Готовы ли Мы к Полётам к Звёздам

«Мысль остановить нельзя»
к/ф «Девять Дней одного года».

Поиски разумной жизни за пределами солнечной системы, безусловно, одна из главных приоритетных целей человечества. Мы пытаемся найти ответ на самый фундаментальный вопрос когда-либо стоящий перед нами – существуют ли внеземные цивилизации. Хотя мы пытаемся найти следы жизни на Марсе и некоторых спутниках нашей солнечной системы, вероятность обнаружить жизнь за пределами солнечной системы гораздо выше, т.к. среди мириадов звёзд с планетными системами могут быть условия, подобные земным.

До недавнего времени ответ на вопрос, готовы ли мы к полётам к звёздам, разумеется, был отрицательным. Это связано с огромными расстояниями даже до ближайших звёзд и отсутствием нужной технологии, которая бы позволяла нам достичь скоростей сравнимых со скоростью света. Даже ближайшая к нам звезда Альфа Центавра находится на расстоянии 4.37 световых лет. Напомню, что расстояния во Вселенной измеряются не в километрах или милях, а в единицах скорости света, которая равна 300000 км/сек. Это наша мировая фундаментальная постоянная, которая, возможно, в других вселенных имеет другие значения. Ничто в нашей Вселенной не может двигаться быстрее света. Световой год – это расстояние, которое свет покрывает за год. Умножив скорость света на один год, переведённый в секунды, мы получим около 10 триллионов км. Это расстояние гораздо больше размера нашей солнечной системы, который свет покрывает всего за 5.5 часов (от Солнца до Плутона).

Свет, испущенный Солнцем, достигает нашу планету через 8 минут, Юпитер через 45 минут и выходит за пределы солнечной системы, т.е. в межзвёздное пространство, через несколько часов. Выйдя на просторы Вселенной, свет примерно через 4.4 года пересечёт орбиты ближайших к нам звёзд, достигнет центра нашей Галактики через 26,000 лет и ближайшей к нам галактики Туманность Андромеды через 2.5 миллионов лет. Самые далёкие от нас галактики находятся на расстояниях в несколько миллиардов световых лет, а размер нашей Вселенной составляет около 14 миллиардов световых лет. Если вы взглянете на звёздное небо, помните, что даже близко расположенные звёзды на самом деле удалены друг от друга на несколько световых лет. Таким образом, наша Вселенная на самом деле пуста, хотя и состоит из сотен миллиардов галактик с сотней миллиардов звёзд в каждой из них. Число звёзд в нашей Вселенной так велико, что обычно его сравнивают с числом песчинок на всех пляжах Земли.

Как известно, наши космические аппараты могут выйти за пределы солнечной системы только, если достигнут скорости 16 км/сек (эта скорость называется третьей космической скоростью). Сегодня мы можем осуществлять полёты с такими скоростями. Космический аппарат Вояджер 1, запущенный в США около 40 лет тому назад в направлении к звёздам со скоростью 16 км/сек, вышел за пределы солнечной системы и находится в межзвёздном пространстве на расстоянии в 100 раз превышающем расстояние от Земли до Солнца. Мы никогда раньше не проникали так глубоко в космос. Но чтобы долететь до ближайшей к нам звезды, космическому аппарату придётся лететь 82 тысячи лет(!). Свет бы покрыл расстояние, на котором сейчас находится космический аппарат, за 14 часов. Именно поэтому полёты к звёздам с такими скоростями не имеют сегодня никакого смысла и необходимо найти новые способы увеличения скорости космического аппарата до скоростей сравнимых со скоростью света. Возможно ли это осуществить уже сегодня?

В мартовском номере журнала «Scientific American» за 2017 г. опубликована весьма любопытная статья Ann Finkbeiner из Балтимора «Миссия к Альфа Центавра со Скоростью Близкой к Скорости Света», в которой обсуждается возможность такого полёта в обозримом будущем, т.е. через 20-30 лет. Основная идея проекта состоит в том, что вместо тяжёлого космического корабля нужно послать к звезде небольшой лёгкий парус начинённый соотвествующей технологией и ускоренный с помощью миллионов лазеров. Размер паруса всего 4 на 4 метра, но к нему присоединён очень маленький чип (chip) весом всего 1 грамм и размером 1.5 см. Этот чип, который имеется, например, в наших i-фонах, будет начинён компьютерами, камерами, батареями, сигнальными устройствами, спектрометром, магнетометром и всем необходимым для исследования звёздной планеты. Парус подлетит к звезде и по сигналу с Земли соберёт всю необходимую информацию о планете ближайшей к нам звезды, которую затем отправит на Землю. Интересно, что соседка Альфа Центавры Проксима Центавра имеет планету на расстоянии, близком к звезде, чтобы там могла возникнуть жизнь.

Обсудим некоторые детали этого грандиозного масштабного эксперимента. Парус, к которому прикреплён чип, ускоряется до одной пятой скорости света, т.е. 60000 км/сек, с помощью 100 миллионов лазеров мощностью в 70 Гигаватт (phased array of lasers). Ускорение паруса при этом равно 60000 ускорений земного притяжения g, что намного превышает ускорение в 13 g, которое было достигнуто в эксериментах с подобным ускорением паруса в 2000 г. Двигаясь с таким ускорением, парус достигнет одной пятой скорости света уже через 0.1 секунды и пройдёт 6000 км. Это лазеры киловаттного класса будут расположены на Земле на близком расстоянии друг от друга на площади 10 км на 10 км. Чтобы парус не сгорел, его отражающая способность должна быть не меньше 99.999%. Интересно, что такие паруса с чипами будут предварительно разгоняться с помощью “mothership” и посылаться ежедневно в течение трёх лет для того, чтобы увеличить надёжность эксперимента, а именно прилёт к звезде, облёт её планеты и сбор информации. Время прилёта к звезде порядка 20 лет, а доставка информации с чипов на Землю займёт 4.37 года. Напомню, что по закону инерции достаточно сообщить парусам нужную скорость лишь в начале полёта, в межзвёздном же пространстве лазеры уже больше не понадобятся. Паруса с чипами будут в автономном полёте весь остальной путь до звезды.

Готовы ли мы осуществить этот полёт уже сегодня? Сегодня – нет, но в ближайшем будущем – да. Разумеется, понадобится серьёзное материальное обеспечение этого полёта, сравнимое с затратами на программу Апполон (высадка человека на Луну), т.е. около 5% национального бюджета, сбор нужной технологии, создание 100 миллионов лазеров, усовершенствование чипов и т.д. Но главное, как заметил лауреат Нобелевской Премии F. Dyson, “A laser – driven sail with its chip makes sense. I would love to go”. Хотя на подготовку проекта понадобится 20-30 лет, уже в 2016 г. на пресс-конференции в Нью- Йорке два лауреата Нобелевской премии (F. Dayson and S. Hawkins) и миллиардер Ю. Мильнер объявили о разработке миссии на Проксима Центавру, которая имеет планету на расстоянии, соответствующем a habitable zone.

Разумеется, осуществление полёта к звезде окажет на человечество не меньший взрывной эффект, чем полёт первого человека в космос или посадка человека на Луну. Древнейшая мечта человечества о возможности обитания других миров может стать реальностью. Трудно даже представить какое влияние результаты этого полёта могут оказать на наши умы и на нашу цивилизацию. Существуют ли другие внеземные цивилизации в нашей Вселенной? И если да, то почему они себя никак не обнаруживают. Как говорил знаменитый итальянский физик Энрико Ферми «Если они есть, то где они?» (парадокс Ферми). Если же их нет, тогда нам нужно будет объяснить, почему в нашей гигантской Вселенной с мириадами звёзд и планет отсутствуют другие развитые цивилизации подобные нашей.

Илья Гулькаров