Проект Interstellar Probe: Летим к звёздам!

Кому-то этот призыв может показаться чересчур оптимистичным. В самом деле — люди ещё и на Марс не слетали (хотя американский миллиардер Илон Маск грозится в 2030 году начать массовую колонизацию Красной планеты), а тут — к звёздам? Но речь пока не идёт о людях. К звёздам в том же 2030 году должен отправиться «Межзвёздный зонд» — автоматический корабль NASA, над созданием которого сейчас работают около 200 ведущих учёных и талантливых инженеров из разных стран мира.

Проект Interstellar Probe: Летим к звёздам!

Быстрее всех, дальше всех

Когда американские астронавты совершили первую высадку на Луну, Ральфу Макнатту было 15 лет. Тогда-то в его душе и поселилась мечта о будущих прогулках «по пыльным тропинкам далёких планет».
Увы, этой мечте не суждено было сбыться. Зато Макнатт, ныне сотрудник лаборатории прикладной физики Университета имени Дж. Хопкинса (Балтимор, США), стал главным разработчиком и вдохновителем проекта «Межзвёздный зонд».
Через 10 лет в космос на самой большой в мире ракете отправится космическая станция, буквально нашпигованная новейшей навигационной и исследовательской аппаратурой. Используя для разгона силы притяжения самых крупных объектов Солнечной системы, Солнца и Юпитера, корабль сможет набрать скорость, в четыре-пять раз превышающую скорость самых быстроходных космических кораблей нашего времени.
На достижение условной границы Солнечной системы «Вояджер-2» потратил сорок с лишним лет полёта (подробнее об этом см. статью «Прощай, Солнце, прощай!» в «Тайнах XX века» №50 за 2019 год). «Межзвёздному зонду» для этого понадобится около десяти.
Конечно, по сравнению с межзвёздными расстояниями это немного. Но, как заявил Ральф Макнатт, перефразируя известное китайское изречение, дорога в миллиарды миль начинается с первого шага. Этим первым шагом и должен стать полёт «Межзвёздного зонда».

По пути «Вояджеров»

Граница Солнечной системы здесь названа «условной» по одной простой причине: до последнего времени не было её чёткого определения, которое устраивало бы всех учёных. В конце прошлого столетия границей считалась орбита Плутона: среднее расстояние до Солнца — 5,9 млрд. км. Однако в начале XXI века выяснилось (во многом благодаря данным, присланным «Вояджерами»), что и за Плутоном имеется достаточно объектов, относящихся к Солнечной системе.
В дальнейшем стали считать, что граница Солнечной системы определяется скоростью «солнечного ветра» и его взаимодействием с «межзвёздным ветром». «Ветер» здесь — также понятие условное; имеется в виду поток заряженных частиц, который любая звезда, в том числе наше Солнце, щедро посылает во все стороны и на достаточно большие расстояния.
Вблизи орбиты Земли скорость «солнечного ветра» достигает 400 километров в секунду. Это очень большая величина, примерно в 10 раз больше скорости звука в этих окрестностях. Но ведь вокруг Земли — пустота, скажете вы; откуда же взяться звуку? Законный вопрос.
«Звук» в космосе такая же условность, как и «ветер». Термин для наглядности, помогающий понять происходящее.
Дело в том, что вакуум, окружающий Землю и другие планеты нашей системы, вовсе не такой уж пустой. Он заполнен этим самым «солнечным ветром» и другими космическими частицами. Следовательно, как и в любой непустой среде, в нём могут происходить так называемые малые возмущения. А значит, и здесь можно определить скорость звука, которая соответствует скорости распространения малых возмущений.
По мере удаления от Солнца «солнечный ветер» все в большей степени сталкивается с «межзвёздным ветром» (его ещё называют «межзвёздной плазмой»). За счёт этого скорость «солнечного ветра» гасится и на расстоянии примерно 10 млрд. км от Солнца из сверхзвуковой становится просто звуковой.
Этому расстоянию, до которого «Вояджер-1» долетел в 2004 году, а «Вояджер-2» — в 2007-м, учёные дали название «гелиосферная ударная волна». Следующая после гелиосферной ударной волны условная граница Солнечной системы называется гелиопаузой.
Гелиопауза — это расстояние от Солнца, на котором уравнивается давление «солнечного ветра» и «межзвёздной плазмы». Гелиопауза ограничивает гелиосферу — область пространства, которая, собственно, и является Солнечной системой.
Именно гелиопаузу в 2012 году пересёк «Вояджер-1», а в 2019 году — «Вояджер-2».

Пузырь, конус или рогалик?

На «Вояджере-2» исправно функционировала аппаратура для измерения скорости и плотности «солнечного ветра» и «межзвёздной плазмы», а также напряжённости связанных с ними магнитных полей. На «Вояджере-1» эти приборы сломались ещё до того, как он пересёк орбиту Плутона. Поэтому практически все, что известно сейчас о гелиопаузе, мы знаем благодаря «Вояджеру-2».
Главной новостью для учёных, строящих различные теоретические модели границ Солнечной системы, оказалось то, что гелиопауза находится значительно ближе к Солнцу, чем предполагалось.
Теоретические оценки давали расстояние порядка 140-150 астрономических единиц (1 астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца); однако, по данным «Вояджера-2», это расстояние равно примерно 120 астрономическим единицам.
И вот тут начинается самое интересное. «Вояджер-2» измерил расстояние до границы Солнечной системы там, где он пересёк гелиопаузу. Но значит ли это, что гелиопауза везде находится на таком расстоянии от Солнца?
Это было бы так, если бы гелиосфера, которая находится внутри гелиопаузы, по форме действительно была сферой.
Но, скорее всего, это не так.
Дело в том, что во Вселенной нет ничего неподвижного. Планеты вращаются вокруг Солнца. Солнце с планетами движется относительно центра Млечного Пути. Сам Млечный Путь движется по отношению к некоему внегалактическому Центру. В процессе движения Солнца гелиосфера сталкивается с сопротивлением межзвёздной среды, которая, возможно, вытягивает околосолнечное пространство в «пузырь», а то и вовсе превращает его в конус с относительно небольшой вершиной и очень длинным и широким «хвостом». Есть и вовсе экзотические теории — к примеру, что гелиосфера имеет форму рогалика с двумя тянущимися за ней конусовидными концами.
Так что же пересёк «Вояджер-2» — тонкую плёнку, окружающую «пузырь», головку конуса или оболочку рогалика?
Ответ на этот вопрос может дать «Межзвёздный зонд». Его двигатели, запас горючего и аппаратура рассчитаны на сотни лет полёта. На Земле сменится не одно поколение людей, а «Межзвёздный зонд» будет продолжать свой путь в глубины Вселенной и посылать бесценную информацию как о нашей системе, так и о далёких мирах. Информацию, которая будет приходить на Землю всё с большей и большей задержкой (ведь скорость электромагнитных сигналов всего-навсего 300000 км/ сек), но все же будет.

Куда лететь — вот вопрос…

Проект «Межзвёздный зонд» технологически вполне осуществим. Уже сейчас.
Проблема не в деньгах — хотя это весьма и весьма дорогостоящий проект — несколько миллиардов долларов, — а в том, что учёные никак не могут договориться о том, куда (то есть в какую сторону космоса) должен лететь корабль.
«Межзвёздный зонд», к сожалению, может нести лишь ограниченное количество научно-исследовательской аппаратуры. Его нельзя «обвешать» приборами, как новогоднюю ёлку игрушками, для решения всех тех задач, которые, по мнению астрофизиков, являются приоритетными. В этом случае он просто не сможет развить необходимую для быстрого пролёта сквозь Солнечную систему скорость. Многие согласны с тем, что главная цель «Межзвёздного зонда» — изучение строения гелиосферы и свойств гелиопаузы.
Если отправить «Межзвёздный зонд» в сторону вершины конуса (или в середину «рогалика»), то он сможет достигнуть границы Солнечной системы лет за десять. Но в этом случае останется открытым вопрос о существовании «хвоста». Если же направить корабль в сторону ожидаемого хвоста, то он может лететь в хвосте сотни лет (ведь хвост, если он есть, очень длинный), и все остальные вопросы к межзвёздному пространству останутся «за кадром».
Но помимо выяснения формы гелиосферы на очереди немало других важных задач. Почему бы, к примеру, не завернуть по пути к Юпитеру и не обнаружить признаки жизни на его самом многообещающем в этом смысле спутнике — Европе? Ведь, по предварительным данным, на Европе есть вода, целые океаны воды. А вода, как известно, верный спутник жизни… Или наоборот, поскорее пролететь всю Солнечную систему и поискать на расстоянии 400 астрономических единиц таинственную «последнюю планету». По теоретическим оценкам, её масса примерно в пять раз больше земной. Разве не требуется выяснить, является она газовым гигантом типа Юпитера или Нептуна или у неё есть твёрдая поверхность и приемлемая для людей атмосфера?
Что касается самого «отца» «Межзвёздного зонда» Ральфа Макнатта, то вопрос «куда лететь» волнует его не сильно. Макнатту идёт уже 66-й год, а потому ему очень хочется, чтобы учёные, от которых зависит и финансирование, поскорее договорились между собой, и можно было приступить к реализации проекта.
У Макнатта есть и другой серьёзный повод для беспокойства. Он не имеет отношения к астрофизическим проблемам, а носит, скорее, социально-психологический характер. Как уже говорилось выше, полёт «Межзвёздного зонда» может, если всё сложится удачно, продлиться сотни лет. За это время сменится не одно поколение исследователей. И в каждом поколении должен быть кто-то, поддерживающий интерес к данным, поступающим с корабля, и готовящий себе достойных преемников.
В интервью, данном в ноябре 2019 года журналу Scientific American, Макнатт сравнивает свой многолетний труд с трудом Сизифа из древнегреческой мифологии, обречённого вечно катить огромный камень вверх по склону. «Я пытаюсь закатить этот камень на гору, — говорит он. — Но одновременно с этим я изо всех сил пытаюсь убедить кого-то ещё, что ему очень сильно захочется меня сменить».

Журнал: Тайны 20-го века №18, апрель 2020 года
Рубрика: Глобальные проекты
Автор: Ольга Строгова

Метки: Тайны 20 века, космос, зонд, проект, полёт, звезда



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру; 2010 —