Антиматерия в поясах Ван Аллена: NASA знало об этом 20 лет назад, но проект заморозили

За последние 45 лет человечество потратило миллиарды долларов на создание антиматерии в ускорителях частиц. CERN и Fermilab произвели в сумме около 18 нанограммов антипротонов, и лишь 92 из них удалось удержать в ловушке. Стоимость одного грамма антиматерии оценивается в 62,5 триллиона долларов по оценкам NASA 1999 года. Однако ещё в 2011 году выяснилось, что природа делает то же самое непрерывно, бесплатно и в гораздо больших объёмах — прямо над нашими головами.

Как рождается антиматерия

Когда космические лучи высокой энергии сталкиваются с атомами в верхних слоях атмосферы, рождаются частицы и античастицы. Большинство из них аннигилирует мгновенно, но часть антипротонов захватывается магнитным полем Земли и удерживается в радиационных поясах Ван Аллена. В 2011 году спутник PAMELA обнаружил устойчивую, самовосполняющуюся популяцию антипротонов во внутреннем поясе Ван Аллена. Они не просто проходят сквозь — они удерживаются там магнитным полем планеты.

Согласно моделированию, проведённому под руководством Джеймса Бикфорда из Draper Laboratory при гранте NASA Institute for Advanced Concepts, общий запас антипротонов в поясах Ван Аллена оценивается примерно в 160 нанограммов. Ежегодно он пополняется примерно на 2 нанограмма за счёт космических лучей, бомбардирующих атмосферу. Этот процесс длится непрерывно 4,5 миллиарда лет и не требует никаких затрат.

Что это значит в сравнении

CERN и Fermilab потратили более 45 лет на производство примерно 18 нанограммов антипротонов. При этом большинство из них аннигилировало мгновенно, и только 92 антипротона (около 0,15 зептограмма) удалось успешно удержать в ловушке. В поясах Ван Аллена эквивалентная масса производится каждые 30 наносекунд — непрерывно, бесплатно и естественным образом сохраняется в вакууме космоса и магнитной среде.

Проект, который заморозили 20 лет назад

Ещё в середине 2000-х годов в рамках программы NASA Institute for Advanced Concepts был предложен проект по сбору антиматерии из поясов Ван Аллена. Плазма-магнитный коллектор, использующий две пары сверхпроводящих радиочастотных катушек радиусом 100 метров общим весом около 7000 килограммов, развёрнутый на экваториальной орбите, по расчётам, мог бы собирать около 25 нанограммов антиматерии в день. Стоимость такого проекта оценивалась в 500 миллионов долларов. Но в 2006 году NASA не стало продолжать работы, и проект на два десятилетия осел в архивах.

Парадигма, а не проблема

«Вопрос 62,5 триллиона долларов за грамм никогда не был производственной проблемой, — пишут исследователи. — Это была проблема парадигмы». Человечество десятилетиями задавало вопрос: «как удешевить производство антиматерии», в то время как природа производила её всё это время бесплатно, всего в нескольких сотнях километров над нашими головами. Как в старой притче о рыбе: мать отрезала голову и хвост рыбе, потому что у неё была маленькая форма для запекания. Никто не спросил, можно ли взять форму побольше.

Что дальше

Недавние публичные заявления Илона Маска и главы NASA Джареда Айзекмана о поддержке антиматерийного движения привлекли внимание к этой теме. Антиматерийный двигатель остаётся теоретической концепцией — никто ещё не построил ничего подобного, и никто не близок к этому. Однако аннигиляция материи и антиматерии преобразует массу в энергию с почти 100-процентной эффективностью, что делает её пределом возможностей для космических путешествий.

Парадигмы, в отличие от ускорителей, не стоят миллиардов долларов. Чтобы их изменить, нужен лишь кто-то, кто заметит, что форма для запекания всегда была слишком маленькой.