Полет к Альфе Центавра длиною в 150 лет

Межзвездные путешествия, которые на протяжении многих лет были основным элементом научной фантастики, уже сегодня могут стать реальностью — были бы деньги. Всего за 100 миллионов долларов или около того клиент может фактически приобрести новейшую коммерческую ракету и отправиться в путешествие за пределы Солнечной системы. Ключевым здесь является терпение. Если такую ракету уже завтра запустить к ближайшему порту назначения — потенциально обитаемой экзопланете Проксима b, обнаруженной совсем недавно в тройной звездной системе Альфа Центавра на расстоянии 4 световых лет от Земли, — перелет займет 80 000 лет.

Вместо того, чтобы тратить 100 миллионов долларов на такой медленный транспорт, в апреле прошлого года предприниматель-миллиардер Юрий Мильнер заявил, что потратил бы те же деньги, чтобы придумать другой способ добраться до системы Альфа Центавра в сроки, не превышающие предела человеческой жизни. Проект под названием Breakthrough Starshot («Прорыв к звездам» — прим. пер.) предусматривает глобальный отказ от ракет в пользу светового паруса — тончайшей зеркальной поверхности, которая приводится в движение лазерными лучами и помогает набирать высокую скорость в космосе. Предварительные планы данного проекта предусматривают использование обычных ракет, посредством которых уже в начале 2040-х годов на земной орбите планируется установить тысячи четырехметровых световых парусов массой всего один грамм каждый. В паруса будут помещены сантиметровые чипы со встроенными камерами, датчиками, реактивными двигателями и батареями. Каждый сверхлегкий космический аппарат будет с помощью наземного лазера мощностью 100 гигаватт направлен с околоземной орбиты в сторону системы Альфа Центавра со скоростью 20 процентов от скорости света. В этом случае межзвездный полет занял бы всего лет 20, и зонды достигли бы Альфу Центавра уже в 2060-е годы.

Но такие высокие скорости стоят больших денег. Даже самые скромные сметы проекта Starshot намного превышают первоначально вложенные Мильнером 100 миллионов долларов — на разработку проекта в течении десятилетий может потребоваться 10 миллиардов, а может и больше, в основном ввиду огромных расходов на строительство наземной лазерной установки. Обойтись без государственной помощи и международного сотрудничества, вероятнее всего, не удастся. Кроме того, световые паруса, которым предстоит пережить 20-летнее путешествие, пронесутся по системе Центавра так молниеносно, что у них будет всего несколько секунд для получения макрофотографий и других данных о Проксима b и любых других планетах рядом с ней. И пока зонды будут удаляться в межзвездную темноту, световые паруса попытаются передать драгоценную информацию на Землю с помощью лазерных лучей, мощность которых не превышает мощность сигнала обычного сотового телефона.

Медленное путешествие к звездам

Некоторые критики считают это суетливое стремление к Альфе Центавра неудачным капиталовложением. «Узнав о проекте Starshot, мы сочли расточительным тратить такие деньги на пролетную миссию, которая займет несколько десятилетий, а на снимки будет пара секунд», — говорит независимый исследователь Майкл Хиппке из Германии. Работая с Рене Хеллер, астрофизиком из Института исследований Солнечной системы Макса Планка в Геттингене, Хиппке разработал альтернативную программу полета, которая, по его словам, научной пользы принесет больше, а затрат потребует меньше. Вместо строительства многомиллиардной лазерной установки для разгона крошечных световых парусов до околосветовой скорости и их однократного пролета Хеллер и Хиппке предлагают использовать один только свет звезд для отправки на меньшей скорости более крупных парусов ко всем трем звездам в системе Альфа Центавра с возможностью «парковки» на орбитах. Результаты их исследований будут опубликованы в выпуске журнала Astrophysical Journal Letters от 1го февраля.

Суть их предложений заключается в том, чтобы использовать не только солнечный свет для ускорения покидающих нашу систему световых парусов, но также свет и гравитацию трех звезд системы Альфа Центавра в конце полета. Хеллер и Хиппке вычислили, что такое путешествие под силу парусу умопомрачительно низкой плотности, весящему около 100 граммов и занимающему площадь в 100 тысяч квадратных метров (а это примерно 15 футбольных полей!). Такая конструкция паруса представляется возможной, учитывая быстрое развитие науки о материалах. Постепенно регулируя угол по мере приближения к звездам для захвата большего давления радиации последних, такой парус может развить достаточную скорость для закрепления на какой-либо орбите внутри системы.

Чтобы добраться до потенциально обитаемой планеты Проксима b, такие «фотогравитационные» вспомогательные системы, как это ни странно, потребуют отправки светового паруса сначала к ярким солнцеподобным звездам Альфа Центавра А и Альфа Центавра B, несмотря на то, что они расположены на два триллиона километров дальше от нас, чем менее крупная и тусклая материнская звезда планеты Проксима b — Проксима Центавра. Это происходит вследствие торможения, обусловленного высоким давлением радиации звезд Альфа Центавра A и B, а, следовательно, более стремительного приближения к системе светового паруса любого размера. Но радиация звезд-близнецов имеет предел; если огромный парус Хеллер и Хиппке разовьет скорость выше, чем 4.6 процента от скорости света, он просто проскочит мимо системы. Они предполагают, что полет к Альфа Центавра A и B займет почти столетие, за которым последуют еще 50 лет путешествия до конечного пункта назначения — устойчивой орбиты вокруг Проксимы.

«Ваше путешествие заняло бы в 7 раз больше времени, чем 20-летния миссия Starshot, зато вы могли бы потратить на тщательные исследования годы и даже десятилетия, а не несколько секунд», говорит Хеллер. Сравнивая соотношение времени на исследования и времени на путешествия в обоих случаях, Хеллер добавляет, «Starshot мог бы использовать для исследований на месте лишь стомиллионную часть всей миссии, а мы — порядка одной сотой, то есть в миллион раз больше». Кроме того, задействуя для запуска паруса солнечный свет, такой вариант исключает необходимость строительства многомиллиардного лазерного блока.

И все же, предлагаемое ими 150-летнее путешествие нельзя начать прямо завтра. Предложение Хеллер и Хиппке, помимо прочего, предусматривает редкую конфигурацию звезд системы Альфа Центавра, которая случается лишь раз в 80 лет, когда все их орбиты находятся в одной плоскости, пересекающей траекторию любого зонда из нашей Солнечной системы. В следующий раз это произойдет в 2035 году, но за такой короткий промежуток времени ни один парус даже приблизиться к системе не сможет. Хеллер и Хиппке предлагают ждать следующего такого «выравнивания» в 2115 году.

По словам Хеллер, отправка их паруса напрямую к звезде Проксима Центавра потребовал бы намного более низких космических скоростей за счет слабого радиационного давления и тормозной способности меньшей из двух звезд, в результате чего общее время перелета достигло бы целого тысячелетия.

Терпение, пожалуйста

Хиппке считает миссию с участием нескольких поколений с конечным пунктом на орбите вокруг Альфы Центавра стоящей ожиданий, даже если ее возвращения он никогда не увидит. «Удивительные фотографии с этих космических зондов будут получать наши дети и внуки. Только представьте себе инопланетные реки, вулканы и, возможно, даже экзотическую жизнь!» Выбор в пользу миссии длиною в столетие открывает возможности для изучения также других близлежащих ярких звезд, говорит Хиппке. Крупная звезда Сириус, к примеру, всего раза в два дальше, чем Альфа Центавра — но так как светит она примерно в 25 раз ярче Солнца, тормозной эффект от давления радиации у нее сильнее, а это обеспечит более скоростное приближение к ней световых парусов. Как бы то ни было, возможность направления световых парусов на орбиту многих близлежащих звезд предполагает естественное завершение следующими поколениями в долгосрочной перспективе неотложных целей миссии Starshot.

Несмотря на все эти преимущества, Ави Лёб, астроном Гарвардского университета и председатель научно-консультативного комитета проекта Breakthrough Starshot, не убежден в том, что это альтернативное предложение предлагает реальные преимущества по сравнению с планом Starshot использовать лазерную установку гигаваттного класса для отправки к звездам малых парусов. «Для достижения околосветовой скорости при использовании света звезд нужен очень тонкий парус,» говорит Лёб, отмечая, что чем меньше давление солнечного света, тем ниже должна быть плотность светового паруса. Хиппке и Хеллер говорят, что, теоретически, их паруса могут быть созданы из сверхлегких высокопрочных материалов, таких как графен, но Лёб сомневается в том, что создание для межзвездного зонда листа графена в несколько атомов толщиной и площадью 100,000 квадратных метров окажется легче, чем сооружение массивной лазерной установки. «Такая поверхность на порядок тоньше, чем длина волны света, которую она должна отражать, и поэтому отражательная способность ее будет низкой», — говорит Лёб. «Не представляется возможным уменьшить на несколько порядков вес и при этом сохранить жесткость и коэффициент отражения материала паруса». Иными словами, графеновый парус площадью 100,000 квадратных метров может оказаться слишком хлипким для реальных космических перелетов. Кроме того, в планы проекта Starshot входит запуск не одного, а тысячи парусов, и даже если каждый успешно пересекший межзвездное пространство зонд получит всего несколько секунд на панорамные снимки, их количество превзойдет то, что можно было бы добыть ходе нескольких последовательных пролетов.

Самой большой, по мнению Лёба, проблемой является то, переживут ли амбициозные планы проектов с участием нескольких поколений неизбежную встречу с бренностью человеческой жизни. «Если игнорировать длительность путешествия, всегда можно использовать обычные ракеты и малыми потерями добраться до системы Альфа Центавра через 80 000 лет», — говорит он. «Но люди, которые работают над проектом Starshot, более амбициозны. Мы хотим добраться туда при нашей жизни».