Масштаб вещей трудно понять. Расстояние от Земли до Луны — около четырехсот тысяч километров — это самая короткая космическая мера значимости, но она уже растягивает воображение. Астронавты Аполлона преодолели это расстояние за три дня; расстояние, которое свет, самое быстрое в космосе, проходит чуть более чем за секунду.
Ситуация быстро становится хуже. Нам трудно представить расстояние до Солнца — сто пятьдесят миллионов километров, восемь световых минут — или до орбиты Нептуна — четыре с половиной миллиарда километров. Это числа и расстояния за пределами человеческого понимания, реликты космоса настолько обширны, что наше присутствие здесь быстро тускнеет в пугающей незначительности.
Вместо километров или миль астрономы часто говорят об астрономических единицах — определенных как расстояние от Солнца до Земли — или в световых годах, расстоянии, которое покрывает фотон света за один земной год.
Но даже здесь мы можем столкнуться с трудностями. Астрономические единицы (АЕ) полезны в масштабе планет. Нептун, вместо того чтобы быть на расстоянии четырех миллиардов километров, находится на более расслабленных тридцати астрономических единицах. Даже Плутон, когда-то считавшийся краем Солнечной системы, никогда не удаляется более чем на пятьдесят астрономических единиц от Земли.
А что потом? Пояс Койпера, кольцо ледяных миров, окружающее Солнечную систему, может простираться на сто астрономических единиц от Солнца. Облако Оорта, место рождения комет, лежит еще дальше, его внутренняя граница находится примерно на двух тысячах астрономических единиц от Земли. Его внешняя граница остается загадочной. Некоторые предполагают, что оно простирается до середины пути к Альфе Центавра, достигая двухсот тысяч астрономических единиц.
Здесь, когда наш фокус смещается с планет и комет на звезды и галактики, наши измерительные палочки снова должны измениться. Альфа Центавра находится на нелепом расстоянии в триста тысяч астрономических единиц от Земли, число настолько неудобное, что астрономы предпочитают говорить, что она находится всего в четырех световых годах. Это близко, вы можете подумать, особенно когда вам говорят, что галактический центр находится на двадцать шесть тысяч световых лет дальше.
Не обманывайтесь. Альфа Центавра настолько невероятно далеко от Земли, что у нас мало надежды когда-либо туда добраться. Даже при самой быстрой скорости, которую мы когда-либо достигли — скорости солнечного зонда Паркер — это займет десять дней, чтобы преодолеть одну астрономическую единицу. Четыре световых года, если бы мы могли как-то поддерживать эту скорость, потребовали бы семь тысяч лет, чтобы пересечь.
Эта история была первоначально опубликована Quantum Cat, регулярным информационным бюллетенем, посвященным космосу и науке. Поддержите меня и получите больше моих текстов, подписавшись бесплатно сегодня!
I. Pioneer, Voyager и New Horizons
Это может показаться плохой новостью для пяти космических аппаратов, которые в настоящее время покидают Солнечную систему. Даже самый быстрый из них — Voyager 1 — движется со скоростью всего шестьдесят тысяч километров в час, что позволит ему достичь первого светового года примерно на заре двадцать первого тысячелетия. К тому времени, вы будете огорчены услышать, Voyager 1 давно исчерпает свои батареи, оставив его далеко вне контакта с тем, что останется от человечества.
Однако, несмотря на то, что эти смелые исследователи вряд ли достигнут других звездных систем, они все еще передают полезные данные на Землю. Граница, которую они пересекли, которая отмечает рубеж между Солнечной системой и остальной частью галактики, остается загадочным местом. Когда они пересекли эту границу, данные, которые они отправили обратно, шокировали исследователей, заставив их пересмотреть модели Солнечной системы.
Теперь, когда они перешли в регион, известный как межзвездная среда, они продолжают удивлять исследователей. На самом деле, мало что известно наверняка о космосе, окружающем нашу Солнечную систему. Поскольку Voyager удаляется все дальше от Земли, его инструменты буквально прокладывают новый путь.
Voyager 1 вместе со своим партнером Voyager 2 покинул Землю в 1977 году. Сегодня, спустя почти полвека в космосе, их возраст начинает сказываться. Оба питаются от ядерных батарей, источника топлива, который позволяет им работать даже тогда, когда свет Солнца почти не доходит. Но эти батареи постепенно разряжаются, подчиняясь неотвратимым законам радиоактивного распада.
В течение нескольких лет, по мнению NASA, их уровни мощности упадут ниже порога, необходимого для работы антенн. Когда это произойдет, зонды замолчат, и их операторы будут вынуждены оставить их. Два более ранних космических аппарата — Pioneers 10 и 11 — уже выключены, дрейфуя в одиночку в темноту.
Останется только один космический аппарат, продолжающий отправлять данные с края Солнечной системы. New Horizons, зонд, запущенный в 2006 году, прошел мимо Плутона в 2015 году. В настоящее время он находится на расстоянии пятидесяти шести астрономических единиц от Земли, что все еще далеко от одной ста шестидесяти астрономических единиц Voyager 1. Он должен прослужить до 2040-х годов, что может позволить ему тоже достичь редко видимой межзвездной среды.
II. Что Ждет за Пределами: Межзвездное Пространство
Шестьдесят тысяч лет назад, задолго до того, как наши предки осели и стали земледельцами, наша Солнечная система вошла в Локальное Межзвездное Облако. Название, возможно, вводит в заблуждение. Хотя мы называем его «облаком», концентрация вещества в нем слабая, намного слабее любого облака на Земле. Но по сравнению с его окружением, это облако является областью плотности: областью, где пыль и газ существуют в несколько больших количествах.
Теперь, спустя шестьдесят тысяч лет, Солнечная система снова достигает краев этого облака. По оценкам исследователей, через примерно две тысячи лет мы вырвемся из него, перейдя в соседнее облако G. Точно, что произойдет, когда мы пересечем эту границу, не ясно, хотя исследователи подозревают, что такие события в прошлом могли повлиять на климат и атмосферу нашей планеты.
Однако в более широком масштабе оба этих облака плавают в объеме пространства, известном как Локальный Пузырь. Как-то мы оказались близко к центру этого пузыря, и поэтому он простирается как минимум на пятьсот световых лет в каждом направлении вокруг нас. Внутри него пространство было очищено — за исключением редких облаков — ударными волнами, отражающимися от давно прошедшей сверхновой.
Доказательства показывают, что она взорвалась три миллиона лет назад, почти точно тогда, когда наши предки начали делать каменные орудия. Насколько близко взрыв был к Земле, остается спорным, но недавние открытия предполагают, что он мог быть близким. Следы Железа-60 — элемента, сформированного только в сердце сверхновой — недавно были найдены в ледяных кернах Антарктиды и океанских отложениях.
Если сверхновая взорвалась близко к Земле, это могло бы драматически повлиять на гелиосферу, защитную оболочку магнитного поля Солнца. Обычно эта оболочка простирается далеко за пределы внешних планет. Оба космических аппарата Voyager находились более чем на 120 астрономических единицах от Земли, когда они встретили ее, что ставит ее край на расстоянии более чем в два раза превышающем расстояние до Плутона.
Однако, когда ударные волны от сверхновой воздействовали на нее, эта оболочка сокращалась. Некоторые исследования считают, что она могла уменьшиться до радиуса двадцати пяти астрономических единиц, оставив планеты за пределами Сатурна подверженными воздействию обломков умирающей звезды. Земля почти наверняка оставалась бы в защитной оболочке. Наличие Железа-60, однако, показывает, что событие не оставило нас полностью невредимыми.
III. Цель 1000 АЕ
Поскольку космические аппараты Voyager устаревают, исследователи думают о запуске нового поколения исследователей к краю Солнечной системы. В первую очередь могут быть китайцы, которые набросали планы отправить два зонда на расстояние в сто астрономических единиц к середине века.
Хотя детали миссии трудно найти, как и многие другие китайские космические проекты, некоторые все же стали известны. Два космических аппарата направятся в разных направлениях, давая нам разные виды на гелиосферу. Один зонд будет направляться к «носу» гелиосферы, точке, которая находится прямо перед направлением движения Солнца. Другой примет более боковой путь, давая нам более боковой вид на гелиосферу. Когда они будут запущены, остается неизвестным, хотя это может произойти уже в 2026 году.
Еще более амбициозная цель была набросана американскими исследователями перед прошлогодним десятилетним обзором планетарных наук. NASA, как они написали в пятисотстраничном отчете, может отправить зонд на тысячу астрономических единиц к концу следующего века. Это будет сложной задачей, признают они, требующей более века работы, но это не будет невозможно.
Межзвездный зонд, как они его называют, может отправиться на одной из больших ракет, которые в настоящее время разрабатываются. Базовый план предполагал использование космической ракеты Space Launch System, лунной ракеты NASA, для ускорения к звездам. Но другие варианты, такие как Starship, вскоре могут быть доступны и предложить полет за гораздо более низкую стоимость. В любом случае зонду потребуется много скорости. План предполагает, что он пройдет Юпитер через семь месяцев после запуска и достигнет ста астрономических единиц за пятнадцать лет.
С этого момента зонд будет двигаться к тысяче астрономических единиц, достигая этой отметки примерно через сто сорок лет после запуска. Проектирование зонда, способного продержаться так долго, является сложной задачей, хотя Voyager уже почти пятьдесят лет находится в космосе. Более сложной задачей может быть поддержание связи на таких больших расстояниях.
Однако главная проблема будет заключаться в поддержке операций в течение полутора веков. Voyager растянулся на всю карьеру некоторых инженеров, что усложняло сохранение знаний в быстро меняющемся мире. Планирование многопоколенной миссии, как требует Межзвездный зонд, потребует новых подходов к технологиям и операциям.
Тем не менее, возможно, нам лучше привыкнуть к этому. Масштабы космоса делают нас и наши жизни кажущимися ничтожными. Достижение края Солнечной системы — проект, измеряемый десятилетиями в лучшем случае; достижение звезд — если мы когда-нибудь это сделаем — займет поколения.
