Современные исследования космоса. Космические исследования: покорители космоса, ученые, открытия Исследование космического пространства с помощью космических аппаратов

Мощные силы сговорились против вас - в частности, гравитация. Если объект над поверхностью Земли хочет летать свободно, он должен буквально выстрелить вверх со скоростью, превышающей 43 000 км в час. Это влечет большие денежные затраты.

Например, чтобы запустить марсоход “Любопытство” на Марс, потребовалось почти $200 миллионов. А если говорить о миссии с членами экипажа, то сумма значительно увеличится.

Сэкономить деньги поможет многоразовое использование летающих кораблей. Ракеты например, разрабатывались для многоразового использования, и как нам известно, уже есть попытки удачного приземления.

2. Полет

Лететь сквозь космос легко. Это - вакуум, в конце концов; ничто не замедляет вас. Но при старте ракеты возникают сложности. Чем больше масса объекта, тем больше силы нужно, чтобы переместить его, и ракеты имеют огромную массу.

Химическое ракетное топливо отлично подходит для первоначального ускорения, но драгоценный керосин сгорает за считанные минуты. Импульсное ускорение позволит долететь до Юпитера за 5-7 лет. Это чертовски много фильмов в полете. Нам нужен радикальный новый метод для развития скорости полета.

Поздравляем! Вы успешно запустили ракету на орбиту. Но прежде чем вы вырветесь в космос, откуда не возьмись появится обломок старого спутника и врежется в ваш топливный бак. Все, ракеты больше нет.

Это проблема космического мусора, и это очень реально. “Американская Сеть Наблюдения” за космическим пространством обнаружила 17,000 объектов - каждый, размером с мяч - мчащийся вокруг Земли на скоростях больше чем 28 000 км в час; и еще почти 500,000 обломков размером менее 10 см. Адаптеры запуска, крышки для объективов, даже пятно краски могут пробить воронку в критических системах.

Щиты Уиппла - слои металла и кевлара - могут защитить от крохотных частей, но ничто не может спасти вас от целого спутника. Их насчитывается около 4000 на орбите Земли, большинство погибших в воздухе. Управление полетом помогает избежать опасных путей, но не идеально.

Вытолкнуть их из орбиты не реалистично - это займет целую миссию, чтобы избавиться лишь от одного мертвого спутника. Так что теперь все спутники будут падать с орбиты самостоятельно. Они будут выбрасывать за борт дополнительное топливо, а затем использовать ракетные ускорители или солнечный парус, чтобы направиться вниз к Земле и сгореть в атмосфере.

4. Навигация

“Сеть Открытого космоса”, антенны в Калифорнии, Австралии, и Испании, являются единственным навигационным инструментом для космоса. Все, что запускается в космос – от спутников студенческих проектов до зонда “Новые горизонты”, блуждающего через Пояс Копейра, зависит от них.

Но с большим количеством миссий, сеть становится переполненной. Коммутатор часто занят. Так что в ближайшем будущем, НАСА работает над тем, чтобы облегчить нагрузку. Атомные часы на самих кораблях сократят время передачи в половину, позволяя вычислять расстояния с единственной передачей информации из космоса. И увеличение пропускной способности лазеров будет обрабатывать большие пакеты данных, таких как фотографии или видео-сообщения.

Но чем дальше ракеты отдаляются от Земли, тем менее надежным становится этот метод. Конечно, радиоволны путешествуют со скоростью света, но передачи в глубокий космос по-прежнему занимают несколько часов. И звезды могут указать вам направление, но они слишком далеко, чтобы указать вам, где вы находитесь.

Эксперт по навигации открытого космоса Джозеф Гинн хочет проектировать автономную систему для будущих миссий, которая собрала бы изображения целей и соседних объектов и использовала бы их относительное местоположение, чтобы разбить на треугольники координат космического корабля, не требующее никакого наземного управления.

Это будет как GPS на Земле. Вы ставите GPS приемник на свое авто и проблема решена.

5. Радиация

Вне безопасного кокона атмосферы Земли и магнитного поля, вас ждет космическая радиация, и это смертельно. Кроме рака, это может также вызвать катаракту и возможно болезнь Альцгеймера.

Когда субатомные частицы стучат в атомы алюминия, из которого сделан корпус космического корабля, их ядра взрываются, испуская еще больше сверхбыстрых частиц, называемых вторичной радиацией.

Решение проблемы? Одно слово: пластик. Он легкий и крепкий, и он полон водородных атомов, маленькие ядра которых не производят много вторичной радиации. НАСА тестирует пластик, который сможет смягчить радиацию в космических кораблях или космических скафандрах.

Или как насчет этого слова: магниты. Ученые на космическом радиационном проекте “Щит Сверхпроводимости” работают над диборидом магния – сверхпроводник, который отклонил бы заряженные частицы далеко от судна.

6. Еда и вода

В августе прошлого года астронавты на ISS съели несколько листьев салата, который они вырастили в космосе, впервые. Но крупномасштабное озеленение в нулевой гравитации – это сложно. Вода плавает вокруг в пузырях вместо того, чтобы сочиться через почву, поэтому, инженеры изобрели керамические трубы, чтобы направлять воду вниз к корням растений.

Некоторые овощи уже довольно космически-эффективны, но ученые работают над генетически модифицированной карликовой сливой, высотой меньше метра. Белки, жиры и углеводы могут восполнятся за счет более разнообразного урожая - как картофель и арахис.

Но все это будет зря, если вы исчерпаете всю воду. (На ISS системе переработки мочи и воды необходим периодический ремонт, и межпланетные экипажи не смогут рассчитывать на доукомплектование новых частей.) ГМО здесь тоже могут помочь. Майкл Флинн, инженер научно-исследовательского центра НАСА, работает над водным фильтром, сделанным из генетически модифицированных бактерий. Он сравнил это с тем, как тонкий кишечник перерабатывает то, что вы пьете. В основном вы – система рециркуляции воды, со сроком полезного использования 75 или 80 лет.

7. Мышцы и кости

Невесомость разрушает тело: определенные иммунные клетки не в состоянии выполнять свою работу, а эритроциты взрываются. Это способствует появлению камней в почках и делает ваше сердце ленивым.

Астронавты на ISS тренируются, чтобы бороться с атрофией мышц и потерей костной массы, но они все еще теряют массу кости в космосе, и те циклы вращения невесомости не помогают другим проблемам. Искусственная гравитация исправила бы все это.

В своей лаборатории в массачусетском технологическом институте, бывший астронавт Лоуренс Янг проводит испытания на центрифуге: испытуемые лежат на боку на платформе и вращают ногами педали на стационарном колесе, а вся конструкция постепенно раскручивается вокруг своей оси. Результирующая сила воздействует на ноги космонавтов, отдалённо напоминая гравитационное воздействие.

Тренажёр Янга слишком ограничен, его можно использовать использовать больше часа или два в день, для постоянной гравитации, целый космический корабль должен будет стать центрифугой.

8. Психическое здоровье

Когда у человека случается инсульт или сердечный приступ, врачи иногда понижают температуру пациента, замедляя их метаболизм, чтобы уменьшить повреждение от отсутствия кислорода. Это – уловка, которая могла бы работать и для астронавтов. Межпланетное путешествие в течение года (как минимум) , проживание в тесном космическом корабле с плохой едой и нулевой частной жизнью - рецепт для космического безумия.

Вот почему Джон Брэдфорд говорит, что мы должны спать во время космического путешествия. Президент проектной фирмы SpaceWorks и соавтор отчета для НАСА на длинных миссиях, Брэдфорд считает, что криогенная заморозка экипажа сократит расходы еды, воды, и сохранит команду от психического расстройства.

9. Посадка

Планета, привет! Вы были в космосе в течение многих месяцев или даже несколько лет. Далекий мир наконец виднеется через ваш иллюминатор. Все, что вы должны сделать – приземлиться. Но вы кренитесь через лишенное трения пространство со скоростью 200,000 миль в час. О, да, и еще есть гравитация планеты.

Проблема приземления все еще одна из самых актуальных, которую предстоит решить инженерам. Вспомните неудачную на Марс.

10. Ресурсы

Когда космические корабли отправятся в долгое путешествие, они возьмут с собой запасы с Земли. Но вы не можете взять с собой все. Семена, кислородные генераторы, возможно несколько машин для строительства инфраструктуры. Но поселенцы должны будут сделать все остальное сами.

К счастью космос не совсем бесплоден. “У каждой планеты есть все химические элементы, хотя концентрации отличаются”, говорит Иэн Кроуфорд, планетарный ученый из Биркбека, Лондонского университета. У луны есть много алюминия. У Марса есть кварц и окись железа. Соседние астероиды – большой источник углеродных и платиновых руд - и воды, как только первопроходцы выяснят, как взорвать материю в космосе. Если взрыватели и бурильщики слишком тяжелы, чтоб взять их на корабль, они должны будут извлечь ископаемые другими методами: таяние, магниты или переваривающие металл микробы. И НАСА изучает процесс 3D печати, чтобы напечатать целые здания - и не будет никакой потребности импортировать специальное оборудование.

11. Исследование

Собаки помогли людям колонизировать Землю, но они не выжили бы на . Чтобы распространиться в новом мире, нам будет нужен новый лучший друг: робот.

Колонизация планеты требует много трудной работы, и роботы могут весь день рыть, не имея необходимость есть или дышать. Текущие прототипы - большие и громоздкие, они с трудом передвигаются по земле. Таким образом, роботы должны быть не похожи на нас, это может быть лёгкий управляемый бот с клешнями в форме экскаваторного ковша, разработанный НАСА, чтобы вырыть лед на Марсе.

Однако, если работа требует ловкости и точности, то тут не обойтись без человеческих пальцев. Сегодняшний космический скафандр разработан для невесомости, а не для пеших прогулок по экзопланете. У прототипа НАСА Z-2 есть гибкие суставы и шлем, который дает четкое представление о любой тонкой фиксации потребностей проводки.

12. Космос огромен

Самой быстрой вещью, которую когда-либо строили люди, является зонд по имени Гелиос 2. Он уже не функционирует, но если бы в космосе был звук, то вы услышали бы его крик, поскольку он до сих пор вращается вокруг солнца на скоростях больше чем 157,000 миль в час. Это почти в 100 раз быстрее, чем пуля, но даже в при такой скорости потребовалось бы приблизительно 19,000 лет, чтобы достигнуть ближайшую к нам звезду – Альфа Центавра. Во время такого длительного полета сменилось бы тысячи поколений. И вряд ли кто-то мечтает умереть от старости в космическом корабле.

Чтобы победить время нам нужна энергия – очень много энергии. Возможно вы могли бы добыть на Юпитере достаточное количества гелия 3 для термоядерного синтеза (после того, как изобретем термоядерные двигатели, конечно же). Теоретически, околосветовых скоростей можно добиться с помощью энергии аннигиляции материи и антивещества, но заниматься подобным на Земле – опасно.

“Вы никогда не хотели бы делать это на Земле”, говорит Ле Джонсон, техник НАСА, который работает над сумасшедшими идеями звездолета. “Если вы сделаете это в открытом космосе, и что-то пойдет не так, вы не разрушаете континент”. Слишком сильно? Как насчет солнечной энергии? Все, что вам потребуется – это парус, размером с Техас.

Намного более изящное решение взломать исходный код вселенной - с помощью физики. Теоретический двигатель Мигеля Алькубьерре сжал бы пространство-время перед вашим кораблем и расширил бы позади него, так вы могли бы перемещаться скоростью, превышающую скорость света.

Человечеству будут нужны еще несколько Эйнштейнов, работающих в местах как Большой Адронный Коллайдер, чтобы распутать все теоретические узлы. Вполне возможно, что мы сделаем некоторое открытие, которое изменит все, но этот прорыв вряд ли спасет сложившуюся ситуацию. Если вы хотите больше открытий, вы должны вкладывать в них большие деньги.

13. Есть только одна Земля

Пара десятилетий назад, научно-фантастический автор Ким Стэнли Робинсон изобразил схематически будущую утопию на Марсе, построенном учеными из перенаселенной, перенапрягшей Земли. Его “Марсианская трилогия” сделала мощный толчок для колонизации . Но, на самом деле, кроме науки, почему мы стремимся в космос?

Потребность исследовать заложена в наши гены, это единственный аргумент - первопроходческий дух и желание узнать свое предназначение. “Несколько лет назад мечты о покорении космоса занимали наше воображение, - вспоминает сотрудник NASA, астроном Хайди Хаммел. - Мы говорили на языке отважных покорителей космоса, но всё изменилось после того, как станция «Новые горизонты» в июле 2015 года. Перед нами открылось всё многообразие миров Солнечной системы».

А что же с судьбой и предназначением человечества? Историки знают лучше. Расширение Запада было захватом земли, и великие исследователи были главным образом в нем ради ресурсов или сокровищ. Человеческая охота к перемене мест выражается только в обслуживании политического или экономического желания.

Конечно, нависшее разрушение Земли может быть стимулом. Исчерпайте ресурсы планеты, измените климат, и космос станет единственной надеждой на выживание.

Но это опасный ход мыслей. Это создает моральную опасность. Люди думают, что если мы , то можем начать с чистого листа где-нибудь на Марсе. Это неправильное суждение.

Насколько нам известно, Земля – единственное пригодное для жилья место в известной нам Вселенной. И если мы собираемся покинуть эту планету, то это должно быть нашим желанием, а не следствием безвыходного положения.

Специалисты по исследованию планет определили приоритеты в изучении Солнечной Системы.

Людей, родившихся уже в эпоху освоения космоса, книги о Солнечной системе, вышедшие до 1957 г., зачастую приводят в состояние шока. Как мало старшее поколение знало, не имея даже представления об огромных вулканах и каньонах Марса, по сравнению с которыми гора Эверест кажется лесным муравейником, а Большой каньон похож на кювет у обочины. Возможно, ранее считали, что под облаками Венеры могут скрываться роскошные влажные джунгли, или бескрайняя сухая пустыня, или бурлящий океан, или огромные смоляные болота — все, что угодно, но только не то, что оказалось на самом деле: огромные вулканические поля — сцены Ноева потопа из застывшей магмы. Вид Сатурна ранее представлялся унылым: два расплывчатых кольца, тогда как сегодня мы можем любоваться сотнями и тысячами изящных колечек. Спутники планет-гигантов были пятнами, а не фантастическими ландшафтами с метановыми озерами и пылевыми гейзерами.

В те годы все планеты выглядели как малые островки света, а Земля казалась гораздо больше, чем сегодня. Никто и никогда не видел нашу планету со стороны: голубой мрамор на черном бархате, покрытый тонким слоем воды и воздуха. Никто не знал, что Луна была обязана своим рождением удару, или что гибель динозавров произошла единовременно. Никто до конца не понимал, как человечество может полностью изменить окружающую среду на всей планете. Кроме того, космическая эра обогатила нас знаниями о природе и открыла новые перспективы.

С момента запуска спутника в исследованиях планет несколько раз случались взлеты и падения. Например, в 1980-е гг. работы почти застопорились. Сегодня десятки зондов различных стран бороздят Солнечную систему — от Меркурия до Плутона. Но бюджет урезают, расходы растут и не всегда приводят к нужному результату, что бросает тень на NASA. В настоящее время агентство переживает далеко не лучший период своей истории с тех пор, как 35 лет назад Никсон закрыл программу «Аполлон».

«Специалисты NASA продолжают поиск приоритетных направлений, по которым будут проводиться исследования, — говорит Энтони Джанетос (Anthony Janetos ) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, член Национального исследовательского совета (NRC), курирующего программу NASA по наблюдению Земли. — Они исследуют космос? Они изучают человека или занимаются чистой наукой? Они рвутся к галактикам или ограничиваются Солнечной системой? Их интересуют шаттлы и космические станции или только природа нашей планеты?»

В принципе, такое развитие событий должно дать плоды. Должны возродиться не только программы с использованием автоматических зондов, но и пилотируемые космические полеты. Президент Джордж Буш определил в 2004 г. цель — ступить на поверхность Луны и Марса. Несмотря на всю спорность этой затеи, в NASA за нее ухватились. Но трудность состояла в том, что все это быстро превратилось в нефинансируемое поручение и заставило агентство пробивать стену, традиционно «защищающую» научные и пилотируемые программы от перерасхода средств. «Я полагаю, все знают, что у агентства недостаточно денег для проведения всех необходимых работ, — говорит Билл Клейбо (Bill Claybaugh ), директор отдела исследований и анализа NASA. — На космические агентства других стран деньги тоже не льются золотым дождем».

NRC временами делает шаг назад и интересуется, как обстоят дела с планетными исследованиями в мире. Поэтому мы представляем список приоритетных целей.

1. Мониторинг климата Земли

В 2005 г. комиссия Национального исследовательского совета пришла к выводу: «существует риск того, что система спутников наблюдения за окружающей средой выйдет из строя». С тех пор ситуация изменилась. NASA за пять лет перебросило $600 млн с проектов исследования Земли на программу поддержки шаттлов и космической станции. В то же время развитие новой национальной системы спутников на полярных орбитах для наблюдения Земли превысило бюджет и должно быть урезано. Это касается приборов, исследующих глобальное потепление, измеряющих падающее на Землю солнечное излучение и отражающиеся от поверхности Земли инфракрасные лучи.

В результате более 20 спутников Системы наблюдения Земли закончат функционировать еще до того, как им на смену придут новые аппараты. Ученые и инженеры надеются, что смогут некоторое время поддерживать их в рабочем состоянии. «Мы готовы работать, но сейчас нам нужен план, — утверждает Роберт Кахалан (Robert Cahalan ), руководитель отдела климата и излучения Годдардовского центра космических полетов NASA. — Нельзя ждать, пока они сломаются».

Если спутники перестанут функционировать до того, как им придет замена, то возникнет пробел в поступлении данных, затрудняющий отслеживание изменений. Например, если аппараты следующего поколения заметят, что Солнце стало ярче, то трудно будет понять, действительно ли это так, или неверно откалиброваны приборы. Если не будут проводиться непрерывные наблюдения со спутников, данный вопрос не решить. Наблюдения поверхности Земли со спутников Landsat , проводившиеся с 1972 г., уже несколько лет как прекращены, и Министерство сельского хозяйства США вынуждено покупать данные с индийских спутников для наблюдений за урожаем.

Комиссия NRC призывает восстановить финансирование и в будущем десятилетии запустить 17 новых аппаратов, следящих за ледовым покровом и содержанием двуокиси углерода, чтобы изучить влияние таких факторов на погоду и улучшить методы ее прогноза. К сожалению, исследование климата оказывается между рутинным наблюдением за погодой (задача NOAA) и наукой (этим занимается NASA). «Основная проблема в том, что никому не поручено заниматься мониторингом климата», — считает климатолог Дрю Шиндел (Drew Shindell ) из Годдардовского центра космических исследований NASA. Как и многие другие ученые, он полагает, что правительственные климатические программы, распределенные по разным ведомствам, должны быть собраны вместе и переданы одному управлению, которое будет заниматься только этой тематикой.

План действий

• Финансировать 17 новых спутников, предлагаемых NASA в будущем десятилетии (стоимость — около $500 млн в год).
• Основать управление по исследованию климата.

2. Подготовка защиты от астероидов

Астероидная угроза

Астероиды диаметром 10 км (убийцы динозавров) падают на землю в среднем раз в 100 млн лет. Астероиды диаметром около 1 км (глобальные разрушители) — раз в полмиллиона лет. Астероиды размером 50 м, способные разрушить город, — раз в тысячелетие.

«Обзор для космической защиты» выявил более 700 тел километрового размера, но все они не опасны для нас в ближайшие века. Однако этот обзор сможет обнаружить не более 75% таких астероидов.

Шанс, что среди необнаруженных 25% окажется астероид, который упадет на землю, мал. Средний риск составляет до 1 тыс. Погибших человек в год. Риск от астероидов меньшего размера — в среднем до 100 человек в год.

Астероид такой огромный, а космический зонд так мал... но дайте время, и даже слабая ракета сможет отклонить гигантскую скалу с ее опасной орбиты

Как и мониторинг климата, защита планеты от астероидов, по-видимому, оказалась как бы «между двумя стульями». Ни NASA, ни Европейское космическое агентство (European Space Agency , ESA) не имеют мандата на спасение человечества. Лучшее, что они сделали, — программа «Обзор для космической защиты» (Spaceguard Survey , NASA) с бюджетом $4 млн в год по поиску в околоземном пространстве тел диаметром более 1 км, которые могут причинить вред не только какому-либо региону планеты, но и Земле в целом. Однако пока никто не занимается систематическим поиском более мелких «региональных разрушителей», которых в окрестности Земли должно быть около 20 тыс. Не существует и Управления космических угроз, которое бы объявляло тревогу в случае необходимости. Если бы технология защиты существовала, понадобилось бы не менее 15 лет, чтобы обеспечить защиту от опасного вторжения. «Сейчас в США нет всеобъемлющего плана», — говорит Ларри Лемке (Larry Lemke ), инженер Эймсонского центра NASA.

На запрос Конгресса в марте 2007 г. NASA опубликовало доклад, в котором сказано, что выявление тел размером от 100 до 1000 м можно возложить на Большой обзорный телескоп (Large Sinoptic Survey Telescope , LSST), разрабатываемый для обзора неба и поиска новых объектов. Разработчики этого проекта считают, что в том виде, в каком телескоп был задуман, он сможет за 10 лет работы (2014-2024 гг.) обнаружить 80% указанных тел. При вложении в проект дополнительных $100 млн эффективность может возрасти до 90%.

Как и у всех наземных инструментов, возможности телескопа LSST ограничены. Во-первых, у него есть слепая зона: наиболее опасные объекты, движущиеся вблизи орбиты Земли немного впереди или позади нашей планеты, он может наблюдать только в лучах утренней или вечерней зари, когда солнечные лучи мешают обнаруживать их. Во-вторых, этот телескоп может определять массу астероида только косвенно — по его блеску. При этом оценка массы может различаться вдвое: большой темный астероид можно спутать с маленьким, но светлым. «А такое различие может оказаться очень важным, если нам необходима защита», — считает Клейбо.

Для решения этих проблем NASA решило построить инфракрасный космический телескоп стоимостью $500 млн и вывести его на орбиту вокруг Солнца. Он сможет фиксировать любую угрозу Земле и, наблюдая небесные тела в разных длинах волн, определять их массу с ошибкой не более 20%. «Если вы хотите все сделать правильно, то надо из космоса наблюдать в инфракрасном диапазоне», — говорит Дональд Йоманс (Donald Yeomans ) из Лаборатории реактивного движения, соавтор доклада.

Что делать, если астероид уже движется в направлении нашей планеты? Эмпирическое правило гласит: для отклонения астероида на величину радиуса Земли нужно за десять лет до столкновения изменить его скорость на миллиметр в секунду, толкая его ядерным взрывом или оттягивая гравитационным притяжением.

В 2004 г. комиссия NASA по экспедициям к околоземным объектам рекомендовала провести испытания. Согласно проекту «Дон Кихот» стоимостью $400 млн, предполагается изменить его траекторию движения за счет удара о четырехсоткилограммовое препятствие. Выброс вещества после столкновения в результате реактивного эффекта сместит направление астероида, но никто не знает, насколько сильным окажется данный эффект. Определение этого и есть главная задача проекта. Ученые должны найти тело на такой далекой орбите, чтобы случайно своим ударом не перевести его на встречный курс с Землей.

Весной 2008 г. ESA закончило предварительный проект и тут же из-за отсутствия денег положило его на полку. Для осуществления своих планов оно попробует объединить усилия с NASA и/или Японским космическим агентством (Japan Aerospace Exploration Agency , JAXA).

План действий

• Расширенный поиск астероидов, включая мелкие тела, возможно, с помощью специального космического инфракрасного телескопа.
• Эксперимент по управляемому отклонению астероида.
• Развитие официальной системы оценки потенциальной опасности.

3. Поиск новой жизни

До запуска спутника ученые считали Солнечную систему настоящим раем. Затем оптимизма поубавилось. Оказалось, что сестра Земли — сущий ад. Подлетев же к пыльному Марсу, «Маринеры» обнаружили, что его покрытый кратерами ландшафт похож на лунный; сев на его поверхность, «Викинги» не смогли найти ни одной органической молекулы. Но позже обнаружились места, пригодные для жизни. Все еще подает надежды Марс. Спутники планет, особенно Европа и Энцелад, видимо, обладают большими подповерхностными морями и огромным количеством исходного вещества для формирования жизни. Даже Венера могла быть когда-то покрыта океаном. На Марсе NASA ищет не сами организмы, а следы их существования в прошлом или настоящем, ориентируясь на наличие воды. Последний зонд «Феникс», запущенный в августе, должен в 2008 г. сесть в неизученной северной полярной области. Это не марсоход, а стационарный аппарат с манипулятором, способным разрыть почву вглубь на несколько сантиметров для поиска отложений льда. Готовится к полету и «Марсианская научная лаборатория» (Mars Science Laboratory , MSL) стоимостью $1,5 млрд — марсоход размером с автомобиль, который должен быть запущен в конце 2009 г. и совершить посадку через год.

Но постепенно ученые вернутся к прямому поиску живых организмов или их остатков. В 2013 г. ESA планирует запустить зонд «ЭкзоМарс» (ExoMars ), оснащенный такой же лабораторией, как у «Викингов», и буром, способным углубиться в грунт на 2 м — достаточно, чтобы достичь слоев, где не разрушаются органические соединения.

Многие специалисты по планетам считают приоритетным направлением изучение породы, доставленной с Марса на Землю. Анализ даже небольшого ее количества даст возможность глубоко проникнуть в историю планеты, как это сделала программа «Аполлон» в отношении Луны. Проблемы с бюджетом NASA отодвинули многомиллиардный проект к 2024 г., но Агентство уже приступило к модернизации аппарата MSL, чтобы он мог сохранить образцы коллекции.

Что касается спутника Юпитера — Европы, то ученые также хотели бы иметь орбитальный аппарат, чтобы измерить, как форма и гравитационное поле спутника откликаются на приливное влияние со стороны Юпитера. Если внутри спутника жидкость, его поверхность будет подниматься и опускаться на 30 м, а если нет — всего на 1 м. Магнитометр и радар помогут заглянуть под поверхность и, возможно, нащупать океан, а фотокамеры позволят составить карту поверхности для подготовки к посадке и бурению.

Естественным продолжением работы «Кассини» вблизи Титана были бы орбитальный и посадочный аппараты. Атмосфера Титана похожа на земную, что позволяет использовать аэростат с горячим воздухом, который время от времени сможет опускаться на поверхность и брать образцы. Целью всего этого, указывает Джонатан Лунин (Jonatan Lunine ) из Аризонского университета, стал бы «анализ находящейся на поверхности органики, чтобы проверить, происходит ли продвижение в самоорганизации вещества, с которого, как думают многие специалисты, началось зарождение жизни на Земле».

В январе 2007 г. NASA приступало к рассмотрению этих проектов. Агентство планирует в 2008 г. сделать выбор между Европой и Титаном. Зонд стоимостью $2 млрд, возможно, будет запущен уже в ближайшие десять лет. Второму небесному телу придется ждать еще лет десять.

В конце концов, может оказаться, что земная жизнь уникальна. Это было бы печально, но вовсе не означало бы, что все усилия затрачены впустую. По словам Брюса Якоски (Bruce Jacosky ), директора Астробиологического центра Колорадского университета, астробиология позволяет понять, насколько разнообразной может быть жизнь, каковы ее предпосылки, и как она зарождалась на нашей планете 4 млрд лет назад.

План действий

• Получение образцов марсианского грунта.
• Подготовка к исследованию Европы и Титана.

4. Разгадка происхождения планет

Как и зарождение жизни, формирование планет было сложным, многоступенчатым процессом. Юпитер был первым и затем управлял другими. Как долго шло это образование? Или он зародился в едином гравитационном сжатии, как малая звезда? Сформировался ли он вдали от Солнца и затем приблизился к нему, как об этом свидетельствует аномально высокое содержание в нем тяжелых элементов? И мог ли он при этом расталкивать на своем пути небольшие планеты? Спутник Юпитера «Юнона», который NASA собирается запустить в 2011 г., должен помочь ответить на эти вопросы.

Разобраться с формированием планет помогло бы и развитие идеи зонда «Стардаст», который в 2006 г. доставил образцы пыли из комы, окружающей твердое ядро кометы. По словам руководителя проекта Дональда Браунли (Donald Brownlee ) из Вашингтонского университета, «Стардаст» показал, что кометы были колоссальными сборщиками вещества протосолнечной туманности на ранней стадии формирования Солнечной системы, которое застыло во льду и сохранилось до наших дней. «Стардаст» доставил замечательные пылинки из внутренней области Солнечной системы, из внесолнечных источников и, по-видимому, даже из разрушенных объектов типа Плутона, но их очень мало». JAXA планирует получить образцы из ядер комет.

Площадкой для астроархеологических исследования может стать и Луна. Она была своеобразным Розеттским камнем для понимания истории столкновений в молодой Солнечной системе, поскольку помогла связать относительный возраст поверхности, определенный путем подсчета кратеров, с абсолютной датировкой образцов, доставленных «Аполлоном» и российской «Луной». Но в 1960-е гг. посадочные аппараты посетили лишь несколько мест. Они не добрались до кратера Эйткен — бассейна величиной с континент на обратной стороне, возраст которого может указывать время окончания формирования планет. NASA сейчас решает вопрос о посылке туда робота, чтобы он взял образцы и доставил их на Землю.

Еще одна загадка Солнечной системы заключается в том, что астероиды Главного пояса, по-видимому, возникли до появления Марса, который, в свою очередь, сформировался раньше Земли. Похоже, что волна формирования планет шла внутрь, вероятно, спровоцированная Юпитером. Но вписывается ли Венера в эту закономерность? Ведь эта планета с ее кислотными облаками, огромным давлением и адской температурой — не самое приятное место для посадки. В 2004 г. NRC рекомендовал забросить туда аэростат, который сможет на короткое время опуститься на поверхность, взять образцы, а затем набрать необходимую высоту, чтобы проанализировать их или отправить на Землю. В середине 1980-х гг. Советский Союз уже посылал на Венеру космические аппараты, а сейчас Российское космическое агентство планирует запуск нового спускаемого аппарата.

Изучение формирования планет в некоторой степени похоже на исследования происхождения жизни. Венера расположена на внутреннем краю зоны жизни, Марс — на внешнем, а Земля — посередине. Понять различие между этими планетами значит продвинуться в поисках жизни вне Солнечной системы.

План действий

• Получить образцы вещества с ядер комет, Луны и Венеры.

5. За переделом Солнечной системы

Два года назад легендарные «Вояджеры» преодолели финансовый кризис. Когда NASA объявило, что собирается закрыть проект, протесты общественности вынудили их продолжить работу. Ничто из созданного руками человека не удалялось от нас настолько, как «Вояджер-1»: на 103 астрономических единицы (а.е.), т. е. в 103 раза дальше, чем Земля от Солнца, и каждый год к этому добавляется по 3,6 а.е. В 2002 или 2004 г. (по разным оценкам) он достиг загадочной многослойной границы Солнечной системы, где частицы солнечного ветра сталкиваются с потоком межзвездного газа.

Но «Вояджеры» были созданы для изучения внешних планет, а не межзвездного пространства. Их плутониевые источники энергии иссякают. Уже давно в NASA думают создать специальный зонд, и доклад NRC по солнечной физике от 2004 г. советует агентству начать работу в данном направлении.

Внешние границы

Межзвездный зонд должен исследовать приграничную область Солнечной системы, где газ, выброшенный Солнцем, встречается с межзвездным газом. Он должен иметь скорость, долговечность и оснащение, которых нет у «Вояджеров» и «Пионеров»

Зонд должен измерить содержание аминокислот в межзвездных частицах, чтобы определить, сколько сложного органического вещества попало в Солнечную систему извне. Ему также необходимо найти частицы антивещества, которые могли родиться в миниатюрных черных дырах или темном веществе. Он должен определить, как граница Солнечной системы отражает вещество, включая космические лучи, способные влиять на земной климат. Еще ему надо выяснить, присутствует ли в окружающем нас межзвездном пространстве магнитное поле, которое может играть важную роль в формировании звезд. Этот зонд можно использовать как миниатюрный космический телескоп для проведения космологических наблюдений, свободных от влияния межпланетной пыли. Он помог бы изучить так называемую аномалию «Пионеров» — необъяснимую силу, действующую на два далеких космических зонда «Пионер-10» и «Пионер-11», а также проверить общую теорию относительности Эйнштейна, указав, где гравитация Солнца собирает лучи света далеких источников в фокус. С его помощью можно было бы детально изучить одну из ближайших звезд, например эпсилон Эридана, хотя чтобы добраться туда, потребуются десятки тысяч лет.

Чтобы достичь небесного тела на расстоянии сотен астрономических единиц за время жизни ученого (и плутониевого источника энергии), нужно разогнаться до скорости 15 а.е. в год. Для этого можно использовать один из трех вариантов — тяжелый, средний или легкий, соответственно, с ионным двигателем, питающимся от ядерного реактора, либо солнечный парус.

Тяжелый (36 т) и средний (1 т) зонды были разработаны в 2005 г. командами под руководством Томаса Цурбухена (Tomas Zurbuchen ) из Мичиганского университета в Анн-Арборе и Ральфа Макнатта (Ralph McNutt ) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Но более приемлемым для запуска выглядит самый легкий вариант. ESA рассматривает сейчас предложение международной команды ученых под руководством Роберта Виммер-Швайнгрубера (Robert Wimmer-Schweingruber ) из университета в Киле, Германия. К этому проекту может присоединиться и NASA.

Солнечный парус диаметром 200 м сможет разогнать пятисоткилограммовый зонд. После запуска с Земли он должен устремиться к Солнцу и пройти как можно ближе к нему (внутри орбиты Меркурия), чтобы поймать мощный напор солнечного света. Как спортсмен-виндсерфингист, космический корабль будет двигаться галсами. Перед орбитой Юпитера он должен сбросить парус и полететь свободно. Но прежде инженеры должны разработать достаточно легкий парус и испытать его в упрощенном варианте.

«Такой полет под эгидой ESA или NASA будет следующим логическим шагом в исследовании космоса», — считает Виммер-Швайнгрубер. На ближайшие 30 лет затраты на этот проект оцениваются в $2 млрд. Исследование планет поможет нам понять, насколько Земля вписывается в общую схему, а изучение наших межзвездных окрестностей позволит выяснить то же самое в отношении всей Солнечной системы.