают вытянутой — узнаете чуть позже. Сунао Ёсида чертовски верно заметил, что мы будем видеть его вытянутым, даже если оно по факту идеально круглое! Нам нужно расположить Ковчег именно так, если хотим вращаться, но при этом иметь возможность опустить трос, иначе трос будет наматываться на астероид! Сейчас астероид с «бубликом» вращается вокруг неподвижного троса, точно также, как колесо вращается на неподвижной оси! Конечно, при этом конец троса должен закреплен на вертушку, которая с точно такой же угловой скоростью вращается в противоположном направлении (в сравнении с вращением астероида), чтобы трос не закрутился по своей оси и не деформировался! Это достаточно удобно, потому что при постройке подобных вертушек возникает проблема: прочность материалов и нагрузка на эти самые спицы, которые должны передавать движение от центра к «бублику». Минимальный размер «бублика» должен быть 412 метров, иначе возникает вредный эффект: ноги притягиваются сильнее, чем голова, а значит кровь уходит к ногам, и мозг страдает от гипоксии. На расстоянии в 412 метров разница в тяготении не настолько критичная. Также вращаться надо не больше 4 об/мин, иначе будет укачивать. На расстоянии 412 метров от центра мы вращаемся 2.08 об/мин. При этом у нас есть безопасная полоска с незначительным изменением центробежной силы в 3 метра вверх относительно пола, по которому ходим. Поэтому сделать несколько этажей в «бублике» не выйдет, нужно увеличивать диаметр, чтобы иметь эту безопасную полоску шире. А это накладывает ограничения на прочность материала для «спиц», которые сломаются, пытаясь закрутить «бублик»… Но у нас все прекрасно, потому что есть огромнейший астероид в 20-30 км, вокруг которого можно построить! Он дает нам крепкую опору! Теперь вопрос вращения. Можно, например, к внешней стороны бублика или на сам астероид приделать реактивные двигатели. Часть из них будут закручивать астероид, чтобы он начал вращаться. Вспоминаем формулу центростремительного ускорения из школы: a = (ω^2)*R. Задаем значение центростремительного ускорения как равное ускорению свободного падения, т.е. 9.8 м/с2, подставляем радиус 10 000 метров (если полагаем диаметр астероида 20 км) и получаем угловую скорость 0.03 рад/с или 0.286 об/мин. Мелочь. Если сейчас растерянно хлопаете глазами, то поясняю: чем больший радиус, тем меньшая частота оборотов, смотрите на формулу. Ускорение не меняется (мы ведь хотим везде иметь значение 9.8), радиус увеличивается, а значит, квадрат угловой скорости уменьшается. Раскручиваем двигателями до нужной скорости вращения, а дальше, по идее, астероид должен сам вращаться, ведь сопротивления среды нет. Но учитываем гравитационные взаимодействия и подстраховываемся, если скорость вращения вдруг упадет. Также приделываем двигатели на верх астероида, чтобы выравнивать ось вращения (условно: низ полагаем там, где выходит трос, а верх — противоположность). Так-то нам все равно, как вращаться, нас же центробежная сила по-прежнему удерживает на выбранной плоскости «бублика», но вот при большом наклоне оси вращения трос может оборваться! Однако реактивные двигатели накладывают зависимость от топлива (говорю про твердые смеси с окислителем), которое надо откуда-то поставлять. Впрочем, как и накладывает ограничение ядерное топливо, если хотим построить небольшой ядерный реактор для обеспечения всех энергетических нужд нашей громадины... Полностью автономную штуку построить не удастся. Исходя из расположения нашего Ковчега, Землю мы будем видеть только с одной стороны «бублика». Если «бублик» широкий в сечении (широкий здесь не равно многоэтажный! я имею в виду, что отсеки располагаются рядами по два или более в линии «бублика»), тогда Землю видно лишь в тех отсеках, которые находятся с краю. Другой край «бублика» будет видеть звезды и Луну. Посередине «бублика» панорамные окна возможны лишь в полу, по которому ходят, но мы будем в них видеть в основном только звезды. Забегая вперед, скажу, что мы будем видеть только одну неизменную часть Земли (потому что позже опишу, что такое геостационарная орбита). Судя по местоположению прикрепленного троса к горе Стэнли (пик Рувензори) картинка выглядит так: где-то по центру находится Африка, сверху Европа, сверху-справа Азия, а вокруг океаны. Но за счет вращения «бублика» будет казаться, будто Земля вращается так, что Европа с Азией оказываются то сверху, то справа, то снизу, то слева… На самом деле вращаемся именно мы, и для наблюдателя с Земли (если бы он увидел, конечно же) будет выглядеть так, что мы «приклеены» к полу, и в нижней точке «бублика» мы выглядим нормально-вертикально с точки зрения наблюдателя, в правой точке бублика наши ноги находятся справа, а голова слева. В верхней точке наши ноги будут сверху, а голова внизу. В левой точке, соответственно, ноги влево, а голова вправо. Но мы в «бублике» спокойно ходим по тому, что считаем полом, потому что нас прекрасно удерживает центробежная сила! Если вдруг запутались… У нас две центробежные силы: по линии Земля — Ковчег, итого на Ковчеге получается пресловутая невесомость, потому что сила тяжести равна центробежной силе, возникающей от вращения вокруг Земли. Вторая линия: центр астероида — граница «бублика», итого получаем так называемую «искусственную гравитацию» за счет возникшей центробежной силы от вращения «бублика», которая «придавливает» нас к границе «бублика» и позволяет спокойно ходить по ней.Теперь вопрос: на какой высоте расположить Ковчег?
Вспоминаем из физики 7-ого класса понятия «первая космическая скорость» и «вторая космическая скорость». Первая космическая скорость, грубо говоря, это такая скорость, которая нужна объекту, чтобы занять круговую орбиту вокруг Земли и не падать в результате действия сил притяжения. У поверхности Земли она равна 7.91 км/с (примерно с такой скоростью и движется МКС, потому что находится не так высоко над Землей). Вторая космическая скорость позволяет преодолеть притяжение Земли, и эта скорость равна 11.2 км/с (для выхода в путешествие по Солнечной системе). Скорости между этими значениями позволяют занять вытянутую эллиптическую орбиту: т.е. все-таки пытаемся «улететь» от Земли, но нас все равно сила тяжести возвращает обратно. Однако эти скорости нужно придать объекту для старта с поверхности Земли. Чем выше над Землей находимся, тем меньше скорости для удержания на круговой орбите и для покидания Земли. Но об этом позже. Также, в зависимости от разных планет, скорости покидания меняются, потому что меняется масса планеты. В школьных задачниках есть задачки на вычисление ускорения свободного падения на разных планетах (Венера там, Юпитер, или какие-нибудь астероиды), а также задачки на вычисление скоростей, необходимых для покидания этих объектов. По идее, чем ниже Ковчег будет находиться, тем лучше его видно, тем он крупнее, и, в принципе, он будет похож на вторую луну, а не на звезду. Это зависит от угловых размеров, но о них… верно, чуть позже. Давайте посмотрим на период обращения МКС вокруг Земли, который равен 92 минуты 53 секунды (полтора часа примерно). Скорость МКС при этом очень близка к первой космической, где-то 7.7 км/с (неудивительно, она ж почти на круговой орбите находится, но на некотором расстоянии от поверхности, 400 км, так что скорость закономерно чуть меньше тех 7.91 км/с…). Такой короткий период обращения также неудивителен, потому что время для прохождения пути (длина окружности, точнее, все-таки немного эллипс, ведь МКС не вокруг экватора вращается, а по другой траектории) при данной скорости как раз и будет равен указанным 92 минутам с хвостиком. Увидеть МКС с поверхности Земли можно легко и просто, и МКС очень быстро движется на небе яркой точкой. Повторяю, что у нас про периодичность второй луны ничего такого не сказано в новеллах. Ее видно всю ночь на небе. Более того, мы начинаем спотыкаться о все то же упоминание пика Рувензори и космического лифта. Поэтому сравнивать с МКС наш Ковчег все-таки нельзя, о чем я и говорила ранее. Дело в том, что высота орбиты МКС рассчитывалась исходя из финансовых затрат. Чем ниже орбита — тем дешевле полет. Чем выше орбита — тем больше уровень космической радиации (попадаем в радиационные пояса), и больше денег тратить на защиту, а также больше денег на запуск, т.к. станция станет тяжелее из-за защитной обшивки. Но чем ниже орбита — тем сильнее трение об атмосферу, станция начинает тормозить и опускаться. И периодически нужно включать двигатели и поднимать ее повыше, чтобы она окончательно не рухнула на Землю. В общем, выбирали-выбирали, и выбрали самый оптимальный вариант. Нам такой вариант не подходит. Исходя из упоминания пика Рувензори и того, что к Ковчегу приделали космический лифт, мы однозначно имеем дело с геостационарной орбитой как минимум, потому что иначе реализовать космический лифт невозможно. Удачно «зафиксироваться» можно лишь на экваторе, что совпадает с местоположением горы Стэнли (пик Рувензори): координаты 0°23′09″ с.ш. 29°52′18″ в.д. Иными словами, экватор, что и требовалось доказать. Мы можем находиться лишь в плоскости экватора, т.е. перпендикулярно оси Земли. Находиться в другой плоскости, например, по линии север-юг, т.е. параллельно оси Земли, или в любой другой плоскости под углом, мы никак не можем! Спутник, грубо говоря, будет шататься из стороны в сторону и стабильного положения никак не получит. Только близ экватора! Запомните этот момент, потом пригодится. В общем, Сунао Ёсида отлично знал, что писал. 7-ой класс среднеобразовательной школы. Движение по окружности, центробежная сила, а также ускорение свободного падения. Классическая задача на расчет скорости, и в школьных задачниках есть задачки на расчет геостационарной орбиты и им подобные задачки. Слово страшное-престрашное, но вычисляется легко и просто. Вычисляется даже в школе. Геостационарная орбита. Это значит, что раз Земля «все-таки вертится» (с) Галилей, то точка, находящаяся на поверхности Земли, описывает окружность. Если точка находится над поверхностью Земли на какой-то высоте, то эта точка описывает окружность несколько большего радиуса, чем радиус самой Земли. Чтобы точка над поверхностью и точка на поверхности всегда находились на одной линии, (т.е. точка над поверхностью находится прямо над точкой на поверхности, как наш Ковчег над пиком Рувензори) необходимо, чтобы точка над поверхностью описывала свою большую окружность за то же самое время, что и точка на поверхности свою меньшую окружность (как вычисляется длина окружности? ну-ка, вспоминаем геометрию! два-пи-эр). Следовательно, скорость точки над поверхностью будет больше скорости точки на поверхности, потому что она проходит большее расстояние за то же самое время. Просто, да? Вот это все называется тремя простыми словами: угловые скорости равны. Не путать с линейными скоростями, они-то равны не будут: ведь за один промежуток времени точки проходят разные расстояния… Теперь от точки переходим к Ковчегу. Ковчег имеет такую скорость обращения, которая позволяет ему синхронизироваться с положением пика Рувензори. Значит мы на Ковчеге вращаемся вместе с Землей и не можем наблюдать ее вращение, для нас она как бы неподвижна. Аналогично и для наблюдателя с Земли: спутник находится в одной точке. Поэтому про геостационарные спутники говорят, что они стоят, а не обращаются. Именно поэтому мы видим Землю с Ковчега только с одной стороны. На всякий случай, с Луной немножечко иначе (но мыслите в правильном направлении): мы видим только одну сторону Луны потому, что период обращения Луны вокруг Земли совпадает с периодом ее вращения вокруг своей оси, поэтому Луна поворачивается к нам постоянно одним боком. Итак, Ковчег завис на геостационарной орбите. Включаем двигатели, которые находятся на одной линии (допустим, справа и слева относительно Ковчега) и направлены соплами в противоположные стороны. Таким образом двигатели закрутят Ковчег как юлу, он начнет вращаться, и мы притянемся к полу «бублика». При этом неизменное изображение континентов Земли в панорамном окне из-за этого движения начинает… поворачиваться ровно так, как описывалось ранее: Европа будет смещаться вдоль края видимого диска Земли, а в какой-то момент Африка окажется перевернутой. Магия? Физика. Высота геостационарной орбиты равна 35 786 км над уровнем моря, и эта высота позволяет создать период обращения спутника, равный периоду вращения самой Земли. При этом сила тяжести полностью «компенсируется» центробежной силой (если говорить грамотно, то ускорение свободного падения и центростремительное ускорение равны по модулю, но векторы сил направлены в противоположные стороны). Немного специфики, о которой в школе не говорят. Положение подобных спутников (например, навигационных), которые запускаются сейчас, нужно корректировать (по линиям север-юг и запад-восток), потому как его сбивает множество разных причин (гравитационные возмущения — самые понятные). Также их орбита не удовлетворяет целиком и полностью идеальной геостацинарной, а также скорость не позволяет идеально попасть в период обращения Земли, поэтому они дрейфуют по линии восток-запад. Поскольку речь идет о маленьких спутниках, которые обеспечивают коммуникацию или навигацию, именно поэтому их надо корректировать, чтобы сигнал не «уходил в сторону», а приходил именно к антенне на Земле, повернутой в сторону спутника. У нас речь про огромную бандуру, поэтому смещение из-за светового давления отпадает, остается лишь гравитационные возмущения. Но, к сожалению, в устойчивую точку («яму») мы так и не попадем: ближайшая к горе Стэнли находится на 75° в.д., а у нас все-таки 29° в.д. Однако период обращения должен максимально совпадать с периодом вращения Земли, если мы хотим транспортировать грузы по тросу и не дрейфовать на восток, тем самым разрывая трос. Также мы должны попасть максимально близко к нулевому углу, чтобы не выписывать огромные восьмерки, что скажется на все том же тросе. Поэтому мы максимально стабильно висим над Рувензори, и корректировать положение Ковчега гипотетически не придется. У нас есть практически идеальный спутник, который никуда не исчезнет, даже если закончится топливо, а трос разорвется стараниями Абеля. Да, возможно, Ковчег будет немножко дрейфовать (а может, не будет), но, думаю, это некритично. Но-о-о-о… Для осуществления концепции космического лифта наш Ковчег в качестве противовеса должен находиться… еще выше геостационарной орбиты. Предположительно, 50 000 км. Мол, это нужно для того, чтобы удобно разгружать было, строить корабли или телескопы и запускать их в космос с этой площадки, где сила тяжести Земли действительна близка к нулю, что облегчит старт. Однако! Думаю, у нас немного другая ситуация. Дело вот в чем. Когда груз достигает геостационарной орбиты, он находится в очень неустойчивом положении. Если его не снять с троса, то малейшего толчка достаточно, чтобы отправиться вниз. Однако, если грузу, точнее, кабине, где этот груз находится, препятствовать пойти назад… Значит, Ковчег, в принципе, может находиться на геостационарной орбите (это условие критически важно для описания картинки, совпадающей с каноном). Как это сделать? Кабина войдет внутрь Ковчега через шахту и будет двигаться дальше вверх несколько километров, тормозя (астероид же огромный!). По ходу кабины должны выходить страховочные приспособления — допустим, какие-нибудь перегородки или перекладины, которые выходят из стенок шахты сразу после прохождения кабины на разных этапах. Конечно же, они не равны половине диаметра шахты, чтоб трос не перерезать. В случае толчка кабина не пойдет вниз, а повиснет на этих перегородках. Далее кабину зафиксирует автоматическая система и подтянет на необходимую высоту: это легко, потому что сила тяжести сейчас очень мала. Произойдет стыковка кабины с отсеком (точно также, как стыкуются космические аппараты с МКС) и можно разгружаться. Но разгружаться немного не так, как представляется: как именно транспортируется груз, поймем при разборе падения Каина. Над этим нужно очень хорошо подумать. Но снова — чуть позже. Кажется, именно про эту шахту и говорилось, что Абель впихнул туда Каина. Только люди немного не так все поняли и решили, что Каин падал в этой шахте, выстроенной аж до самой Земли. Вот как в многоэтажках лифт устроен… Космический лифт — это просто очень прочный трос, по которому двигается кабина. Ничего больше там нет. Один конец троса закреплен на Земле, а второй закреплен на противовесе. Шахта находится внутри Ковчега, прорытая в астероиде. Кабина же идет по тросу в космическом вакууме. UPD. Умная мысля приходит опосля: а если не рыть шахты, и тоже проложить коридоры-спицы по поверхности астероида, как и сам «бублик»? Все равно они закреплены на поверхности, и передачу движения обеспечивает сам астероид. Правда, вопрос, как сделать надежной погрузку-разгрузку, чтобы кабина с полпинка не уходила вниз... Приделать к центру пересечения спиц-коридоров тоннель вниз, в который и входит кабина, а в стены тоннеля вставить ту же самую страховку, как и планировалось в прорытой шахте?Что происходит с положением звезд, и что творится с Ковчегом с точки зрения наблюдателя с Земли.
Представьте, что вокруг Земли есть как бы воображаемая сфера (ее называют небесной), и Землю «режет» плоскость пополам ровно по линии экватора. Лучше взять глобус, если тяжеловато с воображением. Там, где эта плоскость пересечет небесную сферу, будет линия, которая называется небесным экватором. Однако ось Земли находится под углом, вы же знаете, да? Поэтому небесный экватор тоже находится под углом, а потому, находясь в северном полушарии на Земле, мы можем видеть немного звезд из южной небесной полусферы, которые находятся под небесным экватором, т.е. близко к горизонту. Чем ближе к географическому экватору находимся, т.е. в южных широтах, тем выше от горизонта находится небесный экватор. Где-то в Санкт-Петербурге небесный экватор будет близок к линии горизонта. В Мурманске — еще ниже, почти ложится на горизонт. На самом Северном полюсе небесный экватор совпадает с линией горизонта. А вот в области пика Рувензори небесный экватор будет прямо над нашей макушкой, причем Полярную звезду, находясь точно на географическом экваторе, мы не увидим: она ляжет на линию горизонта. Интересно, правда? Когда мы стоим в чистом поле, мы видим линию, где поверхность Земли как бы соприкасается с небом. Это линия горизонта, которая называется небесным горизонтом или истинным горизонтом. Берем компас, кладем его на землю и мысленно строим две линии. Одна из них накладывается на стрелку компаса, а вторая будет ей перпендикулярна. Там, где эти мысленные линии пересекутся с линией горизонта, получатся точки севера, юга, востока и запада. Также мы стоим на поверхности Земли и проведем линию от наших ступней через макушку вверх. Та точка, в которой эта линия пересечется с небесной сферой, называется зенит. Если же эту линию продлить вниз и заставить ее пересечь всю планету, выйти на другой стороне и снова коснуться небесной сферы, то эта новая точка будет называться надир (просто для справки, если будете гуглить картинки, нам надир не понадобится, только зенит). Если говорить корректно, то данная линия, соединяющая точки зенита и надира, называемая вертикалью наблюдателя — это линия, параллельная вектору силы тяжести в данной конкретной точке на поверхности Земли. Мы находимся всегда перпендикулярно поверхности Земли. Более наглядно эту линию можно представить, если подвесить на нитке какой-нибудь грузик. Линия, проходящая через эту нитку бесконечно вверх и вниз — и есть вертикаль наблюдателя в данной точке. Если мысленно продлить ось вращения Земли до этой небесной сферы, то получим две точки, которые называются северным и южным полюсами мира. В зависимости от географической широты точка полюса мира на небе смещается либо к горизонту, либо к зениту. Потому что опять же, ось Земли находится под углом, а мы стоим перпендикулярно поверхности Земли. Поэтому точка зенита и полюс мира не совпадают, если, конечно, мы не находимся на Северном или Южном географическом полюсе. Итак. Во-первых, звезды в течение суток описывают окружности с центром в полюсе мира, для северного полушария это означает, что окружности будут с центром возле Полярной звезды. Погуглите фотографии звездного неба с долгой экспозицией, увидите эти круги. Звезды описывают тем большие окружности, чем дальше от Полярной звезды они находятся. Те звезды, что расположены вблизи небесного экватора, восходят вблизи точки востока и заходят возле точки запада. Они будут описывать большую дугу, которая немного наклонена в сторону юга (потому что небесный экватор там находится). Собственно, так движется само солнце: встает на востоке, идет по южной стороне неба и садится на западе. Восход некоторых звезд в южном полушарии небесной сферы (не путать с южным полушарием Земли!) наблюдается у нас на юго-востоке, а заход — на юго-западе. Они описывают невысокие дуги над южным горизонтом. Чем южнее звезда на небесной сфере, тем короче ее путь над горизонтом. Следовательно, еще дальше к югу имеются такие звезды, которые вообще не всходят, и их суточные пути полностью лежат под линией горизонта. Чтобы увидеть эти звезды, надо двигаться на юг по поверхности Земли. Таким образом, житель Москвы не увидит некоторых звезд, которые увидит житель Сочи. Однако у нас Ковчег находится прямо над экватором Земли, а значит находится четко в небесном экваторе, что и говорится в новеллах: вторая луна в южной части неба. Как бы идеальное попадание, но не совсем. До широт в 60° Ковчег действительно будут видеть все в Северном полушарии, а это включает север Британских островов, т.е. наш Альбион в мире Ториблы. При этом, конечно же, чем севернее, тем ближе к горизонту. Однако Скандинавский п-ов, где находятся Северные маркизаты, его уже будут видеть плохо, начиная с широт 75°, потому что наш Ковчег будет находиться совсем рядом с линией горизонта, и его может перекрыть местность своими горами, деревьями и зданиями (аналогия с Санкт-Петербургом и городами севернее, вроде Мурманска). В этом и заключается проблема геостационарных спутников: начиная с широт Санкт-Петербурга где-то на 60° спутник «видно» плохо и недолго, а чем севернее, тем бесполезнее спутниковая связь. Тем не менее, если учесть, что люди кучковались после Армагеддона в Европе где-то в широтах 40°-55°, то панику Ковчег действительно навел: вторая луна внезапно появилась в небе. Сунао Ёсида опять знал, о чем писать. Во-вторых, чтобы мы не видели Ковчег точкой, подобной звезде, а видели хотя бы маленьким диском, угловые размеры должны превышать 2'-3'. Иными словами, мы видим объект неточечным лишь в том случае, если расстояние до него превышает его размеры не более чем в 1700 раз. Таким образом, размер Ковчега, находящегося на геостационарной орбите, будет 20 км для 2' и 31 км для 3' (по формуле γ=2arctgD/2L). Диаметры Солнца и Луны имеют примерно одинаковые размеры, 30'. Значит, наш Ковчег будет составлять где-то одну десятую диаметра видимого диска Луны. Все-таки, маленькая луна выходит, как ни крути. В принципе, единственный кадр этих двух лун в аниме (серия 2, «Охота на ведьму») сделан верно: вторая луна очень маленькая по сравнению с первой, настоящей Луной. Однако в манге ее сильно увеличили, она достигает где-то трети диаметра Луны, а это значит, что угловые размеры около 10', и реальные, линейные, размеры с выполнением всех условий — около 104 км. Это очень много. Однако любопытно, что Фобос, спутник Марса, имеет размеры 26*22*18 км, и он тоже красноватый, что отлично подходит под адекватный угловой размер в 2'-3'… Теперь о том, почему Ковчег виден вытянутым, если у нас Фобос вообще-то почти кругленький по фотографии Википедии. Поэтому фандом думал, что они Деймос взяли, раз «продолговатая, вытянутая луна»… Но тогда Деймос мы вообще не увидели бы, он в два раза меньше Фобоса! Угловые размеры, помните? Итак, Фобос напоминает формой сплюснутый эллипсоид, побитый кратерами. Вид сверху — 26 км и 22 км, почти окружность, отлично! При виде сбоку — эллипс в 18 км по вертикали, а по горизонтали в зависимости с какой стороны смотрим: либо 26, либо 22. Теперь возьмите либо монету, либо, что достовернее, свечку в гильзе. Поверните ее так, чтобы вы увидели окружность. Вот так мы видим Фобос с Земли, если находимся на экваторе. Строить «бублик» мы должны вокруг этой окружности, ведь нам угловые размеры побольше нужны, чтоб отчетливее вторую луну видно было. Да и места колонизаторам будет больше. Поставьте гильзу в точно таком же положении на стол, или монетку подоприте книгой. Станьте на колени так, чтобы круг был на уровне глаз где-то на расстоянии сантиметров тридцать. Теперь медленно поднимайтесь и внимательно следите за гильзой/монеткой. Когда голова окажется выше гильзы где-то на полметра, какой формы гильза? Правильно, она вытянулась по горизонтали, стала эллипсом. Теперь, сохраняя дистанцию в тридцать сантиметров от гильзы, делаем шаг влево на полметра. Как выглядит гильза? Правильно, эллипс скособочило вправо на угол в 45°. Теперь из этого положения становимся на коленки так, чтобы глаза находились на одном уровне с гильзой, но слева. Как выглядит гильза? Правильно, она вытянулась вверх. При желании можно еще лечь на пол… Хотя, нет, просто поднимите гильзу повыше и присядьте на корточки. В общем, поэкспериментируйте с разными положениями и понаблюдайте, как меняется видимая форма гильзы/монетки. Примерно вот так происходит с изображением Ковчега в разных географических широтах и долготах, севернее, южнее, восточнее и западнее от пика Рувензори. Вторая вампирская луна продолговатой формы, хоть она на экваторе выглядит диском. Магия? Начертательная геометрия и проекции. Возможно, у вас сейчас возникнет логичный и закономерный вопрос: а чего тогда настоящую Луну точно также не колбасит в зависимости от широты и долготы? Мы ведь всегда видим ее круглой, а не овальной! Так вот. Луна имеет форму сферы, в отличие от приплюснутого на треть Ковчега — поэтому и прошу взять свечку в гильзе, там пропорции более-менее соблюдаются. С какой стороны ни посмотри — всегда в проекции круг. Однако поворот Луны вокруг своей оси совпадает по времени с поворотом вокруг Земли. Поэтому Луна постоянно поворачивается к нам одной и той же стороной. Однако это не совсем точно: из-за того, что орбита Луны не идеально круглая, то вблизи некоторых точек Луна движется либо чуть быстрее, либо чуть медленнее. При этом вокруг оси Луна вращается равномерно. Поэтому мы можем видеть маленькие кусочки обратной поверхности с восточного края и западного края Луны. Также Луна вращается не точно перпендикулярно орбите, поэтому немножко-немножко поворачивается к нам то северной частью, то южной. Однако в процентном соотношении с площадью видимые фрагменты мизерны, поэтому можно грубо округлить и утверждать, что мы всегда видим лишь половину поверхности Луны. Ковчег не является сферой, поэтому его проекции будут вытягиваться по широте и долготе. Также Ковчег вращается по оси, перпендикулярной оси вращения Земли, поэтому в зависимости от широт и долгот мы не только увидим его вытянутым, но также увидим фрагменты поверхности, которые не видно на экваторе прямо под Ковчегом. Только напоминаю, что максимально возможный угловой размер Ковчега (около 3') составляет всего десятую часть диаметра видимого диска Луны… Нужна хорошая оптика. Известно, что когда спутник планеты пересекает определенную орбиту, то гравитационные взаимодействия начинают разрывать спутник на кусочки, а спустя некоторое время вокруг планеты формируется кольцо. Данное расстояние именуется пределом Роша. Рассчитав предел Роша для несферического спутника через плотность Земли, плотность Фобоса, радиус Земли… мы имеем орбиту примерно 22 276 км. Ух, повезло. Не размажет. Мы дальше находимся. Конечно, считать через плотность Фобоса не совсем правильно, потому что наш Ковчег будет потяжелее и средняя плотность Ковчега будет больше. Однако в формуле мы делим плотность Земли на плотность спутника, и на чем большее число мы делим, тем меньший радиус орбиты получаем, т.е. тем ближе к Земле. Ковчег находится в безопасности. Бонусом, Фобос с древнегреческого означает «страх», отсюда происхождение термина «фобия» в психологии. Символичное название для астероида, взятого как основа для Ковчега, с которого явились вампиры… Еще нам для расчетов пригодится первая и вторая космическая скорость на геостационарной орбите (тоже легко считается по тем же формулам из школьных учебников физики: берем и подставляем в формулу радиус Земли плюс высоту над поверхностью). Вторая космическая скорость будет равна 4,35 км/с, первая космическая скорость для этой высоты (идеально круглая орбита) — 3,07 км/с. В секунду! Не в час! UPD. Спустя пару дней таки пришлось по заказу вычислить положение Ковчега и смоделировать картинку неба в 3060 году с помощью RedShift 5.1. Почитать можно здесь https://vk.com/redmarsproject?w=wall-37791309_2153%2Fall Переходим ко второй части, где разберем падение Каина с Ковчега.