Независимый бостонский альманах

ВПЕРЕДИ - ЗВЁЗДЫ?

09-04-2011

Года два назад на страницах альманаха «Лебедь» довольно оживленно обсуждалась тема ракетной истории и космических перспектив, проблема нашего присутствия во Вселенной при странном отсутствии цивилизованных коллег в ней и закономерность этого феномена, и так далее: Юрий Кирпичёв Наше вселенское одиночество, Валерий Лебедев Лунный забег в пустоту , Валерий Лебедев Мы - одни..., Юрий Кирпичёв Молчание звёзд .

Юрий КирпичёвС тех пор многое произошло: заканчивается эпоха шаттлов, а президент Обама к тому же свернул госпрограмму полетов к Луне «Констеллейшн». Зато частные компании уже строят отличные и недорогие тяжелые ракеты и корабли для них. Едва удалось починить стареющий «Хаббл», но на орбиту вышел новый телескоп «Кеплер». И не только вышел, но и быстро изменил наши представления о мире, в котором мы живем! Поэтому хотелось бы задать несколько вопросов Валерию Лебедеву, чтобы выяснить, не изменились ли его пессимистические взгляды, но перед этим стоит пояснить, почему они, собственно говоря, могли измениться. Достаточно весомыми аргументами будут некоторые космические конструкции и в первую очередь именно «Кеплер».

Множественность миров

Менее чем за два года он открыл 1235 кандидатов в экзопланеты! И это только начало. Из них 68 близких по размеру к Земле, 288 суперземель, 662 нептунов, 165 юпитеров и 19 еще больших, чем Юпитер. Для нас особенно важно, что 54 кандидата находятся в обитаемой зоне, причем пять из них землеподобные. «Тот факт, что мы нашли такое большое количество кандидатов в планеты в таком небольшом участке Млечного пути, занимающем всего 1/400 часть звездного неба, позволяет нам предположить, что существует неисчислимое количество планет, вращающихся вокруг звезд», — сказал Уильям Боруцки, лидер команды телескопа.

В поле зрения телескопа 4,5 миллионов звезд и он следит за 156 тысячами из них. При этом надо учесть, что транзитный метод позволяет обнаружить планету лишь в том случае, если плоскость ее орбиты совпадает с лучом зрения наблюдателя. При самом небольшом отклонении планета уже не пройдет по диску своего светила и не уменьшит число фотонов, попадающих в матрицы телескопа.

По этим данным была сделан расчет количества планет в нашей галактике, и если я предполагал в указанных выше публикациях, что их может оказаться не меньше, чем звезд, то оценка НАСА скромнее — 50 миллиардов (исходя из того, что общее число звезд в Милки Вей составляет 100 млрд.). Причем до полумиллиарда — в обитаемой зоне, где планета может иметь жидкую воду. Правда, границы равновесной температуры взяты от –40°C до 100°C, и если минусовые значения компенсируются парниковым эффектом (к примеру, для Земли превышение равновесной температуры за его счет составляет 33°C), то температуры выше 50°C вызывают сомнения ввиду того же парникового эффекта. На Венере он добавляет 500°C!

Поэтому обитаемую зону следовало бы сузить, но зато доказана возможность обнаружения «Кеплером» крупных спутников у планет-гигантов, находящихся в обитаемой зоне. И если уж на Титан с его азотной атмосферой и метаново-этановыми морями и реками, вращающийся вокруг Сатурна далеко за пределами зоны жизни, поглядывают с оптимизмом, то тут уж сам Бог велел!

Но соответствуют ли данные «Кеплера» реальности? Нет. Планета размером с Землю даст намного меньший сигнал, чем планета размером с Нептун. Значит, звезда должна быть сравнительно яркой, иначе сигнал будет статистически недостоверным, и для землеподобных планет поле поиска будет меньше. То есть, их намного больше! Но еще важнее короткий срок накопления данных — 132 дня. Это значит, что планеты с большими орбитами, как у Земли, вообще не представлены, ведь для измерения периода обращения нужно, по меньшей мере, два транзита. На самом деле, для малых планет еще больше. Из-за этого число планет в зоне обитания занижено более чем на порядок, особенно для «земель». К тому же, судя по имеющимся данным, больше всего планет как раз у звезд типа Солнца, где орбитальный период, соответствующий зоне обитания, около года.

Впрочем, нет ни малейших сомнений в том, что множество планет, находящихся в зоне обитания, в том числе и землеподобных, уже содержится в данных «Кеплера», просто они еще не обработаны. Все впереди!

И так оно и есть. По большому счету, мы лишь учимся фокусировать взгляд, ведь современной астрономии каких-то двадцать лет. И, как всякие младенцы, толком не понимаем увиденное. Вполне возможно, что признаки деятельности развитых миров давным давно перед нашими глазами, но мы не осознаем этого, нам надо, чтобы летающая тарелка села прямо на Красной площади!

Подводя итоги, можно сказать, что число вариантов массы, структуры и расположения планет в мультисистемах оказалось удивительно велико и астрофизики пока лишь нащупывают первые закономерности в их закономерностях. Мир как всегда оказался гораздо богаче и интереснее, чем мы способны были представить. О том, что из этого следует, поговорим дальше, а пока вспомним об еще одной замечательной конструкции (точнее даже о двух идентичных), которая не только дальше всех раздвинула границы достигнутого человеком в пространстве, но и временные рамки расширила, демонстрируя завидную живучесть!

Долгая дорога в космос

22 апреля 2010 специалисты знаменитой Лаборатории реактивного движения (JPL) обнаружили, что данные зонда «Вояджер-2» не удается расшифровать. Сбоила система передачи данных. Немудрено, если учесть, что зонд запущен в космос …20 августа 1977 года. Я оканчивал университет, моей дочке было всего лишь три года, а сейчас у меня четверо внуков и внучек. Программа шаттлов была еще в проектной стадии, а на днях последний из них совершит последний полет. Скажи нам тогда, что Советскому Союзу жить осталось всего ничего, не поверили бы…

Но 14 февраля 1990 года «Вояджер-1» развернулся, чтобы сделать прощальные снимки. На одном из них видна Земля с расстояния в 6 млрд. км (это уже за орбитой Плутона) — та самая Pale Blue Dot Карла Сагана (фотосессию провели по его настоянию). Едва различимая бледно-голубая точка размером 0,12 пикселя — это и есть мы, Господи! Саган писал: «Вот, это здесь. Вот он дом. Это мы. Здесь все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, кого вы когда-либо слышали, каждый человек, который когда-либо был, жил всю свою жизнь. Пожалуй, нет лучшей демонстрации глупости человеческого тщеславия, чем этот далёкий образ нашего крошечного мира».

Саган прав. Через полтора года развалился СССР, гордившийся размерами. Но что он по сравнению с десятками, если не сотнями миллиардов планет в одной только нашей галактике, сотнями миллиардов галактик во Вселенной? По сравнению с бесчисленными мириадами вселенных? Все это делает абсолютно неисповедимой причуду Творца остановить свой выбор именно на этой голубой искорке...

Много, однако, плутония распалось с тех пор в термоэмиссионных генераторах зондов, Земля уже не видна, да и фотокамеры давно отключили, экономя энергию. «Вояджер-1» летит сейчас в 17,5 млрд. километров от Земли (около 116 а.е.) и сигнал от него идёт к нам 16 часов и семь минут. Это самый удалённый рукотворный объект в истории и он просто поражает живучестью. Кто предвидел, что даже через 33 года большая часть приборов останется в исправности?

Лет через пять зонды пройдут гелиопаузу, за которой уже открытый космос. Там господствуют межзвёздный ветер и галактическое магнитное поле. В июне 2010 «Вояджер 1» передал, что солнечный ветер, который все предыдущие годы исправно веял от нашего светила, остановился, и его частицы начали перемещаться в поперечном направлении, формируя гигантский «кометный хвост» гелиосферы. Он вытягивается из-за движения Солнца сквозь межзвёздную среду. «Учёные знали о возможности колебаний скорости солнечного ветра и подождали ещё четыре месяца, чтобы убедиться, что ветер действительно замедлился до нуля» — гласит декабрьский пресс-релиз NASA.

В окрестностях планет солнечный ветер достигает сотен километров в секунду (относительно Солнца), по мере удаления он тормозится, нагревается, становится более плотным и турбулентным — образуется ударная волна. После ее прохождения скорость ветра падает ниже 100 км/с. В 2007 году Voyager 1 "намерял" 60 км/с и далее она падала на 20 км/с в год. Тем не менее, достигнутый летом 2010 года знаковый ноль впечатлил учёных. «Когда стало ясно, что мы получаем твёрдые нули, я был просто поражён», — говорит Роб Деккер из лаборатории прикладной физики, работающий с сенсором низкоэнергетических заряженных частиц первого «Вояджера».

Первым границу ударной волны, где солнечный ветер тормозится до скорости ниже звуковой, пересек «Вояджер-1». Это случилось в декабре 2004 года. Его брат-близнец задержался у дальних газовых гигантов и потому отстал. К тому времени на первопроходце уже не работали приборы для измерения скорости, плотности и температуры этого ветра, так что приходилось полагаться на косвенные данные. Поэтому пересечение границы «Вояджером-2», состоявшееся в августе 2007 года, было гораздо важнее. Зонд подтвердил, что гелиосфера сплющена — южная граница находится ближе к Солнцу, чем северная, и показал, что ее поверхность сложной, как будто скомканной формы. Кроме того, аппарат сделал неожиданное наблюдение. Торможение солнечного ветра за счет противодействия межзвездного газа должно было бы приводить к резкому повышению температуры и плотности плазмы ветра в этой зоне. Так оно и оказалось, но повышение было в десять раз меньше ожидаемого.

Интересна история полета. Американские баллистики виртуозно использовали редчайшее расположение больших планет, сложившееся в 1977 году (лишь в середине XXII века повторится подобная конфигурация), для т.н. гравитационного маневра. Смысл его сводится к тому, что пролетная траектория искривляется в поле тяготения Юпитера — и зонд нацеливается на Сатурн, а также получает солидную прибавку в скорости. Затем операция повторяется в поле тяготения Сатурна. С его помощью «Вояджер-1» отправили в свободное плавание вверх от плоскости эклиптики, и он стал самым быстрым удаляющимся от Солнца зондом, а «Вояджер-2» нацелили на Уран, а оттуда тем же способом на Нептун — этакий космический слалом. Лети он туда прямо с Земли и лишь в 2009 году, на 20 лет позже достиг бы цели! Зонд передал тысячи снимков, обнаружил два новых кольца и 10 спутников Урана, определены период его суточного вращения (с Земли это сделать невозможно) и скорость ветра в атмосфере, ее состав, а также напряженность и замысловатая форма магнитного поля планеты. После столь же плодотворной работы у Нептуна зонд снова использовал гравитационный маневр и направился ниже плоскости эклиптики.

На каждом из «Вояджеров» стояло по два компьютера, не очень впечатляющих по нынешним временам. Что делать, первый массовый персональный Apple II появился именно в год старта зондов, а первые IBM PC лишь в августе 1981 г. Но у этих компьютеров имелось ценное свойство — возможность перепрограммирования. Благодаря этому в 80-е годы удалось по радио обновить их ПО и увеличить скорость передачи информации. Да и столь долгая работа систем передачи данных во многом обусловлена именно этим, возможностью не только менять научную программу, но и обходить возникающие неисправности.

Кстати, несмотря на внушительную массу аппаратов (более трех четвертей тонны), полезная их нагрузка невелика, около 86 кг, как и мощность излучающих антенн: 23 и 28 ватт. Скорость передачи также весьма мала: с орбиты Юпитера поток данных шел со скоростью 115,2 кбит/с, а от Сатурна – 45 кбит/с. Скорость передачи от Урана составила бы лишь 4,6 кбит/с, но ее удалось повысить до 30 кбит/с, так как появились более мощные радиотелескопы и научились лучше сжимать данные. Тем большее уважение внушает объем информации, прокачанный через этот слабенький канал связи, продемонстрировавший потрясающую надежность и долговечность!

Вот и со сбоем в передаче данных разобрались быстро. Выяснилось, что причиной стала одна из ячеек памяти бортового компьютера, из-за которой «Вояджер-2» неправильно форматировал данные, передаваемые на Землю. Была отправлена команда на перезагрузку и все пришло в норму!

Звездный корабль

«Кеплер» открывает новые миры, а значит и перспективные цели, «Вояджеры» же показали, что земная техника вполне способна работать в космосе десятки лет. Поэтому неудивительно возрождение интереса к межзвездным полетам. Группа учёных Tau Zero Foundation во главе с Марком Миллисом, который ранее работал в NASA над концепциями передовых космических двигательных систем, взялась за отработку концепции корабля, способного достичь близких звезд за 50-100 лет. При этом еще сохраняется какой-то смысл в ожидании сигнала о достижении цели. Пока из 56 звёзд в радиусе 15 световых лет планеты найдены лишь у Эпсилон Эридана (10,5 с. лет) и Глизе 674 (14,8 с.л.), да и те вне обитаемой зоны, но, учитывая данные «Кеплера», у этой полусотни звёзд должно найтись как минимум полтора десятка планет.

Проект Icarus, стартовавший осенью 2009 г., рассчитан на пять лет и собрал двадцать учёных, инженеров и дизайнеров, считающих, что человеку по силам построить корабль, способный достичь 10-20% от скорости света. Они попытаются определить, на что способна, а на что не способна современная техника.

За основу взят «Дедал», проект которого был разработан тридцать лет назад британскими специалистами. Это двухступенчатая система со стартовой массой 54 тысячи тонн, из них 50 тысяч приходится на горючее — гранулы из смеси дейтерия и гелия-3 (эта реакция дает минимальный выход нейтронов). Последний собирались добывать из атмосферы Юпитера с помощью автоматического завода — воздушного шара. У Юпитера можно было бы вести и окончательную сборку колосса.

Топливные гранулы должны с большой частотой поступать в камеру сгорания, где мощные электронные лучи разогревают их до нужной температуры, зажигая термоядерную реакцию. Расширяющаяся плазма удерживается магнитным полем и выбрасывается через сопло.

Первая ступень «Дедала» должна была проработать два года, а вторая 1,8 лет, разгоняя корабль до 12% от скорости света, а далее 46 лет полёта по инерции к звезде Барнарда (6 световых лет от Земли).

Поскольку корабль не должен был тормозить у цели, он нес 18 автономных зондов с ионными двигателями. Их следовало выпустить в свободный полёт за несколько лет до прибытия в чужую систему, которую они могли бы исследовать не торопясь. А для того чтобы межзвездная пыль и микрометеориты не уничтожили технику, впереди зондов и корабля следовало выбросить большое облако мелких частиц для расчистки пути.

Специалисты решили посмотреть на проект свежим взглядом и учесть нынешние технологические достижения. Но каковы бы они ни были, а из формулы Циолковского:

V = Wln(Мо/Mк),

где V — требуемая скорость, W — скорость истечения рабочего тела, а М0 и Мк — соответственно начальная и конечная масса корабля, по-прежнему следует, что при максимальном практически возможном соотношении указанных масс, равном 100, для достижения 10% скорости света скорость истечения должна превышать 6500 км/сек! У «Дедала» она на первой ступени достигает 10600 км/сек. Масса корабля, а фактически топлива, составляющего более 90% массы конструкции, определяется исходя из коэффициента сжигания этого топлива, а также из реально достижимой тяги двигателя (около 700 Т) и времени его работы (около четырех лет), необходимого для достижения заданной скорости при ускорении, которое способна обеспечить такая тяга такой массе.

Термоядерный двигатель — единственный, способный обеспечить такие скорости. Эдвард Теллер, отец американской водородной бомбы, недаром считал, что управляемый ядерный синтез найдет применение в космосе раньше, чем на Земле. Такой двигатель, возможно, будет напоминать ливерморскую NIF, о которой уже упоминалось в альманахе, гигантскую лазерную установку, созданную для проверки принципа инерционного термоядерного синтеза, причем использование ее в таком качестве имеет большие плюсы.

Во-первых, менее жестки требования к коэффициенту воспроизводства энергии. Для конкурентоспособности реактора по сравнению с тепловыми электростанциями он должен быть порядка пяти, тогда как двигателю достаточно единицы, он нужен не для генерации электроэнергии, а как источник горячей плазмы, главное — его уникальные тяговые характеристики. Во-вторых, космический вакуум. Сам собой решается вопрос вакууммирования лазерных каналов, кроме того, очень важно отсутствие в плазме примесей, которые сильно увеличивают потери на излучение.

В общем, возникает такая картина. Мало кого удивил бы срок создания космолета, скажем, в пятьдесят лет (20-25 — на проработку главных технологических принципов и еще столько же на строительство корабля). Но очень многих очень удивило бы (и очень огорчило!) отсутствие прогресса в этом деле через 100 лет. Поскольку в этом случае сложности технологические стали бы судьбоносными, определяя перспективы и философию нашей цивилизации. А это значит, что самое время обратиться к Валерию Лебедеву.

Сократический диалог с редактором

Увы, в силу того, что прямой диалог нам в силу многих причин вести трудно, придется ограничиться постановкой вопросов и сравнением ответов на них. В этом смысле диалог получается автосократический. Нечто сродни садомазохизму. И все же приступим.

— Валерий, в 1978 году вышла Ваша книга «Бесконечна ли вселенная?» То есть, Вы писали ее как раз во время начала полета «Вояджеров»! Жаль, в Сети книги нет, а было бы любопытно спустя 33 года сравнить Ваши предвидения с нынешними взглядами. Мне вот кажется, что рассуждая о бесконечности вселенной в рамках стандартной инфляционной теории, мы забываем о простых вещах. Во-первых, модель Биг Бэнга уже по самому своему определению предполагает мир конечный. Такой мир рождается из сингулярности и он конечен в каждый момент своего существования. Его бесконечность гипотетична и неактуальна, она сродни той, которую отказывались принимать и Аристотель и Гаусс. Во-вторых, даже если плотность энергии в первичной сингулярности была бесконечной, следует ли из этого бесконечность разворачивающегося мира? В пространстве и времени? Не уверен. В-третьих, такой конечный мир, а мир Биг Бэнга ничем принципиально не отличается от крошечной вселенной Платона, — это, как ни удивительно, шаг назад в сравнении с грандиозной бесконечной вселенной Бруно. И такой мир всегда будет порождать вечный вопрос, а что там дальше, вне его? Сколько таких же или иных миров?

На самом деле, он и впрямь будет шагом назад, если не сделать напрашивающийся после Бруно шаг вперед. К примеру, зонд «Планк» подтвердил существование Большой холодной пустоты, гигантской полости размером в миллиард световых лет, в которой отсутствует вещество. По мнению космолога Лауры Мерсини-Хоутон, она является следом контакта нашей вселенной с иной момент их рождения. Таким образом, если уж и говорить о бесконечности, то о бесконечности числа самих вселенных!

А если вопрос ставить так, то и свои перспективы надо приводить в соответствие с новой архитектурой мироздания. Поэтому следующий вопрос:

— Скажите, Валерий, что Вы думаете о проекте межзвездного корабля «Икар» и о реальности его воплощения?

На мой взгляд, технически проект вполне реален. В принципе, дело за малым, надо лишь показать осуществимость управляемого термоядерного синтеза. Причем во многих отношениях требования менее жестки, чем в установке NIF, которую вполне можно считать прототипом импульсного двигателя. На нее, кстати, ушло совсем немного средств, не более пяти миллиардов, меньше чем на хороший авианосец с авиагруппой. В конце концов, реальность любого проекта определяется не только его насущностью, но и ценой. Поэтому еще вопрос:

— Ориентировочная оценка стоимости такого корабля начинается с триллиона долларов, по силам ли Земле платить такую цену?

Ведь это всего лишь полтора процента от годового мирового ВВП! Столько же, сколько мир тратит на оборону — в год! На постройку же корабля, как уже было сказано, уйдет около двадцати лет, то есть годовые затраты на проект не превысят $50 млрд. Ну, пусть 100 млрд., это не принципиально, все равно получается совсем не фантастическая сумма… если рассматривать ее с глобальных позиций. Но для любой отдельно взятой страны она уже неподъемна, даже для США, которые способны выделить на космос не более 18-10 млрд. (бюджет НАСА).

И все же можно поставить вопрос в такой плоскости, когда цена не покажется большой даже для одной страны (если это США…). Тратит же Америка на оборону около 600 млрд.! Например, если от такого корабля будет зависеть будущее страны. Если он, допустим, позволит одержать победу в небольшой звездной войне с пришельцами. Или получить принципиально новые чужие технологии, абсолютно необходимые в столкновении цивилизаций. Или сможет уводить с опасной траектории астероиды, грозящие Земле. Или еще что-то, о чем мы пока не задумываемся. Да и само по себе обнаружение инопланетной цивилизации может послужить мощным стимулом. А оно весьма вероятно, данные «Кеплера» говорят об этом недвусмысленно — до полумиллиарда планет нашей галактики находится в обитаемой зоне! И ведь это лишь предварительные данные, я не сомневаюсь, что таких планет или больших спутников планет окажется больше. Возможно, на порядок больше!

Впрочем, к теме можно подойти еще с одной стороны. Наши прекрасные зонды — «Кассини» и «Новые горизонты», «Планк» и «Мессенджер», да и сам «Кеплер» — стоят до 3-4 млрд. Это и все, что мы можем выделить на удовлетворение отвлеченного по большому счету научного любопытства за казенный счет. Почему столько? Потому что это максимум того, чего не жалко. Ну что изменит в нашей жизни появление новых, пусть и отличных фотографий Меркурия? Ничего не изменит. Более того, девять десятых землян затраты на космос раздражают, они предпочли бы направить эти средства на… но вы и сами способны дать длинный перечень куда более насущных проблем, чем изучение кратеров Меркурия. Поэтому и на Луну мы не летаем вот уже сорок лет. Нечего там делать. Цель не оправдает затраченных средств.

Но стоит лишь обнаружить на той же Луне заброшенную базу пришельцев с удивительными артефактами, как средства немедленно найдутся — столько, сколько понадобится, а если надо, то и больше! Не сомневаюсь, что бюджет НАСА как минимум утроился бы — вот вам и искомые 50 млрд. И не только НАСА воспрянет, настоящая гонка начнется: США, Китай, Европа! Может быть, и Россия зашевелится и у Японии амбиции появятся. В сумме расходы на космос подскочили бы сразу до 100 млрд. Без всяких звезд. Потому что — стоящая цель. Да что Луна, появись данные о такой базе на Плутоне и туда уже летели бы «караваны ракет».

Продолжим однако диалог.

— Насколько я помню, Вы, Валерий, считаете, что даже обнаружение планет с разумной жизнью ничего не даст человечеству в практическом плане, поскольку гигантские межзвездные расстояния исключают любую возможность оперативного контакта и обмена информацией. Но не кажется ли Вам, что пессимизм такого рода вызван лишь младенческим уровнем наших знаний и представлений? И что в психологическом плане уже одно знание того факта, что мы не одиноки во Вселенной, даст смысл дальнейшему существованию человечества и возможно убережет его от необдуманных самоубийственных поступков.

Что же касается практичности полетов к звездам… да, пока она сомнительна. Для начала нужно проверить хотя бы принципиальную возможность таких полетов. Проект «Икар» один из шагов на этом пути. Финансовая его сторона при ближайшем рассмотрении не столь уж и неподъемна — лунный проект «Аполло» с учетом инфляции сейчас стоил бы миллиардов 200, что тоже немало. Иное дело представить себе масштаб работ по запуску столь мощного журавля в небо: 54 000 тонн это как минимум 500-600 стартов таких ракет, как «Сатурн V»! Если собирать корабль на низкой орбите. И все это лишь для того, чтобы отправить в путь автомат с билетом в один конец...

Что ж, в основном Валерий Петрович Лебедев видимо прав: иногда полезно примерить Вселенную на себя. Отрезвляет. И все же остается надежда, что прав он лишь сейчас, пока. А там видно будет.

Комментарии

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?