Текст книги "Непридуманные космические истории"

Еще один раз

Учитывая, что экспедициям обслуживания сопутствовал успех в поддержании «Хаббла» в рабочем состоянии, их планировалось продолжать. Но в 2003 году случилась вторая катастрофа многоразовой пилотируемой космической системы Space Shuttle, в результате которой погиб возвращавшийся из полета корабль Columbia и все семеро астронавтов на его борту.

От происшедшей катастрофы пострадала вся космическая программа США. И для «Хаббла» это повлекло трудности, которые предстояло преодолеть.

После катастрофы шаттла Columbia возглавлявший тогда NASA Шон О’Киф отменил запланированную экспедицию обслуживания «Хаббла», сочтя ее слишком рискованной. Новый порядок выполнения полетов на шаттле требовал, чтобы в космосе проводился тщательный осмотр корабля с целью вовремя заметить признаки повреждений, аналогичных тем, которые обрекли Columbia на гибель, и, если такие повреждения обнаружатся, астронавты должны перейти на борт Международной космической станции, чтобы оставаться там в безопасности. Но из-за расположения орбиты, по которой «Хаббл» движется вокруг Земли, нет такой возможности, чтобы шаттл мог с нее перелететь к МКС. Поэтому тогда полет к «Хабблу» оказался слишком рискованным, по оценкам чиновников NASA. Тем временем на борту «Хаббла» начали отказывать системы и приборы, и возникли опасения насчет возможности продолжения его работы.

Здесь вы видите крупным планом астронавта Джона Грунсфелда, а в отражении на его шлеме можно заметить его коллегу Эндрю Фьюстела, который зафиксирован в данный момент на роботизированной руке-манипуляторе шаттла и делает этот фотоснимок. Эта пара астронавтов выполнила совместно три из пяти выходов для работы в открытом космосе во время финальной экспедиции обслуживания «Хаббла» в мае 2009 года. Источник: NASA

– Кажется, администратор и штаб-квартира NASA недооценили тревогу не только научного сообщества, но и общества в целом, – полагает Йенкнер. – После поднявшейся волны общественного протеста им пришлось заново обдумать возможность помощи «Хабблу», и итог оказался таков, что он вновь, как птица феникс, ожил, чтобы вернуться к работе.

После повторной оценки рисков в октябре 2006 года новый администратор NASA Майкл Гриффин принял решение: если «Хаббл» является бесценным, с точки зрения астрономов и публики, инструментом, его спасение стоит приемлемого риска. На случай, если бы астронавтов пришлось выручать из опасной ситуации и запускать спасательную экспедицию, был приготовлен второй шаттл.

Галактика Сомбреро: в этой спиральной галактике, которую мы наблюдаем почти с ребра, ярко сияющее белым светом ядро окружено широкими полосами темной пыли. Сомбреро имеет 50 000 световых лет в диаметре и удалена на 28 млн световых лет от Земли. Эту ярко блистающую галактику назвали так за сходство с широкополой мексиканской шляпой с высокой тульей. Наблюдения в рентгеновском диапазоне позволяют установить, что вещество в ней падает в направлении компактного ядра, где скрывается черная дыра массой в миллиард раз больше Солнца. Источник: NASA и команда «Наследие Хаббла» под эгидой Научного института космического телескопа (STScI) и Университетской ассоциации астрономических исследований (AURA)

– Этот полет прошел великолепно, и все случившиеся в нем напряженные события и проявления личных качеств участников записаны в общую историю «Хаббла», – такими словами Йенкнер характеризует историю о том, как астронавты установили новую главную камеру телескопа – широкоугольную камеру № 3 (WFC 3) – и другие инструменты, спроектированные специально для поиска ответов на глубинные вопросы о происхождении Вселенной. Кроме того, они провели ряд ремонтных работ, восстановив функционирование ранее вышедших из строя усовершенствованной обзорной камеры (ACS) и регистрирующего спектрографа космического телескопа[33]33
  Англ. Space Telescope Imaging Spectrograph. – Прим. пер.


[Закрыть].

С окончанием программы полетов системы Space Shuttle в 2011 году исчезла и возможность проводить дальнейшие экспедиции обслуживания. Тем не менее есть надежда, что когда-нибудь знаменитый космический телескоп смогут вернуть на Землю или, по крайней мере, контролируемым образом свести с орбиты.

– Во время последнего полета по обслуживанию «Хаббла» на его задний конец установили агрегат для стыковки под названием Soft Capture Mechanism, который позволяет небольшому космическому аппарату прикрепиться к телескопу, чтобы безопасно свести его с орбиты в нужном районе, – говорит Йенкнер.

«Хаббл» и будущее

Теперь, по словам Йенкнера, самая главная задача – получить максимум научных данных от «Хаббла» за время, в течение которого космическая обсерватория почтенного возраста еще будет работать.

– Можно сказать, что «Хаббл» произвел революцию в астрономии, и нам просто нельзя сворачивать с этого пути, – говорит он. – С этой точки зрения, такой момент, когда наша работа будет закончена, не наступит никогда, и главный смысл существования нашего института в том, чтобы никогда не останавливаться, не переставать привлекать ученых возможностями делать все более значительные и замечательные исследования и предоставлять им для этого великолепно работающий инструмент.

Гельмут объясняет, что они продолжают работать над улучшением калибровки и точности научных инструментов «Хаббла», даже таких, как регистрирующий спектрограф (STIS), установленный в 1997 году.

– Это очень непросто и в той же мере прекрасно, – говорит он, – на деле выжимать последние капли научной ценности из наших приборов.

Размышляя над тем, что «Хаббл» становится только лучше от всех проблем и задержек, Сембах рассказывает, что в то время, когда казалось, что последняя экспедиция обслуживания телескопа будет отменена, инженеры из команды космического телескопа изыскивали способы, как продлить его работу.

– Мы знали, что время работы зависит от состояния гироскопов, и мы ввели режим их ограниченного использования, чтобы продлить им жизнь, – говорит он. – Этот новый «щадящий» режим нам помог, и теперь гироскопы больше не ограничивают нас в управлении «Хабблом», потому что мы знаем, как использовать их ресурс по-другому. Этим путем нам удалось продлить срок работы аппарата на орбите так надолго, как мы вовсе не планировали вначале.

Также, по словам Сембаха, за время задержки со стартом экспедиции обслуживания приемники инфракрасного излучения широкоугольной камеры WFC 3 были усовершенствованы и стали гораздо лучше, чем они были бы, если бы аппаратура отправилась на орбиту вовремя.

– Кроме того, мы научились составлять расписание работы обсерватории более эффективно, и это говорит о том, что даже спустя семнадцать-восемнадцать лет мы все еще учимся и находимся в поисках максимальной эффективности, – говорит он. – Мысли о том, что «Хабблу», может быть, осталось работать считаные годы, заставляли нас думать о любых доступных крохах эффективности, потому что мы стремились обеспечить все возможности для проведения научных наблюдений, какие только могли. После экспедиции обслуживания мы возвратились к этому новому, эффективному режиму, и нам это действительно помогло. Так что, оглядываясь назад, можно сказать, что перенос экспедиции обслуживания на более поздние сроки оказал положительное влияние на «Хаббл», сделав его гораздо лучше как инструмент науки.

Инженеры и конструкторы продолжают следить за состоянием систем космического телескопа «Хаббл», чтобы он оставался ценным для науки, и проводят новые мероприятия, направленные на то, чтобы как можно больше продлить срок его службы.

Я спросила у Гельмута Йенкнера, который работает в Научном институте космического телескопа с самого начала проекта, какие моменты запомнились ему лучше всего.

– Лучше всего – это просто приходить на работу каждый день, – задумчиво говорит Гельмут. – Благодаря нашим сотрудникам моя работа здесь ценна и отрадна.

Цветная россыпь из 100 000 звезд видна на этом маленьком участке внутри шарового звездного скопления Омега Центавра – плотной группы из почти 10 млн солнц. Омега Центавра – одно из самых крупных звездных скоплений в Галактике Млечный Путь. Источник: NASA, Европейское космическое агентство, команда публикации ранних наблюдательных результатов экспедиции обслуживания № 4 (the Hubble SM4 ERO Team)

Есть лишь один печальный недостаток у такой длительной карьеры на одном месте.

– Знаете, все, с кем вы работаете, те, кто становится вашими друзьями… – говорит он, – нельзя, чтобы они умирали. Так трудно потом без них в нашем институте, и такое бывало уже не раз.

Хотя кончина любого из коллег трагична, по мнению Йенкнера, самую большую потерю ему довелось пережить в 2009 году, когда умер Роджер Докси. Докси был начальником отдела управления полетом по проекту «Хаббл» в институте космического телескопа, он отвечал за выполнение ежедневных операций с космическим аппаратом. Многие говорили, что он душа и сердце «Хаббла», и ему принадлежали большие заслуги в своей области, поэтому его кончина стала потерей для всего астрономического сообщества.

Возвращаясь к своим самым ярким воспоминаниям, Йенкнер сказал, что ему очень запомнился запуск шаттла последней экспедиции обслуживания.

– Это было впечатляюще! – говорит он. – Но проблема, опять же, в присутствии людей. Когда им пришла пора отправляться в полет, мы уже знали астронавтов очень близко. Поэтому, когда вы глядите на то, как эти семеро забираются на вершину наполненной взрывчаткой башни, в которой Бог знает сколько миллионов деталей, и ни одна не должна отказать, у вас захватывает дух от ужаса, что тут говорить!

В то время как научный институт космического телескопа стремится на возможно большее время продлить эксплуатацию «Хаббла», скоро у его коллектива на повестке дня встанет новый проект – долгожданный James Webb Space Telescope[34]34
  Космический телескоп «Джеймс Уэбб». – Прим. пер.


[Закрыть] который также будет работать под патронажем института. «Джеймс Уэбб» будет мощным инфракрасным телескопом размерами с теннисный корт, он сможет заглянуть в то далекое прошлое, когда формировались самые первые звезды, планетные системы и галактики, и дать ответы на давно уже насущные вопросы о том, как Вселенная приобрела привычный нам вид.

По мнению Йенкнера, если «Хаббл» сможет продержаться до начала 2020-х годов, то это обеспечит несколько лет, в течение которых он будет работать одновременно с «Джеймсом Уэббом», и в связке они будут более мощным парным инструментом, чем каждый из них поодиночке.

Что оставит в наследство «Хаббл»?

– Космический телескоп «Хаббл» научил нас никогда не переставать задавать новые вопросы, – говорит Гельмут Йенкнер. – Нам надо лишь не дать умереть научной любознательности, и это относится как к астрономии, так и к образованию, и к человеческой жизни в целом.

Глава 4
Путешествуя между двумя мирами: Dawn

Дуализм, дихотомия, Dawn

Поднимите взгляд к небу в ясную ночь – если вам повезет и на ваших глазах небо прочертит метеор, есть большой шанс, что вам посчастливится увидеть маленький кусочек Весты, второго по размерам объекта из астероидного пояса.

– Есть лишь три небесных тела, с которыми мы связываем происхождение различных классов метеоритов, какие находят упавшими на Землю: Луна, Марс и Веста, – разъясняет Марк Рейман, главный инженер и директор проекта Dawn[35]35
  Произносится «Дон», в переводе означает «Рассвет», «Утренняя заря». – Прим. пер.


[Закрыть]. – Все знают, что такое Марс и Луна, но о Весте слышало не так много людей.

Веста и карликовая планета Церера – таковы два пункта назначения и цели научного изучения станции Dawn. Проект назвали так, потому что исследование этих древнейших миров даст информацию о самых давних временах, о занимавшемся рассвете истории всей нашей Солнечной системы.

– Dawn помогает нам понять, каковы были условия в ту эпоху, когда Веста и Церера сформировались изначально, – говорит Рейман. – Он подает нам новые кусочки гигантской головоломки, собрав которую мы поймем, как вся Солнечная система формировалась и эволюционировала, а может быть, и то, как складываются условия эволюции планетарных систем у других звезд.

Оба эти объекта очень далеки от нас: среднее расстояние между Вестой и Землей 353 млн км, а для Цереры эта величина составляет 414 млн км. Когда их открыли два века тому назад, эти удаленные миры были, по словам Реймана, просто «таинственными, тусклыми пятнышками света меж звезд». И до того, как проект Dawn принес свои плоды, все, что мы знали о Весте и Церере, было результатом наблюдений через наземные телескопы и телескопы, обращающиеся по орбитам вокруг Земли, – например, космический телескоп «Хаббл». Но даже те изображения, что удавалось получить «Хабблу» с его острым «зрением», – особенно фотографии Цереры, – мутные и неотчетливые из-за крупных пикселей и скорее вызывают вопросы, чем дают какие-либо ответы.

Эта созданная художником картина изображает американскую автоматическую межпланетную станцию Dawn над планетой Церерой, вид которой известен нам по снимкам самой станции. Источник: NASA и лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Ныне космический аппарат Dawn разгадывает тайны этих миров, такие как, например, почему Веста и Церера кажутся настолько разными, несмотря на то что находятся в одном и том же астероидном поясе? В чем причина такой странной сплюснутой формы Весты? И что же такое яркие пятна, замеченные на Церере, которые могут показаться «космическими маяками, подобными межпланетным береговым огням, ведущим нас вперед», как об этом сказал Рейман? Являются ли они признаками наличия яркого льда или воды, залежей загадочных минералов или, как предположили некоторые, огнями инопланетных городов?

Выполненные с помощью космического телескопа «Хаббл» снимки Цереры и Весты, которые помогли астрономам составить план двойного полета межпланетной станции Dawn к этим объектам пояса астероидов. Источник: NASA / Европейское космическое агентство, Дж. Паркер (Юго‐западный научно-исследовательский институт), Л. Макфедден (Мэрилендский университет)

Уникальная черта межпланетной станции Dawn среди всех прочих роботов, предназначенных для исследования планет, заключается в использовании ионной двигательной системы. Это дает Dawn возможность выполнить нечто такое, что ни один аппарат до него сделать не мог.

– На протяжении почти шести десятилетий исследований космического пространства Dawn – единственный аппарат, который совершил выход на орбиту двух различных небесных тел, – говорит Рейман. – Мне нравится думать о нем как о первом настоящем межпланетном космическом корабле.

До того как Dawn отправился в свое десятилетнее путешествие, проекту пришлось принять много вызовов и преодолеть множество трудностей. И, поскольку этой станции довелось совершить полет к двум планетам, все в этом проекте пронизано определенным дуализмом. Кажется, что этот совершенный аппарат будто парит меж пространствами науки и научной фантастики, и некоторые из тех, чей труд вложен в его создание, знают толк в обеих этих областях. И, несмотря на то что и Веста, и Церера считались на протяжении истории их исследования астероидами, они представляют собой два очень разных класса небесных тел.

– Полет Dawn – по-настоящему историческое событие, – комментирует Рейман. – Его задачей стало изучение двух «окаменелых остатков» самых ранних времен Солнечной системы, и он сможет рассказать нам часть истории нашего собственного возникновения.

Космическая станция Dawn

Представьте себе, как космический корабль выходит на орбиту планеты, проводит разведку – можно сказать, изучает новый чуждый мир. Потом он улетает к другой планете, вновь выходит на орбиту и выполняет новые исследования. Этот космический корабль мчится вперед, разгоняемый колонной сине-зеленого пламени, смело стремясь туда, где не бывал еще никто…

Вид ярких пятен с большого расстояния. Этот снимок был сделан автоматической межпланетной станцией Dawn на подлете к карликовой планете Церера 19 февраля 2016 года с расстояния около 46 000 км. На этом снимке видно, что у наиболее яркого пятна на Церере есть тусклый компаньон. Источник: NASA / лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, Институт исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (MPS), Германский аэрокосмический центр (DLR) и Институт вычислительной техники и коммуникационных сетей Технического университета Брауншвейга (IDA)

Если к этой сцене добавить в качестве фона торжественную музыку, то она подошла бы к классическому фантастическому телесериалу «Звездный путь». Но на самом деле такими были настоящие приключения созданного NASA космического аппарата Dawn.

– Лишь благодаря сверхсовременной, достойной научной фантастики технологии ионных двигателей мы сумели выйти на орбиту более чем одного объекта, – говорит Рейман. – По сути, мы уместили два полета в один.

На этой картине художник изобразил АМС Dawn, покидающую Землю. Источник: NASA и лаборатория реактивного движения

Запуск космического аппарата Dawn состоялся в сентябре 2007 года, и начался его полет к Весте, в ходе которого был выполнен разгонный гравитационный маневр у Марса. На орбиту вокруг Весты станция вышла в июле 2011 года. Там она проводила исследования четырнадцать месяцев, затем покинула Весту и отправилась к Церере. Прибытие на орбиту Цереры произошло в начале марта 2015 года.

Главной задачей, стоящей перед Dawn, является сбор информации о составе, внутреннем строении, плотности и форме Весты и Цереры. В совокупности эти данные помогают ученым лучше понимать процессы и условия, которые имели место в ранний период истории Солнечной системы, а также выяснить, какую роль содержание воды и размер планетарных тел играют в их развитии.

Схема, показывающая траекторию космического аппарата Dawn с момента его запуска в 2007 году до прибытия к карликовой планете Церера в начале 2015 года. Его полет включал гравитационный маневр у Марса и почти 14-месячное пребывание на орбите Весты. Источник: NASA и лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Чтобы станция Dawn могла выполнить свои научные задачи, ее оснастили комплектом из трех приборов: фотокамерой для съемки в видимых лучах, картирующим спектрометром для видимого и инфракрасного диапазонов, а также гамма-лучевым и нейтронным спектрометром. Собираемые Dawn сведения позволяют создавать визуальные фотокарты, топографические карты изучаемых объектов и карты минерального состава их поверхностей. Кроме того, на основе этих измерений ученые составляют карты магнитных и гравитационных полей, что в целом позволяет получить полное представление о поверхностях Весты и Цереры. Вдобавок к этому навигационные измерения при помощи радио и оптического оборудования дают информацию о внутреннем строении этих двух тел.

Схематичное изображение АМС Dawn и ее научных приборов. Источник: NASA и лаборатория реактивного движения

На момент запуска Dawn был самым большим межпланетным аппаратом NASA, если измерять его по крайним точкам обеих солнечных батарей. Сам космический аппарат длиной всего лишь 2,36 м – размером примерно с большой мотоцикл. Но размах развернутых панелей солнечных батарей (19,7 м) увеличивает его до размера грузовой фуры.

Марк Рейман объясняет детали конструкции аппарата Dawn и его солнечных батарей на примере схематичного макета в коридоре рядом с рабочей комнатой Марка. Источник: Нэнси Аткинсон

Коридор, в который выходит дверь комнаты Реймана в лаборатории реактивного движения, примерно 8,3 м длиной. Это длина одной из двух солнечных батарей Dawn. Рейман решил украсить этот коридор моделью батареи станции, чтобы он служил постоянным напоминанием сотрудникам его команды.

– Dawn отправился в полет так давно и теперь он так далеко от нас, что легко забыть, насколько эта станция на самом деле большая, – говорит он. – Эта модель помогает нам помнить, что Dawn – реальный, физический аппарат, а не просто какой-то источник данных на другом конце линии компьютерной связи.

Краткая история Солнечной системы в изложении Весты и Цереры

Солнечная система зародилась в результате концентрации сгустков газа и пыли, окружавших только что сформировавшееся Солнце 4,6 млрд лет тому назад. Бо́льшая часть газа и пыли в так называемом протопланетном диске слилась вместе, образовав планеты. Еще до этого момента материал диска разделился в зависимости от расстояния до Солнца: скальные тела сформировались ближе к источнику тепла, а ледяные объекты – дальше.

И в этом диске оказались скальные тела, которые так и не выросли достаточно, чтобы стать планетами. Некоторые ученые высказывают гипотезу, что особо мощные столкновения в ранней, погруженной в хаос Солнечной системе расколотили их на еще более мелкие части. Теперь эти оставшиеся скалистые «осколки» – астероиды, которые странствуют по Солнечной системе.

Поскольку эти остатки содержат свидетельства о ранних временах существования Солнечной системы, ученые давно стремились изучить их вблизи.

Бо́льшая часть астероидов сконцентрирована в астероидном поясе, области в форме бублика, расположенной между орбитами Марса и Юпитера; небесные тела в ней обращаются на расстоянии от 300 до 600 млн км от Солнца.

Так в воображении художника выглядит очень молодая звезда, окруженная газопылевым диском. Источник: NASA и лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института

Но, хотя Веста и Церера – два самых больших объекта пояса астероидов, не вздумайте называть их астероидами, как сказал мне Рейман.

Церера и Веста более близки по природе к наполовину сформировавшимся планетам, чем к летающим в космосе скалам, называемым астероидами. Источник: NASA и лаборатория реактивного движения

– Многие до сих пор ошибочно считают, что Церера и Веста – это астероиды, – говорит он. – Но если рассматривать их геофизическую суть, то они никак не астероиды. Они по-своему крупные миры и несут признаки многих геологических процессов, характерных для планет.

Рейман предпочитает применять к ним термин «протопланеты» – и это означает, что они не сумели достаточно вырасти, чтобы стать настоящими планетами.

Одна из самых больших загадок этих двух протопланет заключается в том, почему они так не похожи друг на друга.

Пояс астероидов в схематичном изображении. Источник: NASA и компания McREL

– Несмотря на то что и та и другая дают нам понимание условий и процессов, имевших место в ранний период существования Солнечной системы, они в своем развитии пришли к разным видам астрономических объектов, – объясняет Марк Рейман. – Веста – это сухой, каменистый, но очень интересный мир. Церера, в отличие от нее, может располагать большим количеством льда и, может быть, еще и подповерхностным океаном.

Глубокие различия в геологии этих двух протопланет, которые развивались в такой близости друг от друга, утверждает Рейман, позволяют перебросить мост между скалистыми планетами внутренней части Солнечной системы и ледяными мирами ее внешней части.