Півстоліття тому люди вперше вирвалися за межі навколоземної орбіти і ступили на поверхню іншого небесного тіла. На жаль, незважаючи на всю історичну значимість, тривалий час ця подія так і залишилась лише одним маленьким кроком престижу, зробленим у рамках ідеологічної боротьби наддержав, а не заради якоїсь практичної необхідності. Лише в останньому десятилітті ситуація почала змінюватися. Комерціалізація космосу і потужний технологічний ривок Піднебесної призвели до того, що анонсовані США і КНР плани щодо створення постійних баз на Місяці тепер сприймаються як щось буденне. Та й мрія Ілона Маска про людей на Марсі вже не здається такою нездійсненною.
Але космос не обмежується Місяцем і Марсом. Він не обмежується навіть Сонячною системою. За її межами лежить величезний Всесвіт, наповнений безліччю небесних тіл.
Багато поколінь учених і фантастів вважали за факт, що одного разу людина підкорить їх. Але чи можливо це з технологічної точки зору? І, навіть якщо так — чи є практичний сенс для людства полишати рідну домівку та вирушати у космічні глибини?
Можливі цілі для колонізації далекого космосу
Будь-яка дискусія про далеку космічну експансію людства зводиться до пошуку відповідей на три основних запитання: як, куди й навіщо? Що саме ми могли б колонізувати, чи дозволяють це технології? І наскільки взагалі доцільна подібна діяльність?
Почнемо із першого пункту. Протягом довгого часу в науковому середовищі існувала думка, що Сонячна система, по суті, закінчується на Плутоні. Далі починалася велика порожнеча, що переривалася лише на хмарі Оорта — гіпотетичному скупченні крижаних тіл на далекій околиці Сонячної системи, звідки до нас періодично прилітають нові комети.
Зараз ми знаємо, що це не так. Плутон не курйозний релікт, а лише один із найбільших представників поясу Койпера — віддаленого й обширного регіону, що на порядок перевершує за розмірами та масою Головний пояс астероїдів. За ним починається ще більш віддалена область розсіяного диску, що є домом для ще одного угруповання крижаних тіл, і яка, зі свого боку, в якийсь момент переходить у внутрішню частину хмари Оорта.
Поки що астрономи можуть знаходити транснептунові об’єкти, розташовані приблизно в радіусі лише 18-20 млрд км від Сонця. Все, що лежить далі, залишається для них Terra Incognita. Але навіть наявних мізерних даних досить, щоб припустити, що ця область населена великою кількістю небесних тіл, багато з яких можуть бути подібними за розміром із тим же Плутоном. Існує досить велика ймовірність, що там можуть ховатися цілі планети, які перевищують за розмірами Землю, викинуті на ці «задвірки» за часів формування Сонячної системи. Більше того, астрономи досі не виключають можливості, що десь по сусідству з Сонцем можуть перебувати один-два холодних коричневих карлика, або, як їх іще називають, невдалі зірки: так іменують об’єкти, що представляють собою проміжну ланку між планетами та світилами.
Очевидно, що саме область за орбітою Нептуна стане першою стратегічною метою для далекої космічної експансії людства. Перш ніж летіти до інших зірок, нам необхідно розвідати й картографувати даний «фронтир». Це потрібно як із міркувань безпеки, так і з практичної точки зору. Адже тут є дуже цінні ресурси (вода, кисень, матеріали, які можна використовувати для будівництва поселень і космічних кораблів). У подальшому вони стануть у пригоді для підготовки й постачання міжзоряних експедицій.
Але що далі? Якщо говорити про безпосередньо найближчих зоряних сусідів Сонця, варто відзначити, що наша система розташована на околиці невеликого спірального рукава Оріона, який можна назвати своєрідними галактичними «задвірками». За мірками Чумацького шляху цей регіон є відносно «розрідженим», середні відстані між зірками тут вимірюються кількома світловими роками. На думку багатьох планетологів, даний фактор міг зіграти ключову роль у розвитку життя на нашій планеті. Перебуваючи на галактичній околиці, Сонячна система зуміла уникнути багатьох небезпек, які несе занадто тісне сусідство з іншими світилами.
Але ця ж обставина одночасно істотно ускладнює завдання колонізації інших світів. Найближча зоряна система Альфа Центавра віддалена від нас на 4,3 світлових роки. За астрономічними мірками, це дрібниця. За людськими — неймовірно гігантська відстань, яку складно навіть просто усвідомити.
Але є й хороша новина, адже два із трьох компонентів Альфи Центавра є сонцеподібними світилами. Справа у тому, що приблизно 75% зірок Чумацького шляху є червоними карликами. Такі світила набагато холодніші за Сонце, і водночас мають досить «примхливий» характер. Наприклад, вони здатні різко міняти свою інтенсивність, а також створювати небезпечні для всього живого потужні спалахи, у багато разів сильніші за сонячні. Так що те, що дві з трьох найближчих до нас зірок схожі на Сонце, можна назвати удачею. Якщо у них є кам’яні екзопланети, чиї орбіти проходять у зоні життя, умови на їхній поверхні цілком можуть нагадувати земні.
Що стосується третього компонента системи, Проксіми Центавра, то тут нам все більш-менш зрозуміло. Вже зараз ми знаємо, що навколо неї обертаються як мінімум дві екзопланети, і орбіта однієї з них лежить у зоні життя. Звичайно, зважаючи на особливості червоних карликів, кліматичні умови цього світу поки що є предметом різних спекуляцій. Але у будь-якому випадку вже зараз можна досить впевнено прогнозувати, що якщо людині й судилося відправити експедицію до інших зірок, то система Альфа Центавра очевидно стане її першим пунктом призначення.
Напевне, екзопланети є й у більшості інших наших сусідів. На даний момент астрономи знайшли їх у 60 з 400 зірок, розташованих у радіусі 10 парсек від Сонця. Зокрема, наявні дані говорять про те, що невидимі компаньйони має зірка Барнарда, Вольфа 359, Лаланда 21185 і Епсілон Ерідана. І це з урахуванням того, що сучасні методи пошуку екзопланет все ще мають низку істотних обмежень. Через це астрономам набагато простіше знаходити великі екзопланети, розташовані неподалік від зірок, аніж невеликі кам’яні тіла з великими періодами обертання.
Втім, після введення у дію надпотужних телескопів нового покоління, що мають набагато більшу чутливість і здатні отримувати зображення зі значно більшим ступенем деталізації, ситуація має істотно покращитися.
Якщо у людства з’явиться можливість дістатися до зірок, можна прогнозувати, що до того моменту у нас буде досить багатий вибір потенційних цілей. Тим більше, вже зараз ми знаємо, що деякі зоряні системи можуть мати відразу кілька придатних для колонізації планет. Як приклад можна привести розташовану на відстані 40 світлових років від Землі TRAPPIST-1. Навколо цієї невеликої зірки обертається як мінімум сім кам’яних планет, причому орбіти відразу трьох із них лежать в зоні, придатній для життя.
Якщо ж нам коли-небудь вдасться дістатися до великих скупчень і центральних областей нашої галактики, де середня відстань між зірками вимірюється не світловими роками, а світловими тижнями і навіть днями, це значно полегшить подальше просування. Проведені різними групами дослідників розрахунки показали, що навіть володіючи флотом повільних кораблів, технологічно розвинена цивілізація може повністю підкорити центр Чумацького шляху всього за кілька десятків мільйонів років.
Питання тяги
Зрозуміло, все описане вище різноманіття потенційних цілей для дослідження й колонізації буде марним у тому випадку, якщо ми не зможемо до них дістатися. На жаль, на даному етапі людство не має технологічних можливостей, що дозволяють побудувати кораблі, здатні досягти інших зірок у прийнятні терміни. Але принаймні ми вже готові поміркувати над основними аспектами цього завдання.
Ключовим із них, безумовно, є питання тяги. Очевидно, що для польоту до зірок нам буде потрібно щось ефективніше за сучасні ракетні двигуни на хімічному паливі. Різними інженерами і фантастами запропоновано безліч варіантів вирішення даної проблеми. У теорії, найкращі результати міг би дати анігіляційний двигун. Принцип його дії заснований на взаємодії матерії та антиматерії, яка вивільняє колосальну кількість енергії. А швидкість вильоту частинок, що виникають під час цього процесу, близька до релятивістських, що зі свого боку дозволяє розігнати космічний корабель до дуже великих швидкостей. Як приклад можна привести розроблений у 1990-х проект Valkyrie. У теорії, цей зореліт здатен розігнатися до 92% від швидкості світла.
Сама антиречовина вже давно перестала бути фантастикою — вченим вперше вдалося синтезувати антиводень іще у 1995 році. Так що можна поставити логічне запитання, чому ж ми іще не вирушили до зірок. Вся справа у тому, що для створення подібного двигуна необхідно вирішити дві фундаментальні проблеми.
По-перше, потрібно багаторазово зменшити вартість антиречовини і налагодити її виробництво у промислових масштабах. Зараз її можна отримати лише за допомогою прискорювачів часток. Тому кількість створюваної антиматерії вимірюється мільярдними частками грамів, а її вартість становить астрономічні суми. По-друге, потрібно придумати надійний спосіб, що дозволить зберігати антиречовину протягом тривалих періодів часу. Однак якщо людству вдасться вирішити ці проблеми, саме анігіляційний двигун здатен забезпечити нам найбільш швидкі міжзоряні подорожі.
Іншим перспективним варіантом є використання сонячного вітрила. Так називають пристосування (як правило, величезну плівку), що використовує тиск сонячного світла або лазера на дзеркальну поверхню для приведення до руху космічного апарата. Ця технологія також не є чимось фантастичним. Її вже випробували під час декількох космічних місій, а прямо зараз на навколоземній орбіті функціонує апарат Lightsail-2, оснащений вітрилом із площею поверхні 32 кв. м.
Основна перевага сонячного вітрила — відсутність необхідності брати з собою паливо, на яке зазвичай припадає левова частка маси космічного корабля. Але, знову ж таки, все не так просто. У початковому вигляді парус придатний лише для перельотів у внутрішній частині Сонячної системи. Якщо ми хочемо мандрувати у космічні глибини, нам доведеться побудувати надпотужний лазер, чий промінь можна буде використовувати для розгону «парусника». Створення подібного прискорювача, безсумнівно, стане самим грандіозним проектом у історії, що вимагатиме узгоджених зусиль усіх земних націй.
Інша очевидна проблема зорельоту із сонячним вітрилом полягає в тому, що його потім потрібно якось загальмувати. Одним із варіантів вирішення проблеми є використання другого вітрила. Під час наближення до зірки він від’єднається від корабля та зіграє роль лінзи, що сфокусує її світло на зорельоті — це дасть змогу зменшити швидкість. Іще однією можливістю є комбінація з вітрила та іншої силової установки (наприклад, вже згаданого анігіляційного двигуна). Перший буде використовуватися для прискорення зорельота, другий — для його гальмування на підльоті до цілі.
Але найбільш реалістичним варіантом поки що є «взриволіт»: космічний корабель, що рухається за допомогою енергії, яка виділяється під час підриву невеликих ядерних або термоядерних зарядів. Наскільки б шалено на перший погляд не звучала подібна ідея, вона може бути працездатною, що підтверджують як результати моделювання, так і практичні експерименти. Згідно з деякими розрахунками, такий зореліт можна було б розігнати до 10% швидкості світла, що забезпечило б досягнення тієї ж Альфи Центавра за 45 років, тобто у межах одного людського життя. Більш того, на думку багатьох експертів, на даний момент це єдиний тип швидкого міжзоряного корабля, який може бути створений на основі виключно наявних технологій. Усі інші теоретичні концепції, на зразок вже згаданого анігіляційного двигуна, мають велику кількість невирішених проблем і фізичних припущень, які роблять їхню реалізацію справою дуже віддаленого майбутнього.
Альтернативою всім перерахованим схемам є створення «повільного» корабля поколінь — замкнутої екосистеми, розрахованої на подорож довжиною в сотні й тисячі років. Перевага такого зорельоту полягає в тому, що він не вимагає розробки принципово нових двигунів. Основний недолік — необхідність створення повністю самодостатньої екосистеми, яка може існувати без поставок ззовні і забезпечує виживання колонії людей протягом століть, а то й тисячоліть. Не виключено, що у реальності це виявиться навіть більш складним завданням, аніж будівництво того ж анігіляційного двигуна.
Як приклад можна привести проведений на початку 1990-х сумнозвісний експеримент «Біосфера-2», що наочно продемонстрував низку небезпек, які можуть підстерігати людей під час тривалого перебування в ізоляції. Тут і швидкий поділ колективу дослідників на кілька ворожих угруповань, і неконтрольоване розмноження шкідників, що призвело до стрімкого падіння вмісту кисню під куполом, через що дослід довелося припинити. Навіть звичайний вітер, як виявилося, грає важливу роль: без регулярного розгойдування дерева швидко стають крихкими і ламаються.
Альтернативою кораблю поколінь є технологія, що дозволяє занурювати людей на сотні і навіть тисячі років у стан анабіозу, а потім повертати їх до життя. Це б могло вирішити багато проблем тривалого польоту. Не дивно, що капсули для глибокого сну давно стали невід’ємною частиною наукової фантастики. На жаль, насправді роботи у цьому напрямку все ще — на початковому етапі. Наразі складно робити певні прогнози з приводу того, коли може здійснитися прорив, і чи можливий він взагалі.
Не виключено, що якщо людині все ж судилося досягти зірок, це буде здійснено не якоюсь окремою експедицією, а методом невеликих «стрибків». Якщо наша цивілізація приступить до освоєння поясу Койпера (наприклад, Плутона і Еріди), то з плином часу поселенці почнуть створювати аванпости на все більш віддалених крижаних об’єктах, поступово віддаляючись від Сонця. Використовуючи їх у якості своєрідного «перешийка» (як аналогію можна привести заселення давніми людьми Америки і Австралії), згодом їхні нащадки зможуть досягти аналога хмари Оорта навколо Альфи Центавра, і вже ним дістатися до екзопланет.
Доцільність освоєння далекого космосу
Але навіть знаючи, куди та на чому ми можемо полетіти, нам все одно потрібно знайти відповідь на фінальне запитання: навіщо? Що може дати людству освоєння далекого космосу?
Розмову на цю тему варто почати із того, що жага до дослідження і підкорення нових земель генетично закладена у нашій природі. Саме завдяки їй людство змогло розселитися усіма земними континентами і стати домінуючою формою життя на планеті. І якщо ретельно все обдумати, можливо, нам навіть не потрібно шукати якихось виправдань космічної експансії. Як показує весь історичний досвід, як тільки у людства з’являється можливість колонізувати новий регіон, ми негайно її використовуємо. І в цьому плані космос навряд чи стане винятком. Якщо технології дадуть нашому виду реальну можливість створювати стійкі й безпечні поселення в інших світах, відразу знайдуться ті, хто захоче цією можливістю скористатися і залишити Землю.
Втім, не варто забувати, що у минулому колонізації нових земель не вирізнялася особливою системністю. Досить просто згадати історію Африки або долю корінних народів Америки. Вона завжди супроводжувалася масою трагедій і помилок, наслідки яких людство намагається виправити й досі. Так що у випадку з космосом ми, як мінімум, можемо докласти всіх зусиль, щоб не повторювати помилок попередніх поколінь і заздалегідь продумати, як краще організувати цей процес.
Якщо ж говорити з практичної точки зору, колонізація далекого космосу теж може принести людству низку переваг. Найбільш очевидною з них є те, що наш вид отримає страховку на випадок, якщо щось трапиться з Землею. Часто ця роль відводиться Марсу. Але треба розуміти, що це мертвий світ, що розгубив велику частину своїх ресурсів, який навряд чи зможе претендувати на статус повноцінної заміни Землі. А ось якщо взяти до уваги гігантські розміри космосу, можна дійти висновку, що людство має непогані шанси відшукати планети з комфортними умовами на просторах нашої галактики, які стануть для нас повноцінною домівкою.
До речі, ресурси далекого космосу — передусім саме поясу Койпера і хмари Оорта — теж можуть стати у пригоді нашому виду. І йдеться не тільки про використання їх у якості проміжних баз для зорельотів. Якщо у далекому майбутньому людство займеться планетарною інженерією і спробує тераформувати Марс і Венеру, то для цього знадобиться доставити туди величезні маси води. Безумовно, їх можна знайти й ближче (наприклад, на супутниках Юпітера). Але не виключено, що буде значно простіше зловити й відбуксирувати до внутрішньої частини Сонячної системи кілька великих крижаних тіл, аніж намагатися возити воду на Марс космічними танкерами з тієї ж Європи. Більш того, весь цей регіон може стати стратегічним резервом на той випадок, якщо нашу власну планету спіткає якась глобальна катастрофа і її доведеться відновлювати.
І, зрештою, не варто забувати про ще одну одвічну мрію людства — знайти відповідь на запитання, чи одні ми у Всесвіті. Це питання хвилювало, хвилює і хвилюватиме ще багато поколінь. Так що пошуки позаземного життя, безумовно, стануть іще одним важливим фактором для вивчення далекого космосу. Звісно, не можна виключати, що зрештою нам так і не вдасться нікого знайти. Але навіть такий результат забезпечить нам захист від зникнення. Та й, до того ж, хтось же повинен бути першим.
