Звезды в рассрочку Поиск обитаемых миров откладывается

Американским астрофизикам, как выяснилось недавно, придется серьезно пересмотреть свои планы. Джордж Буш предложил NASA сосредоточиться на околоземном пространстве, но сэкономить на высоких - в прямом и переносном смыслах - предметах научного любопытства. Возможно, самой болезненной из потерь станет отказ от намерения заглянуть за пределы Солнечной системы - космическое агентство переносит свои "звездные миссии" на неопределенный срок.

Строго говоря, настоящее путешествие к звездам не состоялось бы и так. Расстояние до ближайшей из них (если не считать Солнца) в 9 тысяч раз больше расстояния до Плутона, куда недавно запущенному зонду предстоит добираться 9 лет. Такие темпы освоения пространства едва ли устроили бы прагматичных людей, составляющих бюджет космического ведомства. "Звездными" в NASA называют эксперименты, в результате которых ученые отобрали бы цели для далеких потомков - а именно, потенциально обитаемые планетарные системы в ближайших окрестностях Земли.

11 лет назад была открыта первая экзопланета - так называют тела, обращающиеся вокруг других звезд. Как сообщает сайт NASA, сейчас астрономы знают о существовании 159 "внесолнечных планет", однако о каждой из них по отдельности не известно практически ничего. Разглядеть детали на расстоянии в десятки световых лет практически невозможно (хотя есть и исключения из этого правила), поэтому исследователи вынуждены ограничиваться крайне приблизительными данными о массе, размерах и траектории. Выводы из этих данных пока неутешительны: планет земного типа исчезающе мало, а подавляющее большинство - газовые гиганты вроде Юпитера, Сатурна или Урана. Формы жизни, которые хотя бы отдаленно напоминали бы земные, в таких условиях заведомо не могут возникнуть.

Это значит, что к экзопланетам, которые могли бы заинтересовать астробиологов, предъявляются довольно жесткие требования. Чтобы возникла жизнь, необходима по крайней мере вода - причем обязательно жидкая. Водяной лед и разреженный пар присутствуют даже в кольцах Сатурна, однако найти там хотя бы микробов не надеется никто. Поэтому температура на поверхности должна быть такой, чтобы лед плавился, а жидкость не испарялась мгновенно. Следовательно, радиус орбиты должен попадать в заранее известный интервал, зависящий от особенностей звезды (строго говоря, и от плотности атмосферы планеты, однако судить об этом параметре заранее довольно сложно).

Перечисленного достаточно, чтобы вычеркнуть большую часть уже открытых объектов из списка планет-кандидатов. На розыски новых намеревались отправить три космических обсерватории - Kepler, SIM (Space Interferometry Mission) и Terrestrial Planet Finder. Ни одна из этих миссий в ближайшем будущем не состоится.

Kepler

Зонд Kepler, иллюстрация с сайта NASA
Lenta.ru

В 2008 году ракета Delta II должна была вывести 95-сантиметровый телескоп-фотометр примерно на ту же гелиоцентрическую орбиту, вдоль которой движется Земля. Там, постепенно отставая от планеты, он следил бы за яркостью 100 тысяч звезд Млечного Пути, чтобы по ее спонтанным колебаниям выявлять "звездные затмения" с участием планет. Таком способ (его называют "методом прохождения" - затмение случается, когда темное тело проходит по звездному диску) далеко не универсален: он позволяет заметить только те тела, орбита которых наклонена на доли градуса по отношению к прямой, соединяющей центр звезды с зондом. Расчеты показывают, что при разумных скоростях движения планеты "затмение" длится не больше нескольких часов, а яркость изменяется на величину порядка одной десятитысячной.

На Земле такое отклонение легко спутать с флуктуацией плотности атмосферы, и тем более по его величине нельзя судить о характеристиках экзопланеты. Впрочем, это и не нужно: первая миссия должна была носить "оценочный" характер - то есть, во-первых, очертить участок пространства, где стоит вести поиски, и, во-вторых, сузить круг "подозреваемых" звезд. В-третьих, астрономы хотели бы узнать, насколько часто встречаются планетарные системы у двойных звезд - а для статистических выкладок нужна большая выборка. Дальнейшим экспериментам, согласно замыслу, полагалось быть более точными в ущерб количеству образцов.

SIM

Интерферометр SIM, иллюстрация с сайта NASA

Lenta.ru

Космический интерферометр SIM PlanetQuest задумывался как один из самых точных астрономических приборов, хотя его характеристики, на первый взгляд, и напоминают параметры дорогого, но любительского инструмента. Интерферометр представляет собой 30-сантиметровый телескоп, куда поступает свет от пары зеркал, разделенных 10-метровым расстоянием. С точки зрения оптики, такое устройство эквивалентно 10-метровому телескопу по качеству воспроизведения мелких деталей (это называют разрешающей способностью), хотя "светосила" интерферометра и меньше во много раз. Слабые источники света останутся для него невидимыми, зато яркие, но не слишком удаленные друг от друга звезды будут выглядеть как два различных объекта, даже если их не "разделяет", например, телескоп Hubble. Космический интерферометр оказывается "космической линейкой" для сверхточного измерения расстояний, одно "деление" на которой соответствует 4 микросекундам дуги (это значит, например, что с Луны он мог бы различить головы орла на российской рублевой монете). В частности, SIM способен зафиксировать неровности звездных траекторий, которые объясняются присутствием невидимых планет. Этот эффект срабатывает безотказно даже в тех случаях, когда Kepler не обнаружил бы ничего подозрительного. А "неровности" позволяют вычислить, сколько весит и как далеко от звезды находится планета.

Запуск интерферометра SIM был намечен на 2011 год. Космическую обсерваторию снабдили бы координатами двух тысяч звезд из разных областей Млечного Пути, которые уже прошли предварительный отбор. Интерферометр - в роли "промежуточного звена" между двумя другими миссиями - должен был рассортировать планеты и подготовить список, к каждому пункту которого следовало отнестись уже со всей серьезностью.

Terrestrial Planet Finder

Terrestial Planet Finder, иллюстрация с сайта NASA

Lenta.ru

Terrestrial Planet Finder обоснованно считают наиболее сложной из трех миссий. Обсерваторию решили даже разделить на два независимых модуля - коронограф TPF-C и инфракрасный интерферометр TPF-I. Если миссия все-таки состоится, модули запустят по отдельности. Приборы различной конструкции, каждым из которых занимается своя исследовательская группа, преследуют общую цель - научиться разделять собственный свет звезды и отраженный свет планеты. Как только это станет возможным, астрономы смогут описывать экзопланеты более детально, чем сейчас описывают объекты пояса Койпера. Инфракрасное излучение планеты содержит самую ценную информацию о химическом составе атмосферы и грунта - в этом участке спектра поглощают свет колеблющиеся молекулы, в частности - органические. Если среди них окажутся "биомаркеры" - вещества, однозначно связанные с жизнедеятельностью организмов - ученые смогут считать свою задачу выполненной.

После жизни

Знание о том, что где-либо живут и дышат "чужие", будет оставаться самым важным и самым бесполезным результатом до тех пор, пока не представится возможность познакомиться с ними поближе. При этом едва ли ученые рассчитывают, что в ближайшей окрестности Солнца есть планетарная система, жители которой готовы самостоятельно рассказать о себе. "Биомаркеры" могут с равным успехом быть продуктами метаболизма и бактерии, и гуманоида, однако вероятность второго варианта исчезающе мала. Впрочем, проблемы "контакта" довольно давно выпали из предметного поля науки, так что астрономов больше интересуют более прозаические задачи - как добраться туда, куда пока добраться нельзя.

Первым "шагом к звездам" в NASA называют разработку "кораблей без горючего" - из простых расчетов следует, что на межзвездное путешествие не хватит никакого современного топлива. Простейшим (и одновременно - самым популярным) среди таких проектов по праву считают "солнечный парус" - и именно его намерены сделать основой экспедиции Interstellar. Вопреки названию, она тоже не будет "межзвездной" и закончится в той области, где еще можно обнаружить отдельные транснептуновые астероиды (такие, например, как астероид Седна).

Те, кто собирается запустить "парус", рассчитывают не только поставить новый рекорд скорости, но и узнать с его помощью, как устроено пространство за пределами гелиосферы - области, где сосредоточен "солнечный ветер" и подавляющее большинство тел солнечной системы. Длина предполагаемого маршрута - 60 миллиардов километров - в 600 раз меньше расстояния от Земли до ближайшей звезды, но в 13 раз больше, чем до Плутона. Предполагается, что первую ее половину зонд Interstellar преодолеет за 15 лет.

Корабль с двигателем Буссарда, иллюстрация с сайта NASA

Lenta.ru

Возможности солнечного паруса ограничены тем обстоятельством, что разгоняться он может только в окрестностях Солнца - для чего, в частности, на первом участке траектории должен максимально сблизиться с ним. Соответственно, по мере приближения к другой звезде "парус" будет замедляться из-за ее светового давления. По этой причине в NASA изучают модели двигателей, которые могли бы каким-либо образом разогнаться до околосветовых скоростей, не используя ни запасы топлива, ни солнечный свет. Один из наиболее смелых проектов был предложен в 1960-х годах, однако не реализован до сих пор. Инженер Буссард предложил считать термоядерным горючим разреженный межзвездный газ. При плотности порядка 10-1000 атомов на кубический сантиметр (на Земле это считается недостижимым высоким вакуумом), его должен накапливать, сжимать и разогревать до сотен миллионов градусов особым образом сконструированный реактор. Внутри него газ (который состоит почти исключительно из водорода) превращается в гелий, сообщая кораблю необходимую энергию.

Существуют также проекты, где межзвездный корабль приобретает ускорение за счет серии направленных ядерных взрывов, и многие другие, но сами астрономы признают, что все это ближе к научно-фантастическим выкладкам, чем к реальным планам. Возможно, как раз этим можно объяснить новую стратегию NASA. Чтобы астронавты смогли вовремя вернуться на Луну, ученых, хотя и довольно грубо, решили вернуть на Землю.

Борислав Козловский

Ссылки по теме