Мечты о звездах: зачем куда-то лететь, когда есть телескопы?
»Если мы можем куда‑то добраться, то какие еще нужны причины, чтобы сделать это? »
Вепринцев В. И.
Предыдущая статья
Когда начинаешь чем-то заниматься, стоит хотя бы себе самому ответить на вопрос: зачем нужно это делать? Действительно, зачем создавать межзвездную автоматическую станцию с единственной целью: сделать несколько фотографий и переслать их на землю? Зачем куда-то лететь, если проще и быстрее создать систему космических телескопов-интерферометров, разрешающая способность которой будет многократно превосходить любой из существующих, в том числе и James Webb Space Telescope. Да и результат будет получен уже при жизни текущего поколения людей, а не спустя сотни лет или больше — ведь преодолеть несколько световых лет мгновенно не получится, придется долго разгоняться, а затем столько же тормозить. И объем полученных данных с одного телескопа/системы телескопов будет на порядки больше. К тому же, нельзя забывать про вероятность аварии в результате ошибки или отказа одной из систем межзвездного зонда.
Здесь я попробую донести до читателя, зачем нужно именно лететь, а не совершенствовать средства дистанционного изучения других планетарных систем.
Как изучать экзопланеты не улетая из солнечной системы?
Дистанционное изучение экзопланет возможно с помощью телескопов. Их возможности уже позволяют делать снимки, на которых можно различить экзопланеты у других звёзд в виде маленьких пятен. В качестве примера ниже приведены снимки экзопланеты HIP 65426 b, сделанные телескопами VLT (Очень большой телескоп) и JWST (более известный как Джеймс Вебб). Изображение, полученное с первого телескопа, обладает более высоким угловым разрешением, так как он находится на Земле, имеет больший размер и работает на более коротких волнах. JWST расположен в космосе, является самым большим телескопом из когда-либо запущенных, и работает в ИК диапазоне, недоступном для наблюдений с Земли (атмосфера поглощает этот диапазон). Эти телескопы — самые совершенные из когда-либо созданных, но несмотря на это их угловое разрешение не позволяет увидеть поверхность экзопланет.
HIP 65426 b — планета гигант, больше и тяжелее Юпитера, угловой размер которой будет 10–7 угловой секунды при наблюдении из Солнечной системы. Чтобы угловое разрешение телескопа стало соизмеримо с угловым размером экзопланет, необходимо увеличить его размер (или базу в случае системы телескопов) до сотен километров, либо переместиться в более коротковолновый диапазон световых волн. Подобные проекты существуют, но пока только в виде проектов. Например, проект LIFE — система из четырех или более телескопов, работающих на принципе обнуляющей интерферометрии.
Про телескопы можно писать и говорить много и долго. Я надеюсь, приведенного здесь материала достаточно, чтобы показать, что возможности телескопов в вопросе исследования экзопланет широки, но, одновременно, весьма ограничены в связи с огромными расстояниями.
Зачем нам нужно научится летать на другие экзопланеты?
Приведу немного цифр, но с одной оговоркой — приведенные ниже значения весьма приблизительные, в разных источниках имеют некоторые отличия, но для представления общей картины этого вполне достаточно:
Земля сформировалась около 4,5 миллиардов лет назад;
Первые следы жизни обнаружены в породах возрастом 4,1–3,5 млрд лет — для появления первых форм жизни потребовалось около 0,5 млрд лет;
Еще 1 миллиард потребовался для появления фотосинтеза — 2,5 млрд лет назад атмосфера начала наполняться кислородом;
Следующие 2 млрд лет ушло на формирование многоклеточной жизни: растений, грибов, животных;
За прошедшие 4.5 млрд лет Земля пережила несколько оледенений. Во время одного из них почти вся поверхность Земли оказалась под снежным покровом (см. «Земля‑снежок») — это оледенение могло окончиться полным оледенением (т.к. лед и снег увеличивают отражательную способность земной коры, Земля начинает получать меньше тепла, температура опускается еще ниже и т. д. до полного замерзания). В этом случае земная жизнь оказалась бы полностью замороженной и погибшей;
Homo sapiens появился около 400 тысяч лет назад;
По некоторым оценкам, пригодные для жизни условия на Земле продлятся еще около 1 млрд лет. После этого, из-за постепенного роста излучаемой Солнцем энергии, температура на Земле существенно повысится, что приведет к постепенной гибели жизни.
Для появления человека потребовалось около 4,5 млрд лет эволюции, а через один миллиард лет людей на Земле, скорее всего, не останется, как и ничего живого. За прошедшие 4,5 млрд лет Земля пережила несколько ледниковых периодов, каждый из которых мог стать последним для жизни. Нам осталось менее 20% от общего времени пригодных для жизни условий на Земле. Или меньше. Но наверняка не больше. Все это говорит о том, что появление и сохранение жизни на нашей планете — большая удача. Нам крупно повезло, что мы сейчас живем. И хоть мы не можем сейчас достоверно оценить вероятность появления жизни на пригодной для этого планете, скорее всего, она очень низка (мне так кажется). Во всяком случае из трех планет, находящихся сейчас в зоне обитаемости Солнца, только на Земле возникла и развилась сложная жизнь.
Имея телескопы мы сможем в какой-то степени изучить ближайшие к нам экзопланеты, найти пригодные для жизни. Возможно обнаружим пару планет с признаками жизни. Или не обнаружим. Но сохранить земную форму жизни с помощью телескопов не получится. Придется осваивать сначала ближайшие планеты, создавая технологии, необходимые для жизни человека вне Земли. А затем и думать над расселением в другие звездные системы, если мы хотим сохранить земную форму жизни в общем и людей, как представителей разумного вида, в частности.
Что будет дальше невозможно предугадать, но если не решить проблему распространения земной формы жизни — конец известен.
Цель освоения межзвездных перелетов — распространение земной формы жизни на обнаруженные безжизненные, но пригодные для жизни экзопланеты.
Предварительные условия
Перелет к ближайшей звезде — сложная и дорогая технология, которую придется разрабатывать десятилетиями. Сейчас существует множество проектов межзвездных кораблей, в том числе хорошо проработанных и, в теории, реализуемых (правда не сейчас). Но ни один из них даже не начинали строить. Главные проблемы большинства подобных проектов:
огромная масса полезной нагрузки — требует огромного количества топлива, получается конструкция, которую невозможно оторвать от Земли;
использование «перспективных», но не реализуемых в настоящее время технологий для двигателя (например, термоядерный синтез);
короткие сроки полета — здорово дожить до окончания межзвездной миссии, но очень затратно.
Все это приводит к тому, что ни одна страна в мире или кооперация стран не берется за реализацию подобных проектов.
Поэтому мне интересно хотя бы на бумаге посчитать, возможно ли создать небольшой аппарат, который пусть не при моей жизни и даже не при жизни моих детей, внуков и правнуков, но сможет достичь ближайшую звезду. Исходя из этих соображений получаем следующие условия:
автономный автоматический космический аппарат — человек никуда не летит, но оставаясь на Земле следит за ходом миссии;
полезная нагрузка (без учета системы связи) размером с кубсат 3U (бортовой компьютер, камера, научные датчики). Получится меньше 3U — значит еще лучше;
параболическая антенна, либо плоская фазированная антенная решетка для связи с Землей. Помимо двигателя связь — одна из проблем: маленькой антенной не удастся поддерживать связь на таких расстояниях, а большая будет слишком много весить;
время полета — сотни лет. Несколько сотен лет — это «память поколений». Нет гарантий, что о таком аппарате не забудут уже через сотню лет, но есть надежда. Во всяком случае мы неплохо помним, что было 1–2 века назад и даже раньше;
в качестве двигателя допустимо использовать только те типы, которые реально используются. Никаких перспективных термоядерных технологий, если вдруг завтра такой двигатель создадут и он полетит, тогда и будем его рассматривать, а пока это фантастика. Скорее всего ионный, либо что‑то подобное.
Минимальные размеры и большое время полета — вынужденная мера, чтобы сэкономить на топливе. За это придется расплатиться высокой надежностью всех узлов — еще никому не доводилось создавать и запускать аппараты, способные работать сотни лет, но это по крайней мере инженерная задача, которую можно решить. Скорее всего решение будет простое: снижение температуры и увеличение массы компонентов, плюс отсутствие движущихся частей.
Заключение
Возможно, зарождение жизни — событие с чрезвычайно низкой вероятностью, но если жизнь однажды где‑то появилась — её задача распространиться на максимальный объем. Появившись однажды на Земле жизнь проникла во все возможные её места и заняла всю поверхность Земли. Далее жизнь развилась до человека. Теперь человек должен распространить жизнь дальше, в другие звездные системы.
Что если жизнь всегда появляется там, где есть подходящие условия? Тогда все пригодные для жизни планеты уже заняты и лететь нам незачем. А заселять другую экзопланету, на которой существует другая жизнь, не гуманно. Но если в нашей галактике полно пригодных для жизни, но безжизненных планет — мы должны туда долететь и заселить их. В любом случае, достоверно узнать, есть ли жизнь на другой экзопланете можно только долетев до нее, а для этого нам нужно осваивать технику межзвездных полетов. И если увидим, что есть безжизненные планеты — тогда разрабатывать технологию по расселению жизни.
И последнее. Не стоит надеяться на то, что кто-нибудь создаст какой-то новый двигатель, с помощью которого мы сможем легко и быстро путешествовать на многие световые годы за приемлемый объем ресурсов (например, разработают технологию телепортации). Часто можно услышать: «Давайте подождем, когда создадут X двигатель — вот тогда и полетим» (вместо X подставьте любой «перспективный» тип двигателя, который нравится лично вам). А если не создадут? Или цена перемещения будет запредельной и воспользоваться им не получится? Почему вообще нужно ждать изобретения каких-то новых технологий? Борис Евгеньевич Штерн так сказал про это:
«Упование на какие‑то чудеса в будущем, это эквивалентно отказу от умственной деятельности в настоящем»
Б.Е. Штерн
Я с ним согласен. Больше я не хочу уповать на кого-то, кто сделает межзвездный зонд. Просто буду делать все от меня зависящее, чтобы приблизить этот момент.
Это была вторая и последняя статья не технического характера. В следующей статье я хочу привести расчеты системы связи и понять, возможно ли осуществить связь на расстоянии четырех световых лет или нет? И какие размеры и мощности для этого потребуются.
Если вам есть что сказать или есть вопросы, пишите комментарии!
