Полвека тому назад люди впервые вырвались за пределы околоземной орбиты и ступили на поверхность иного небесного тела. К сожалению, несмотря на всю историческую значимость, долгое время это событие так и оставалось лишь одним маленьким шагом престижа, сделанным в рамках идеологической борьбы сверхдержав, а не ради какой-то практической необходимости. И только в последнее десятилетие ситуация начала меняться. Коммерциализация космоса и мощный технологический рывок Поднебесной привели к тому, что анонсированные США и КНР планы по созданию постоянных баз на Луне теперь воспринимаются как нечто обыденное. Да и мечта Илона Маска о людях на Марсе уже не кажется такой уж несбыточной.
Но космос не ограничивается Луной и Марсом. Он не ограничивается даже Солнечной системой. За ее пределами — огромная Вселенная, наполненная бесчисленным количеством небесных тел.
Многие поколения ученых и фантастов считали само собой разумеющимся, что однажды человек займется их покорением. Но возможно ли это с технологической точки зрения? И, даже если да — есть ли практический смысл для человечества покидать родной дом и отправляться в космические глубины?
Возможные цели для колонизации дальнего космоса
Любая дискуссия о дальней космической экспансии человечества сводится к поиску ответа на три основных вопроса: как, куда и зачем? Что именно мы могли бы колонизировать, позволяют ли это технологии? И насколько в принципе целесообразна подобная деятельность?
Начнем с первого пункта. Много лет подряд в научной среде бытовало мнение, что Солнечная система, по сути, заканчивается на Плутоне. Дальше начиналась великая пустота, прерывавшаяся лишь на облаке Оорта — гипотетическом скоплении ледяных тел на дальней окраине Солнечной системы, откуда к нам периодически прилетают новые кометы.
Сейчас мы знаем, что это не так. Плутон не курьезный реликт, а лишь один из крупнейших представителей пояса Койпера — удаленного и обширного региона, на порядок превосходящего по размерам и массе Главный пояс астероидов. За ним начинается еще более далекая область рассеянного диска, служащая домом для еще одной группировки ледяных тел, и которая, в свою очередь, в какой-то момент переходит во внутреннюю часть облака Оорта.
Пока что астрономы могут находить транснептуновые объекты, расположенные примерно в радиусе всего 18-20 млрд км от Солнца. Все, что лежит дальше, остается для них Terra Incognita. Но даже имеющихся скудных данных достаточно, чтобы предположить, что эта область населена большим количеством тел, многие из которых могут быть сопоставимы по размеру с тем же Плутоном. С достаточно большой долей вероятности, там могут скрываться целые планеты, превосходящие по размерам Землю, выброшенные на эти «задворки» во времена формирования Солнечной системы. Более того, астрономы до сих пор не исключают возможности, что где-то по соседству с Солнцем могут находиться один-два холодных коричневых карлика, или, как их еще именуют, неудавшиеся звезды: так называют объекты, представляющие собой промежуточное звено между планетами и светилами.
Очевидно, что именно область за орбитой Нептуна станет первой целью для дальней космической экспансии человечества. Прежде чем лететь к другим звездам, нам необходимо разведать и картографировать данный «фронтир». Это нужно как из соображений безопасности, так и с практической точки зрения. Ведь здесь есть весьма ценные ресурсы (вода, кислород, материалы, которые можно использовать для строительства поселений и космических кораблей). В дальнейшем они пригодятся для подготовки и снабжения межзвездных экспедиций.
Но что дальше? Если говорить о непосредственно ближайших звездных соседях Солнца, стоит отметить, что наша система расположена на окраине небольшого спирального рукава Ориона, который можно назвать своеобразными галактическими «задворками». По меркам Млечного пути, этот регион является относительно «разреженным»: средние расстояния между звездами здесь измеряются несколькими световыми годами. По мнению многих планетологов, данный фактор мог сыграть ключевую роль в развитии жизни на нашей планете. Находясь на галактической окраине, Солнечная система сумела избежать многих опасностей, которые несет слишком тесное соседство с другими светилами.
Впрочем, это же обстоятельство одновременно существенно усложняет задачу колонизации других миров. Ближайшая звездная система Альфа Центавра удалена от нас на 4,3 световых года. По астрономическим меркам, это сущая мелочь. По человеческим — невообразимо гигантское расстояние, которое сложно даже просто осознать.
Но есть и хорошая новость, ведь два из трех компонентов Альфы Центавра являются солнцеподобными светилами. Дело в том, что примерно 75% звезд Млечного пути представляют собой красных карликов. Такие светила намного тусклее Солнца, и при этом обладают весьма «своенравным» характером. Например, они могут резко менять свою светимость, а также производить опасные для всего живого мощные вспышки, многократно превосходящие солнечные. Так что то, что две из трех ближайших к нам звезд похожи на Солнце, можно назвать удачей. Если у них есть каменные экзопланеты, чьи орбиты проходят в зоне обитаемости, условия на их поверхности вполне могут напоминать земные.
Что касается третьего компонента системы, Проксимы Центавра, то тут все более-менее понятно. Уже сейчас мы знаем, что вокруг нее обращается как минимум две экзопланеты, и орбита одной из них лежит в зоне обитаемости. Конечно, ввиду особенностей красных карликов климатические условия этого мира пока что являются предметом различных спекуляций. Но в любом случае уже сейчас можно достаточно уверенно прогнозировать, что если человеку и суждено отправить экспедицию к мирам у других звезд, то система Альфа Центавра практически наверняка станет ее первым пунктом назначения.
По всей видимости, экзопланеты имеются и у большинства других наших соседей. На данный момент астрономы нашли их у 60 из 400 звезд, расположенных в радиусе 10 парсек от Солнца. В частности, имеющиеся данные говорят о том, что невидимые компаньоны есть у звезды Барнарда, Вольфа 359, Лаланда 21185 и Эпсилон Эридана. И это с учетом того, что современные методы поиска экзопланет все еще имеют ряд существенных ограничений. Вследствие чего астрономам намного проще находить крупные экзопланеты, расположенные неподалеку от звезд, чем небольшие каменные тела с большими периодами обращения.
Впрочем, после ввода в строй сверхмощных телескопов нового поколения, обладающих намного большей чувствительностью и способных получать изображения со значительно большей степенью детализации, ситуация должна будет существенно улучшиться.
Так что, если у человечества появится возможность добраться до звезд, можно прогнозировать, что к тому моменту у нас будет весьма богатый выбор потенциальных целей. Тем более уже сейчас мы знаем, что некоторые звездные системы могут иметь сразу несколько пригодных для колонизации планет. В качестве примера можно привести расположенную в 40 световых годах от Земли TRAPPIST-1. Вокруг этой небольшой звезды обращается как минимум семь каменных миров, причем орбиты сразу трех из них лежат в зоне ее обитаемости.
Если же нам когда-нибудь удастся добраться до крупных скоплений и центральных областей нашей галактики, где среднее расстояние между звездами измеряется не световыми годами, а световыми неделями, а то и днями, это значительно облегчит дальнейшую задачу. Проведенные различными группами исследователей расчеты показали, что даже обладая флотом относительно медленных кораблей, технологически развитая цивилизация может полностью покорить центр Млечного пути всего за несколько десятков миллионов лет.
Вопрос тяги
Разумеется, все описанное выше многообразие потенциальных целей для исследования и колонизации окажется полностью бесполезным в том случае, если мы не можем до них добраться. К сожалению, на данном этапе человечество не обладает технологическими возможностями, позволяющими построить корабли, способные достичь других звезд в сколь бы то ни было приемлемые сроки. Но, по крайней мере, мы уже в состоянии поразмышлять над основными аспектами этой задачи.
Ключевым из них, безусловно, является вопрос тяги. Очевидно, что для полета к звездам нам потребуется что-то поэффективнее используемых в наши дни ракетных двигателей на химическом топливе. Различными инженерами и фантастами предложено множество вариантов решения данной проблемы. В теории, наилучшие результаты мог бы дать аннигиляционный двигатель. Его принцип действия основан на взаимодействии материи и антиматерии. Оно высвобождает колоссальное количество энергии. А скорость истечения образующихся в ходе этого процесса частиц близка к релятивистским, что позволяет разогнать космический корабль до очень больших скоростей. В качестве примера можно привести разработанный в 1990-х проект Valkyrie. В теории, этот звездолет способен разогнаться до 92% от скорости света.
Само по себе антивещество уже давно перестало быть фантастикой – ученым впервые удалось синтезировать антиводород еще в 1995 году. Так что можно задаться логичным вопросом, почему же мы до сих не отправились к звездам. Все дело в том, что для создания подобного двигателя необходимо решить две фундаментальные проблемы. Во-первых, нужно многократно уменьшить стоимость антивещества и наладить его производство в промышленных масштабах. Сейчас его можно получить лишь с помощью ускорителей частиц. Поэтому количество создаваемой антиматерии измеряется миллиардными долями граммов, а ее стоимость составляет поистине астрономические суммы. Во-вторых, нужно придумать надежный способ, позволяющий хранить антивещество на протяжении длительных периодов времени. Но, если человечеству удастся решить эти проблемы, именно аннигиляционный двигатель способен обеспечить нам наиболее быстрые межзвездные путешествия.
Другой перспективный вариант — использование солнечного паруса. Так называют приспособление (как правило, представляющее собой огромную пленку), использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата. Эта технология также не является чем-то фантастическим. Ее уже испытывали во время нескольких космических миссий, а прямо сейчас на околоземной орбите функционирует аппарат Lightsail-2, оснащенный парусом с площадью поверхности в 32 кв. м.
Основное преимущество солнечного паруса — отсутствие необходимости брать с собой топливо, на которое обычно приходится львиная доля массы космического корабля. Но опять же, все не так просто. В исходном виде парус годится лишь для перелетов во внутренней части Солнечной системы. Если мы хотим отправиться в космические глубины, нам придется построить сверхмощный лазер, чей луч можно будет использовать для разгона «парусника». Создание подобного ускорителя, несомненно, станет самым грандиозным проектом в истории, требующим согласованных усилий всех земных наций.
Другая очевидная проблема звездолета с солнечным парусом заключается в том, что его затем нужно как-то затормозить. Одним из вариантов решения проблемы может стать использование второго паруса. При приближении к звезде он отсоединится от корабля и сыграет роль линзы, сфокусировав ее свет на звездолете, позволив ему уменьшить скорость. Еще одной возможностью является комбинация из паруса и иной силовой установки (например, уже упомянутого аннигиляционного двигателя). Первый будет использоваться для ускорения звездолета, второй — для его торможения на подлете к цели.
Но наиболее реалистичным вариантом пока что рассматривается «взрыволет»: космический корабль, приводимый в движение энергией, выделяемой во время подрыва небольших ядерных или термоядерных зарядов. Насколько бы безумной на первый взгляд ни выглядела подобная схема, но она может быть работоспособной, что подтверждают как результаты моделирования, так и практические эксперименты.
Согласно некоторым расчетам, такой звездолет можно было бы разогнать до 10% скорости света, что обеспечило бы достижение той же Альфы Центавра за 45 лет — т.е. в пределах одной человеческой жизни. Более того, по мнению многих экспертов, на данный момент это единственный тип относительно быстрого межзвездного корабля, который может быть создан на основе исключительно имеющихся технологий. Все остальные теоретические концепции, вроде уже упомянутого аннигиляционного двигателя, имеют большое количество нерешенных проблем и физических допущений, которые делают их возможную реализацию делом весьма отдаленного будущего.
Альтернативой всем перечисленным схемам выступает создание «медленного» корабля поколений — замкнутой экосистемы, рассчитанной на путешествие протяженностью в сотни и тысячи лет. Преимущество такого звездолета заключается в том, что он не требует разработки принципиально новых двигателей. Основной недостаток — необходимость создания полностью самодостаточной самоподдерживающейся экосистемы, которая сможет существовать без поставок извне и обеспечить выживание колонии людей на протяжении столетий, а то и тысячелетий. Не исключено, что в реальности это окажется даже более сложной задачей, чем строительство того же аннигиляционного двигателя.
В качестве примера можно привести проведенный в начале 1990-х печально известный знаменитый эксперимент «Биосфера-2», наглядно продемонстрировавший ряд опасностей, которые могут подстерегать людей при длительном нахождении в изоляции. Тут и быстрое разделение коллектива исследователей на несколько враждебных группировок, и неконтролируемое размножение вредителей, приведшее к стремительному падению содержания кислорода под куполом, из-за чего опыт в итоге пришлось прекратить. Даже обычный ветер, как оказалось, играет важнейшую роль: без регулярного раскачивания деревья быстро становятся хрупкими и ломаются.
Альтернативой кораблю поколений является технология, позволяющая погружать людей на сотни и даже тысячи лет в состояние анабиоза, а затем возвращать их к жизни. Это могло бы решить многие принципиальные проблемы длительного полета. Неудивительно, что капсулы для гибернации давно стали неотъемлемой частью научной фантастики. К сожалению, в реальности работы в этом направлении все еще пребывают в зачаточном состоянии. На данный момент сложно делать определенные прогнозы по поводу того, возможен ли какой-то прорыв, и когда он может осуществиться.
Так что не исключено, что если человеку все же суждено достигнуть звезд, это будет сделано не какой-то отдельной экспедицией, а методом небольших «скачков». Если наша цивилизация приступит к освоению пояса Койпера (например, Плутона и Эриды), то со временем поселенцы начнут создавать аванпосты на все более далеких ледяных объектах, постепенно удаляясь от Солнца. Используя их в качестве своеобразного «перешейка» (как аналогию можно привести заселение древними людьми Америки и Австралии), со временем их потомки смогут достигнуть аналога облака Оорта вокруг Альфы Центавра, и уже по нему добраться до обращающихся вокруг них экзопланет.
Целесообразность освоения дальнего космоса
Но, даже зная, куда и на чем мы можем полететь, нам все равно нужно найти ответ на финальный вопрос: зачем? Что может дать человечеству освоение дальнего космоса?
Разговор на эту тему стоит начать с того, что тяга к исследованию и покорению новых мест генетически заложена в нашей природе. Именно благодаря ней человечество сумело расселиться по всем земным континентам и стать доминирующей формой жизни на планете. И если тщательно все обдумать, возможно, нам даже не нужно искать каких-то оправданий космической экспансии. Весь исторический опыт свидетельствует: как только у человечества появляется возможность колонизировать новый регион, мы немедленно ее используем. И в этом плане космос вряд ли станет исключением. Если технологии дадут нашему виду реальную возможность создавать устойчивые и безопасные поселения на других мирах, незамедлительно найдутся те, кто захочет ею воспользоваться и покинуть Землю.
При всем при этом не стоит забывать, что в прошлом колонизации новых земель не отличалась особой системностью. Достаточно просто вспомнить историю Африки или судьбу коренных народов Америки. Она всегда сопровождалась массой трагедий и ошибок, последствия которых человечество пытается исправить до сих пор. Так что в случае с космосом мы, по крайней мере, можем приложить все возможные усилия, чтобы не повторять ошибок предыдущих поколений и заранее продумать, как лучше организовать этот процесс.
Если же говорить с практической точки зрения, колонизация дальнего космоса тоже может принести человечеству ряд выгод. Наиболее очевидно из них то, что наш вид получит страховку на случай, если что-то случится с Землей. Часто эта роль отводится Марсу. Но надо понимать, что это мертвый мир, растерявший большую часть своих ресурсов, который вряд ли сможет претендовать на статус полноценной замены Земле. А вот если принять во внимание гигантские размеры космоса, можно прийти к выводу, что у человечества — неплохие шансы отыскать планеты с комфортными условиями на просторах нашей галактики, которые станут для нас полноценным домом.
К слову, ресурсы дальнего космоса — в первую очередь именно пояса Койпера и облака Оорта — тоже могут пригодиться нашему виду. И речь идет не только об использовании их в качестве промежуточных баз для звездолетов. Если в далеком будущем человечество займется планетарной инженерией и попытается терраформировать Марс и Венеру, для этого потребуется доставить туда огромные массы воды. Безусловно, ее можно найти и поближе (например, на спутниках Юпитера). Однако не исключено, что будет куда проще поймать и отбуксировать во внутреннюю часть Солнечной системы несколько крупных ледяных тел, нежели пытаться возить воду на Марс космическими танкерами с той же Европы. Более того, весь этот регион может стать стратегическим резервом на случай, если нашу собственную планету постигнет какая-то глобальная катастрофа и ее придется восстанавливать.
И, наконец, не стоит забывать про еще одну извечную мечту человечества — найти ответ на вопрос, одни ли мы во Вселенной. Он волновал, волнует и будет волновать еще множество поколений. Так что поиски внеземной жизни, безусловно, станут еще одним важным фактором, который подстегнет изучение дальнего космоса. Конечно, нельзя исключать, что в конечном счете нам так и не удастся никого разыскать. Но даже при таком исходе мы, по крайней мере, обезопасим свой вид от исчезновения. Да и, к тому же, кто-то же должен быть первым.
