Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Новости науки

 
10.03
Глобальное потепление создало экологическую ловушку для очковых пингвинов

09.03
При помощи вибрационных сигналов гусеницы зазывают товарищей и прогоняют конкурентов

06.03
Что общего у голых землекопов и «голых обезьян»?

03.03
Древние и продвинутые виды сосуществовали после глобального пермо-триасового вымирания

02.03
Выяснилось, как именно ацетилирование регулирует активность белка p53






Главная / Библиотека / Из Книжного клуба версия для печати

«Голубая точка». Главы из книги

Карл Эдвард Саган


Голубая точка

Карл Эдвард САГАН

Голубая точка

Космическое будущее человечества

(Carl Edward Sagan. Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space)

Автор прослеживает историю покорения космоса и мечтает о будущем, когда люди выйдут за пределы Солнечной системы и отправятся в далекие галактики.


Глава 1. Здесь наш дом

Ведь и вся-то Земля — точка, а уж какой закоулок это вот селенье.
Марк Аврелий, римский император.
Размышления, книга 4 (ок. 170 г.)

Согласно учению всех астрономов, объем Земли, которая кажется нам огромной,
является по отношению ко всей Вселенной одной лишь маленькой точкой.
Аммиан Марцеллин (ок. 330–395),
последний крупный древнеримский историк.
Цитата из книги «Римская история»

Космический аппарат был уже очень далеко от дома, за орбитой самой дальней из планет и высоко над плоскостью эклиптики. Эклиптика — это воображаемая плоскость, подобная гоночному треку, в пределах которого в основном лежат орбиты планет. Зонд мчался от Солнца со скоростью более 64 000 км/ч. Но в начале февраля 1990 г. он получил срочное сообщение с Земли.

Аппарат послушно повернул свои камеры назад, к планетам, которые были уже далеко. Сканирующая платформа медленно двигалась, захватывая один фрагмент неба за другим. Аппарат сделал 60 снимков и сохранил их в цифровом виде на своем ленточном накопителе. Затем медленно, в марте, апреле и мае, он передал по радио эту информацию на Землю. Каждое изображение состояло из 640 000 отдельных элементов (пикселов), напоминающих точки в газетной фототелеграмме или на полотне пуантилиста. Корабль находился на расстоянии 6 млрд км от Земли, поэтому каждый пиксел, передаваемый со скоростью света, достигал Земли за пять с половиной часов. Возможно, эти изображения были бы получены и быстрее, но большие радиотелескопы в Калифорнии, Испании и Австралии, принимающие этот «шепот» с дальних пределов Солнечной системы, обслуживали и другие космические аппараты, бороздившие межпланетное пространство. Среди них был «Магеллан», направлявшийся к Венере, и «Галилео», прокладывавший извилистый путь к Юпитеру.

«Вояджер-1» находился так высоко над плоскостью эклиптики потому, что в 1981 г. он прошел совсем рядом с Титаном, гигантским спутником Сатурна. Зонд-близнец «Вояджер-2» направлялся по другой траектории, в пределах плоскости эклиптики, поэтому мог выполнить прославившие его исследования Урана и Нептуна. Два «Вояджера» изучили четыре планеты и почти шестьдесят спутников. Эти зонды были шедеврами человеческой инженерной мысли, настоящей гордостью американской космической программы. Они останутся в учебниках истории даже тогда, когда почти все прочее о нашем времени будет забыто.

«Вояджеры» гарантированно должны были функционировать только вплоть до встречи с Сатурном. Я подумал, было бы хорошо, чтобы они, только миновав Сатурн, бросили «последний взгляд» в сторону дома. Я знал, что от Сатурна Земля покажется «Вояджеру» совсем крохотной и он не сможет различить никаких ее деталей. Наша планета будет выглядеть просто как светящаяся точка, одинокий пиксел, едва ли отличимый от множества других таких точек — близких планет и далеких солнц. Но именно потому, что такая картинка позволяет оценить всю заурядность нашего мира, обзавестись ею все-таки стоило.

Мореплаватели кропотливо наносили на карты береговые линии континентов. Географы оформляли эти открытия в виде атласов и глобусов. Фотографии крошечных участков Земли сначала были сделаны с аэростатов и самолетов, затем с ракет в их кратком баллистическом полете и, наконец, с орбитальных спутников. Получилась примерно такая перспектива, которую видишь невооруженным глазом на расстоянии около трех сантиметров от большого глобуса. Всех нас учили, что Земля — это шар и мы словно приклеены к ней силой гравитации, наше положение по-настоящему начинает осознаваться лишь после того, как увидишь знаменитую фотографию с «Аполлона», где вся Земля умещается в кадре. Этот снимок был сделан астронавтами с «Аполлона-17» во время последней пилотируемой экспедиции на Луну.

Фотография стала своеобразной иконой нашего времени. На ней видна Антарктида, которую американцы и европейцы привыкли рисовать «внизу», а над ней простирается вся Африка. Мы видим Эфиопию, Танзанию и Кению — страны, где жили первые люди. В правом верхнем углу просматривается Саудовская Аравия и регион, который европейцы называют Ближним Востоком. На верхнем краешке снимка едва заметно Средиземное море, на берегах которого зародилось столь многое, из чего позже сформировалась глобальная цивилизация. Несложно выделить на снимке голубой океан, желто-красную Сахару и Аравийскую пустыню, коричнево-зеленые леса и степи.

Но все-таки на этой фотографии нет никаких следов человека. Не заметно, как мы преобразовали поверхность планеты, не видно ни наших машин, ни нас самих. Мы слишком маленькие, а наше градостроительство чересчур ничтожно, чтобы все это можно было заметить с космического корабля, находящегося между Землей и Луной. При взгляде с этой точки не просматривается ни малейших следов обуревающего нас национализма. Фотографии всей Земли, сделанные с «Аполлона», донесли до широкой аудитории нечто, уже давно известное астрономам: в масштабе планет — не говоря уже о звездных или галактических масштабах — люди суть всего лишь незначительная тонкая живая пленка на поверхности тусклого одинокого каменно-металлического шарика.

Мне показалось, что другой снимок Земли, сделанный с расстояния, в сотни тысяч раз большего, чем фотографии с «Аполлона», мог бы поспособствовать дальнейшему осознанию нашего истинного положения и нашей природы. Ученые и философы классической древности вполне понимали, что Земля — всего лишь точка в необъятном космосе, но никто не мог увидеть этого своими глазами. Здесь — наш первый шанс в этом убедиться (и, пожалуй, последний, если говорить о ближайших десятилетиях).

Многие сотрудники проекта «Вояджер» в НАСА меня поддержали. Но на снимке, сделанном с окраин Солнечной системы, Земля находится слишком близко к Солнцу, как мотылек, завороженный пламенем. Хотели ли мы направить камеру прямо на Солнце, рискуя сжечь видиконную систему зонда? Не лучше ли было отложить этот снимок до тех пор, пока аппарат не сделает всех научных фотографий Урана и Нептуна, если вообще сможет проработать так долго?

Поэтому мы выдержали паузу — довольно длительную, — пока в 1981 г. аппараты не миновали Сатурн, в 1986 г. — Уран, а в 1989 г. оба «Вояджера» не вышли за пределы орбит Нептуна и Плутона. Наконец время настало. Но прежде нам потребовалось откалибровать несколько инструментов, и мы подождали еще немного. Хотя зонды были удачно расположены, аппаратура по-прежнему работала превосходно и никаких плановых снимков делать уже не требовалось, некоторые сотрудники высказались против. Они говорили, что это не имеет отношения к науке. Затем выяснилось, что техники, разрабатывающие и передающие радиокоманды для «Вояджеров», подлежали немедленному увольнению или переводу на другую работу сразу после завершения проекта — НАСА было стеснено в средствах. Сразу после того, как мы сделали бы этот снимок, с ними пришлось бы расстаться. Кстати, в последний момент, прямо когда «Вояджер-2» пролетал мимо Нептуна, в дело вмешался администратор НАСА, контр-адмирал Ричард Трули, гарантировавший, что эти снимки будут сделаны. Специалисты по управлению — Кэнди Хансен из Лаборатории реактивного движения НАСА (ЛРД) и Кэролин Порко из Аризонского университета — разработали последовательность команд и вычислили длительность фотографической выдержки.

Так получился мозаичный узор из квадратиков, на переднем плане которого планеты, а на заднем — россыпь далеких звезд. Нам удалось сфотографировать не только Землю, но и еще пять из девяти известных планет Солнечной системы. Меркурий, расположенный на самой внутренней орбите, потерялся в сиянии Солнца; Марс и Плутон оказались слишком маленькими, тусклыми и/или удаленными. Уран и Нептун были такими неяркими, что заснять их удалось лишь при очень длительной экспозиции; соответственно, их изображения оказались смазаны из-за движения зонда. Именно такими наши планеты выглядели бы с корабля пришельцев, приближающегося к Солнечной системе после долгого межзвездного путешествия.

С такого расстояния планеты кажутся лишь светящимися пятнами, четкими или размытыми — даже через телескоп высокого разрешения, что установлен на «Вояджере». Примерно такими же мы видим планеты невооруженным глазом с поверхности Земли — светящиеся точки, ярче большинства звезд. Если наблюдать Землю несколько месяцев, то покажется, что она, как и другие планеты, движется среди звезд. Просто глядя на такое пятнышко, вы не можете судить, какова эта планета, что есть на ней, каким было ее прошлое и обитает ли там кто-либо сейчас.

Поскольку солнечный свет отражается от зонда, кажется, что Земля находится в луче света, как будто этот маленький мир имеет какое-то особое значение. Но это лишь игра геометрии и оптики. Солнце одинаково испускает свет во всех направлениях. Если бы снимок был сделан чуть раньше или чуть позже, то Земля не оказалась бы в солнечном луче.

Почему у нее такой лазурный цвет? Отчасти из-за моря, отчасти из-за неба. Хотя вода в стакане и прозрачная, она поглощает красный цвет немного активнее, чем синий. Если же толща воды составляет десятки метров или более, то красный свет абсорбируется практически полностью, а в космическое пространство отражается в основном синий. Аналогично на небольшом расстоянии воздух выглядит совершенно прозрачным. Тем не менее — кстати, такой эффект отлично передан на полотнах Леонардо да Винчи — чем дальше объект, тем более голубым он кажется. Почему? Потому что воздух рассеивает синие лучи Солнца гораздо лучше, чем красные. Итак, это пятнышко имеет голубоватый оттенок, так как планета обладает густой, но прозрачной атмосферой, а также глубокими океанами жидкой воды. А откуда белый? В обычный день Земля примерно наполовину укрыта белыми водяными облаками.

Мы способны объяснить белесоватую голубизну этого маленького мира, так как хорошо его знаем. Сможет ли ученый-инопланетянин, оказавшийся на окраине нашей Солнечной системы, уверенно заключить, что на одной из планет есть океаны, облака и плотная атмосфера, — спорный вопрос. Например, Нептун голубой, но в основном по другим причинам. С такой дальней точки обзора Земля может и не вызвать никакого интереса.

Но для нас она особенная. Посмотрите на это пятнышко. Вот здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы знаете, все, кого вы любите, все, о ком вы слышали, все люди, когда-либо существовавшие на свете, провели здесь свою жизнь. Сумма всех наших радостей и страданий, тысячи устоявшихся религий, идеологий и экономических доктрин, все охотники и собиратели, герои и трусы, созидатели и разрушители цивилизаций, все короли и крестьяне, влюбленные пары, матери и отцы, дети, полные надежд, изобретатели и исследователи, моральные авторитеты, беспринципные политики, все «суперзвезды» и «великие вожди», все святые и грешники в истории нашего вида жили здесь — на пылинке, зависшей в луче света.

Земля — очень маленькая площадка на бескрайней космической арене. Вдумайтесь, какие реки крови пролили все эти генералы и императоры, чтобы (в триумфе и славе) на миг стать властелинами какой-то доли этого пятнышка. Подумайте о бесконечной жестокости, с которой обитатели одного уголка этой точки обрушивались на едва отличимых от них жителей другого уголка, как часто между ними возникало непонимание, с каким упоением они убивали друг друга, какой неистовой была их ненависть.


Эта голубая точка — вызов нашему позерству, нашей мнимой собственной важности, иллюзии, что мы занимаем некое привилегированное положение во Вселенной. Наша планета — одинокое пятнышко в великой всеобъемлющей космической тьме. Мы затеряны в этой огромной пустоте, и нет даже намека на то, что откуда-нибудь придет помощь и кто-то спасет нас от нас самих.

До сих пор Земля — единственный известный нам обитаемый мир. Мы больше не знаем ни одного места, куда мог бы переселиться наш вид — как минимум в ближайшем будущем. Наведаться — да. Закрепиться — пока нет. Нравится нам это или нет, в настоящее время только Земля может нас приютить.

Говорят, что занятие астрономией воспитывает смирение и характер. Вероятно, ничто так не демонстрирует бренность человеческих причуд, как это далекое изображение крошечного мира. По-моему, оно подчеркивает, какую ответственность мы несем за более гуманное отношение друг к другу, как мы должны хранить и оберегать это маленькое голубое пятнышко, единственный дом, который нам известен.

Космонавтика и исследования Солнечной системы

Наиболее выдающиеся ранние достижения

СССР (Россия)

1957 Первый искусственный спутник Земли («Спутник-1»)
1957 Первое животное в космосе («Спутник-2»)
1959 Первый космический аппарат, развивший вторую космическую скорость («Луна-1»)
1959 Первый искусственный спутник, выведенный на гелиоцентрическую орбиту («Луна-1»)
1959 Первый космический аппарат, достигший другого небесного тела («Луна-2» — прилунение)
1959 Впервые удалось увидеть обратную сторону Луны («Луна-3»)
1961 Первый полет человека в космос («Восток-1»)
1961 Первый человек на орбите вокруг Земли («Восток-1»)
1961 Первые космические зонды, отправленные к другим планетам («Венера-1» к Венере) и 1962-й «Марс-1» к Марсу
1963 Первая женщина-космонавт («Восток-6»)
1964 Первый групповой космический полет («Восход-1»)
1965 Первый выход человека в открытый космос («Восход-2»)
1966 Первый космический зонд вошел в атмосферу другой планеты («Венера-3» — в атмосферу Венеры)
1966 Первая успешная мягкая посадка на другое небесное тело («Луна-9» — на Луну)
1966 Первый космический аппарат, вышедший на орбиту другого небесного тела («Луна-10» вокруг Луны)
1970 Первая роботизированная экспедиция, доставившая образцы с небесного тела («Луна-16» — с Луны)
1970 Первый самоходный аппарат на другом небесном теле («Луна-17» — на Луне)
1971 Первая мягкая посадка на другой планете («Марс-3» — на Марсе)
1972 Первая посадка на другую планету, имевшая научную ценность («Венера-8» — на Венере)
1979–80   Первый пилотируемый космический полет, продолжавшийся около года, что сравнимо с длительностью полета к Марсу
1983 Первое полное радиолокационное картографирование другой планеты («Венера-15» — Венера)
1985 Первый аэростатный зонд, развернутый в атмосфере другой планеты («Вега-1» — на Венере)
1986 Первый близкий контакт с кометой («Вега-1» — комета Галлея)
1986 Первая космическая станция, на которой работали сменные экипажи («Мир»)


США

1958 Первое научное открытие в космосе — радиационный пояс Ван Аллена («Эксплорер-1»)
1959 Первые телевизионные изображения Земли, полученные с орбиты («Эксплорер-6»)
1962 Первое научное открытие в межпланетном пространстве — непосредственное наблюдение солнечного ветра («Маринер-2»)
1962 Первая экспедиция к другой планете, успешная с научной точки зрения («Маринер-2» — к Венере)
1962 Первая астрономическая обсерватория в космосе (OSO-1)
1968 Первый пилотируемый облет другого небесного тела («Аполлон-8» — вокруг Луны)
1969 Первый выход человека на поверхность другого небесного тела («Аполлон-11» — на Луне)
1971 Первый самоходный аппарат управляемый человеком на другом небесном теле («Аполлон-15» — на Луне)
1971 Первый космический аппарат, выведенный на орбиту вокруг другой планеты («Маринер-9» — к Марсу)
1973 Первый пролет мимо Юпитера («Пионер-10»)
1974 Первый космический полет сразу к двум планетам («Маринер-10» — к Венере и Меркурию)
1974 Первый пролет мимо Меркурия («Маринер-10»)
1976 Первая успешная посадка на Марс; первый космический аппарат, занятый поисками жизни на другой планете («Викинг-1»)
1977 Первые пролеты мимо Сатурна («Пионер-11»)
1977 Первые космические аппараты, развившие третью космическую скорость («Пионер-10» и «Пионер-11», запущенные в 1973 и 1974 годах: «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные в 1977 году)
1981 Первый пилотируемый космический корабль многоразового использования (STS-1)
1980–84   Первый спутник, который удалось найти на орбите, отремонтировать и вновь пустить в эксплуатацию (Solar Maximum Mission)
1985 Первый дальний контакт с кометой (Международный исследователь комет с кометой Джакобини—Циннера)
1986 Первый пролет мимо Урана («Вояджер-2»)
1989 Первый пролет мимо Нептуна («Вояджер-2»)
1991 Первый контакт с астероидом из Главного пояса астероидов («Галилео» — с Гаспрой)
1992 Впервые обнаружена гелиопауза («Вояджер»)
1994 Впервые обнаружен спутник астероида («Галилео» — Ида)

Глава 6. Триумф «Вояджера»

Отправляющиеся на кораблях в море, производящие дела
на больших водах, видят дела Господа и чудеса Его в пучине.
Псалтирь, 106 : 23 (ок. 150 г. до н. э.)

Образы, которые мы предлагаем нашим детям, определяют их будущее. Поэтому важно, что это за образы. Зачастую они становятся пророчествами, которые сбываются сами по себе. Мечты — это карты.

Я не считаю зазорным изображать даже самые суровые варианты будущего. Если мы хотим избежать их, то должны знать, что такие сценарии возможны. Но где альтернативы? Где те мечты, которые мотивируют и вдохновляют? Мы хотим получить реалистичную карту мира, которую могли бы с гордостью вручить нашим детям. Где картографы человеческого предназначения? Где образы оптимистичного будущего, таких технологий, которые были бы инструментом для улучшения человека, а не приставленным к виску дулом ружья со спусковым крючком, срабатывающим от малейшего прикосновения?

НАСА, занимаясь своей обычной работой, предлагает такие образы. Но в конце 1980-х и начале 1990-х многие воспринимали американскую космическую программу скорее как череду катастроф: так, семеро отважных американцев погибли в ходе миссии1, основная цель которой заключалась в выводе на орбиту телекоммуникационного спутника, причем этот спутник можно было запустить за меньшие деньги, никем не рискуя. А космический телескоп, отправленный на орбиту и оказавшийся страшно близоруким? Еще один случай — у зонда, запущенного к Юпитеру, не раскрылась антенна, необходимая для передачи данных на Землю. Один космический аппарат был потерян буквально перед тем, как должен был выйти на орбиту вокруг Марса. Некоторые люди содрогаются всякий раз, когда НАСА описывает очередное исследование, и мысленно посылают группу астронавтов в крошечном модуле на высоту больше 300 км, где эта капсула бесконечно вращается, а затем исчезает в никуда. По сравнению с блестящими достижениями роботизированных миссий просто поразительно, как редко пилотируемые космические экспедиции приводят к фундаментальным научным открытиям. Если не считать ремонта недоброкачественных или барахлящих спутников или запуска спутников, которые с тем же успехом можно было вывести в космос на беспилотной ракете-носителе, уже с 1970-х пилотируемые полеты, казалось, не могли выдавать таких результатов, которые были бы сопоставимы со стоимостью экспедиций. Кто-то рассматривал НАСА в качестве «подставной» организации для реализации грандиозных схем по доставке оружия в космос, несмотря на то что во многих обстоятельствах оружие на орбите — легкая мишень. В самом НАСА проявлялись многочисленные симптомы старения, атеросклероза, чрезмерной осторожности, постылой бюрократии. Возможно, сейчас эта тенденция начинает меняться.

Но такая критика — во многом совершенно обоснованная — не должна помешать нам увидеть и триумфы НАСА, достигнутые в тот же период: первые исследования систем Урана и Нептуна, ремонт телескопа «Хаббл» прямо на орбите, доказательство того, что существование галактик согласуется с теорией Большого взрыва, первые наблюдения астероидов крупным планом, составление карты Венеры от полюса до полюса, наблюдение за разрушением озонового слоя, демонстрация существования черной дыры в центре соседней галактики (причем масса этой дыры в миллиарды раз превышает солнечную), а также исторические начинания по совместным космическим проектам США с Россией.

Космические программы обладают долгосрочным, пророческим и даже революционным потенциалом. Телекоммуникационные спутники связывают отдельные регионы планеты, играют ключевую роль в глобальной экономике, а при помощи телевидения ненавязчиво доносят до нас важнейший факт: мы живем в глобальном обществе. Метеорологические спутники прогнозируют погоду, спасают людей от ураганов и торнадо, ежегодно позволяют экономить миллиарды долларов, которые раньше тратились из-за потерь урожаев. Спутники военной разведки и аппараты, отслеживающие выполнение международных договоров, способствуют безопасности отдельных наций и всей мировой цивилизации; на планете, где есть десятки тысяч боеголовок, эти спутники остужают пыл горячих голов и параноиков по любые стороны конфликтов. Спутники — важнейший инструмент выживания в этом неспокойном и непредсказуемом мире.

Спутники для наблюдения за Землей, особенно аппараты нового поколения, которые вскоре будут выведены на орбиту, отслеживают сохранность глобальной окружающей среды: парниковый эффект, эрозию плодородных почв, истончение озонового слоя, океанские течения, кислотные дожди, воздействие наводнений и засух, а также новые опасности, которые мы пока не обнаружили. Это настоящая планетарная гигиена.

Уже существуют системы глобального позиционирования, позволяющие определить ваше местоположение путем триангуляции с нескольких спутников. Вооружившись небольшим инструментом, не превышающим по размеру современный коротковолновый радиоприемник, вы можете с высокой точностью определить широту и долготу, под которыми находитесь. Больше не потеряется рухнувший самолет, корабль в тумане и на мели, водитель в незнакомом городе.

Астрономические спутники, чьи объективы направлены за пределы земной орбиты, ведут потрясающе точные наблюдения. Они проводят самые разнообразные исследования — от возможного существования планет у ближайших звезд до происхождения и судьбы Вселенной. Планетные зонды с близкого расстояния изучают роскошную россыпь миров Солнечной системы, сравнивая их судьбы с нашей.

Все эти исследования являются перспективными, воодушевляющими, волнующими и экономически выгодными. Ни одна из этих программ не требует пилотируемых экспедиций. Основная проблема, определяющая перспективы НАСА и являющаяся ключевой темой этой книги, — насколько последовательны и резонны те аргументы, которые сегодня выдвигаются в пользу пилотируемых космических полетов. Стоит ли игра свеч?

Но сначала давайте рассмотрим перспективы оптимистического будущего, которые вырисовываются благодаря космическим аппаратам, прокладывающим путь среди планет.


«Вояджер-1» и «Вояджер-2» — это космические зонды, открывшие человеческому роду Солнечную систему, проторившие путь для будущих поколений. До запуска этих аппаратов в августе и сентябре 1977 г. мы практически ничего не знали о большинстве планет Солнечной системы. За последовавшие двенадцать лет «Вояджеры» предоставили нам первые детальные данные о многих новых мирах, изучив их с близкого расстояния. Некоторые из этих миров ранее были известны лишь как размытые диски, которые мы наблюдали через окуляры наземных телескопов, другие казались просто светящимися точками, а о существовании третьих мы даже не подозревали. «Вояджеры» по-прежнему посылают нам массу данных.

Эти аппараты поведали нам о чудесах других миров, об уникальности и хрупкости нашего, о рождениях и закатах. Они открыли нам самые отдаленные уголки Солнечной системы. Именно они впервые исследовали тела, которые, возможно, станут родиной наших далеких потомков.

Современные американские ракеты-носители слишком слабы, чтобы за считаные годы доставить подобный зонд к Юпитеру и дальше на одной лишь энергии ракетного двигателя. Но если подойти к делу с умом (и если повезет), мы можем поступить иначе. Можно (как и в случае с «Галилео», совершившим такой вираж спустя несколько лет) пролететь вблизи одной из планет, воспользоваться эффектом гравитационной пращи так, чтобы сама планета подтолкнула зонд к следующей. Это называется «гравитационный маневр». Практически никаких затрат, только изобретательность. Все равно что ухватиться за стойку движущейся мимо карусели, чтобы она ускорила вас и забросила в каком-то новом направлении. Ускорение корабля компенсируется за счет замедления орбитального движения планеты вокруг Солнца. Но поскольку планета невероятно массивна по сравнению с кораблем, ее торможение остается совершенно незаметным. Каждый из «Вояджеров» получил от Юпитера дополнительную скорость более 64 000 км/ч. Соответственно, орбитальное движение Юпитера вокруг Солнца замедлилось. Но насколько? Спустя 5 млрд лет, когда Солнце превратится в разбухший красный гигант, Юпитер из-за встречи с «Вояджером» пройдет по своей орбите на 1 мм меньше.

«Вояджер-2» воспользовался редким расположением планет. Близкий пролет мимо Юпитера позволил ему добраться до Сатурна, таким же образом зонд полетел от Сатурна к Урану, от Урана к Нептуну и от Нептуна отправился к звездам. Но такой маневр нельзя совершить когда заблагорассудится: предыдущая возможность сыграть в такой небесный бильярд могла представиться только в годы президентства Томаса Джефферсона2. В те времена мы исследовали мир еще только верхом, на каноэ и парусниках. Совсем немного оставалось до изобретения пароходов — новой революционной технологии.

Поскольку финансирования не хватало, Лаборатория реактивного движения НАСА могла сконструировать аппарат, который гарантированно смог бы функционировать лишь до Сатурна. Что будет дальше — оставалось только гадать. Однако, поскольку инженерная часть проекта была выполнена безупречно, а также потому, что специалисты, которые вели корабль при помощи радиосигналов, учились быстрее, чем начинала сдавать техника, оба «Вояджера» смогли исследовать и Уран, и Нептун. На момент написания этой книги «Вояджеры» передают данные от самой далекой из известных планет Солнечной системы.

Как правило, мы гораздо больше слышим об изумительных открытиях, чем о кораблях, которые их принесли, либо о корабелах. Так было всегда. Даже в исторических книгах, восторженно описывающих путешествия Христофора Колумба, почти ничего не рассказывается о тех, кто построил «Нинью», «Пинту» и «Санта-Марию», либо об устройстве каравеллы3. Эти корабли, их конструкторы, плотники, навигаторы и техники позволяют оценить истинные возможности науки и инженерии, ничем не стесненной в достижении четко поставленных мирных целей. Эти ученые и мастера должны быть примерами для Америки, стремящейся к совершенству конкурентоспособности. Их лица должны быть на наших марках.

Пролетая мимо каждой из четырех планет-гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, один или оба зонда исследовали саму планету, ее кольца и спутники. В 1979 г., достигнув Юпитера, они попали под настоящий град захваченных планетой заряженных частиц, в тысячу раз интенсивнее облучения, смертельного для человека. Окунувшись в такую радиацию, «Вояджеры» открыли кольца гигантской планеты, на спутнике Ио первые действующие вулканы, обнаруженные за пределами Земли, а также на спутнике Европа, возможно, подледный океан в безвоздушном мире — и это лишь немногие из массы удивительных находок. Минуя Сатурн (в 1980-м и 1981 г.), зонды прорвались сквозь ледяные вихри и нашли не несколько, а тысячи колец. Они исследовали замерзшие спутники, которые по загадочным причинам подтаивали сравнительно недавно, а также большой мир, где, вероятно, имеется океан, состоящий из жидких углеводородов и укрытый облаками органических веществ.

25 января 1986 г. «Вояджер-2» вошел в систему Урана и сообщил о целой череде чудес. Контакт с Ураном продолжался всего несколько часов, но данные, исправно переданные на Землю, произвели революцию в наших знаниях об этой аквамариновой планете, ее 15 спутниках, угольно-черных кольцах и поясе из захваченных высокоэнергетических заряженных частиц. 25 августа 1989 г. «Вояджер-2» промчался через систему Нептуна, запечатлел слабо освещенные далеким Солнцем калейдоскопические узоры облаков и удивительный спутник, где через невероятно тонкую атмосферу проносятся струйки мельчайших органических частиц. В 1992 г., пролетая мимо самой отдаленной из известных планет Солнечной системы, оба «Вояджера» зафиксировали радиоизлучение. Предполагается, что оно исходит от еще более отдаленной гелиопаузы — того места, где солнечный ветер уступает место звездному.

Поскольку мы прикованы к Земле, приходится рассматривать далекие звезды через искажающий их воздушный океан. Большая часть испускаемого ими ультрафиолетового, инфракрасного излучения и радиоволн не проникает через нашу атмосферу. Вполне понятно, почему космические аппараты произвели такую революцию в изучении Солнечной системы: они выходят в кристально-чистый космический вакуум, приближаются к интересующим нас целям, пролетают мимо них, как «Вояджер», либо выходят на их орбиты или даже садятся на небесные тела.

Эти космические зонды передали на Землю 4 трлн бит информации, что эквивалентно 100000 энциклопедических томов. В книге «Космос» я описывал контакты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» с Юпитером и его спутниками. Ниже я подробнее расскажу об их встречах с Сатурном, Ураном и Нептуном.


Непосредственно перед тем, как «Вояджер-2» должен был войти в систему Урана, в проекте миссии предусматривался последний маневр: краткий запуск бортовых реактивных двигателей для корректировки курса корабля, чтобы он смог пройти по заранее заданному пути среди стремительных спутников. Но оказалось, что корректировать курс не требуется. Аппарат уже находился в пределах 200км от заданной траектории, успев к этому времени пройти по дуге длиной более 5 млрд км. Это все равно что с расстояния 50 км попасть булавкой в игольное ушко либо выстрелить из винтовки в Вашингтоне и попасть в яблочко в Далласе4.

По радио на Землю была передана бесценная информация о далекой планете. Но к тому моменту, как радиотелескопы поймали сигнал, пришедший от Нептуна, «Вояджер» был уже так далеко от Земли, что мощность сигнала составила всего 10–16 Вт (пятнадцать нулей и единица после запятой). Этот сигнал настолько же слабее света обычной настольной лампы, насколько диаметр атома меньше расстояния от Земли до Луны. Все равно что услышать шажок амебы.

Миссия задумывалась в конце 1960-х. Первое финансирование поступило в 1972-м. Однако проект не был одобрен в окончательном виде (в частности, не предусматривал контактов с Ураном и Нептуном) до тех самых пор, пока зонды не завершили исследование Юпитера. «Вояджеры» были запущены в космос на ракете-носителе «Титан-Центавр» одноразового использования. «Вояджер» весит около тонны, он мог бы полностью занять небольшой домик. Каждый зонд потребляет около 400 Вт энергии — существенно меньше, чем среднее американское домовладение, — и питается от генератора, вырабатывающего энергию на основе распада радиоактивного плутония. Если бы корабль работал на солнечных батареях, то доступная ему энергия постоянно оскудевала бы по мере удаления аппарата от Солнца. Если бы не ядерная энергия, «Вояджер» не передал бы вообще никаких данных с границы Солнечной системы и, возможно, смог бы что-нибудь сообщить только о Юпитере.

Электрический ток, пронизывающий оборудование зонда, порождает достаточно сильное магнитное поле, которое совершенно не позволило бы чувствительным приборам измерять межпланетные магнитные поля. Поэтому магнитометр был установлен на конце длинной штанги, как можно дальше от источника электрических помех. Так что под определенным углом «Вояджер» немного похож на дикобраза. Камеры, спектрометры, работающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также прибор под названием фотополяриметр расположены на гиростабилизированной сканирующей платформе, вращением которой можно дистанционно управлять — так, чтобы нацелить ее на то или иное небесное тело. Чтобы данные можно было прицельно ретранслировать на Землю, аппарат должен иметь ее координаты и ориентировать по ним свою антенну. Он также должен знать, где находится Солнце и как минимум одна яркая звезда, чтобы ориентироваться в трехмерном пространстве и аккуратно прицеливаться на любое космическое тело, мимо которого пролетает. Если нет возможности точно сориентировать камеру, то нет нужды и пересылать изображения на миллиарды километров.

Каждый из этих космических зондов стоит примерно столько же, сколько современный стратегический бомбардировщик. Но в отличие от бомбардировщика «Вояджер» после запуска уже нельзя вернуть в ангар и отремонтировать. Соответственно, компьютеры и электроника этих аппаратов проектировались с большим запасом. Основное оборудование, в том числе критически важный радиоприемник, имеют как минимум одно дублирующее устройство, ожидающее вызова до тех пор, пока не возникнет такая необходимость. Когда любой из «Вояджеров» сталкивается с проблемами, бортовые компьютеры задействуют разветвленную логику решения нештатных ситуаций, чтобы выработать адекватный план действий. Если это не помогает, зонд отправляет в ЦУП сигнал о помощи.

По мере того как «Вояджеры» все дальше уходят от Земли, увеличивается и длительность обмена радиосигналами. К тому моменту, как «Вояджер» достиг орбиты Нептуна, это время уже достигает около 11 часов. Соответственно, в случае аварии зонд должен «суметь» самостоятельно перейти в ждущий режим до тех пор, пока не получит инструкций с Земли. По мере износа оборудования сбои должны происходить все чаще, как в аппаратном, так и в программном обеспечении «Вояджера». Однако до сих пор не наблюдается никакой серьезной деградации аппарата — образно говоря, «механической болезни Альцгеймера».

Это не означает, что «Вояджер» безупречен. Бывали в его работе и критические накладки, ставившие под угрозу всю миссию. Во всех подобных случаях собирается специальная группа инженеров — некоторые из них участвуют в программе «Вояджер» с самого начала — и приступает к проработке проблемы. Специалисты ищут причины ее появления, а также опираются на уже имеющийся опыт работы с неисправными подсистемами. Ставятся эксперименты на оборудовании, идентичном тому, что установлено на «Вояджере», но никогда не покидавшем Земли. Иногда даже изготавливается множество экземпляров отказавшего компонента, чтобы рассмотреть нештатную ситуацию со статистической точки зрения.

В апреле 1978 г., почти через восемь месяцев после запуска, на подходе к поясу астероидов аппарат пропустил команду с Земли (это была человеческая ошибка), в результате чего его бортовой компьютер переключился с основного радиоприемника на резервный. В ходе следующего сеанса связи между ЦУП и зондом резервный приемник не смог захватить сигнал с Земли. Отказал конденсатор автоподстройки частоты. Через семь дней, в течение которых «Вояджер-2» оставался недоступен, его программа защиты от отказов внезапно приказала резервному приемнику выключиться, а основному — снова включиться. Удивительно — причина этого до сих пор неизвестна, — но через несколько секунд отказал основной приемник. Он так больше и не заработал. В довершение всего бортовой компьютер теперь упрямо пытался использовать именно основной приемник. В результате этой злосчастной череды человеческих и машинных ошибок корабль находится в серьезной опасности. Никто не мог придумать, как вновь настроить «Вояджер-2» на работу с резервным приемником. Но даже если бы это удалось сделать, резервный приемник не смог бы получать команды с Земли из-за того самого сломавшегося конденсатора. Многие участники проекта тогда решили, что все пропало.

Но спустя неделю, в течение которой упрямо игнорировались все команды, инструкции по автоматическому переключению между приемниками были приняты и запрограммированы в норовистом бортовом компьютере. В течение той же недели инженеры ЛРД разработали новую последовательность управления частотами команд, чтобы убедиться, что важнейшие «приказы» будут правильно интерпретированы поврежденным резервным приемником.

Инженерам удалось восстановить связь с аппаратом, пусть и на примитивном уровне. К сожалению, теперь резервный приемник немного «поплыл», чувствительно реагируя на изменение температуры, вызванное включением-выключением разнообразных компонентов аппарата. В течение следующих месяцев инженеры ЛРД разработали и провели тесты, позволившие подробно изучить температурные тонкости большинства эксплуатационных режимов корабля: в каких условиях могут или не могут приниматься команды, поступающие с Земли?

Располагая этой информацией, удалось полностью обойти проблему с резервным приемником. Впоследствии корабль успешно принял с Земли все команды с инструкциями, как собирать информацию в системах Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Инженеры спасли миссию. Чтобы перестраховаться, в течение большей части дальнейшего полета «Вояджера-2» номинальный объем данных о следующей по курсу планеты обязательно заносился в бортовой компьютер — на случай, если корабль вновь «оглохнет».

Еще одна жуткая поломка произошла в августе 1981 г., сразу после того, как «Вояджер-2» показался из-за Сатурна (если смотреть с Земли). Сканирующая платформа интенсивно вращалась, фокусируясь на кольцах, спутниках и самой планете — период близкого контакта был очень недолгим. И вдруг платформу заклинило. Это было ужасно: мы знали, что корабль пролетает мимо невиданных чудес, которые мы не сможем увидеть в ближайшие годы или десятилетия, а злосчастный аппарат вперился в пустоту, игнорируя все на своем пути.

Вращение сканирующей платформы обеспечивают специальные приводы, работающие на зубчатых передачах. Поэтому для начала инженеры ЛРД организовали имитацию миссии и запустили привод, идентичный тому, что был на корабле. Привод отказал через 348 оборотов; между тем на корабле такой же привод успел совершить 352 оборота. Оказалось, что проблема связана со смазкой. Отлично — и что дальше? Естественно, нельзя было доставить на «Вояджер» масленку.

Инженеры решили проверить, удастся ли запустить отказавший привод, попеременно нагревая и остужая его. Может быть, из-за такого термического воздействия детали привода будут расширяться и сжиматься с разной скоростью и система разблокируется? Эта гипотеза была протестирована в лаборатории на специально изготовленных приводах, и результат оказался триумфальным: действительно, таким образом можно сдвинуть с места сканирующую платформу в космосе. Кроме того, технологи разработали способы заблаговременной диагностики других процессов, которые могли бы спровоцировать отказ привода, чтобы при их возникновении заранее решить проблему. Впоследствии сканирующая платформа «Вояджера-2» работала превосходно. Все снимки, сделанные в системах Урана и Нептуна, получены благодаря этой работе. Инженеры вновь спасли ситуацию.

«Вояджеры-1, 2» проектировались только для исследования систем Юпитера и Сатурна. Действительно, траектории кораблей должны были вынести их к Урану и Нептуну, но официально эти планеты никогда не рассматривались в качестве целей проекта «Вояджер»: не предполагалось, что корабли смогут функционировать так долго. Поскольку мы хотели поближе рассмотреть таинственный спутник Сатурна Титан, «Вояджер-1» повернул к нему от Сатурна и отправился по пути, на котором не лежит ни один из известных миров. Именно «Вояджер-2» добрался до Урана и Нептуна и исследовал их с невероятным успехом. На таких огромных расстояниях солнечный свет становится все слабее, а передача радиосигнала на Землю требует все больше времени. Это были серьезные, пусть и предсказуемые проблемы, и их также предстояло решить инженерам ЛРД.

Поскольку в районе Урана и Нептуна довольно темно, телекамеры «Вояджера» должны были снимать с длительной экспозицией. Но, например, через систему Урана корабль летел так быстро (на скорости около 56 000 км/ч), что изображение получилось бы смазанным и нечетким. Чтобы компенсировать этот эффект, весь зонд при съемке должен был поворачиваться вместе с телекамерой, чтобы ее собственное движение было сведено к нулю — примерно как при съемке уличной панорамы из автомобиля в направлении, противоположном курсу движения машины. Возможно, в теории это просто, но не на практике. Приходится нейтрализовать даже самые слабые движения. При нулевой гравитации даже пуск и остановка бортового магнитофона могут весьма заметно встряхнуть аппарат, и картинка смажется.

Проблему удалось решить, управляя маленькими ракетными двигателями зонда (так называемыми «микродвигателями»), крайне чувствительными устройствами. Небольшие газовые импульсы в начале и в конце каждой последовательности приема данных позволили компенсировать толчки магнитофона, слегка встряхивая весь корабль. Чтобы справиться с малой мощностью радиосигнала, достигающего Земли, инженеры разработали новый, более эффективный способ записи данных, а между радиотелескопами на Земле наладили электронную связь, чтобы повысить их чувствительность. В целом можно было сказать, что на подлете к Урану и Нептуну съемочная система во многих отношениях работала лучше, чем у Сатурна и даже у Юпитера.

Миссия «Вояджеров» еще не закончена. Разумеется, существует вероятность, что уже завтра на корабле откажет какая-нибудь критически важная система, но если учитывать только период полураспада плутониевого топлива, то «Вояджеры» должны быть в состоянии передавать на Землю информацию вплоть до 2015 г.5

«Вояджер» — умная машина, причем не без человеческих качеств. Он расширяет наши горизонты до дальних миров. При решении простых задач и краткосрочных проблем «Вояджер» руководствуется собственным интеллектом, но более сложные задачи и долгосрочные трудности требуют участия коллективного разума и опыта инженеров ЛРД. Разумеется, такая тенденция будет все заметнее. «Вояджеры» воплощают технологию начала 1970-х; если бы космический аппарат для такой миссии проектировался сегодня, то он был бы оснащен потрясающими новыми технологиями, касающимися искусственного интеллекта, миниатюризации, скорости обработки данных, возможности самодиагностики и ремонта, а также обучения на собственном опыте. Кроме того, такой зонд обошелся бы гораздо дешевле.

Во многих условиях, опасных для человека — как на Земле, так и в космосе, — будущее за альянсом людей и роботов, причем два «Вояджера» — признанные пращуры и пионеры в этой области. Аварии на ядерных объектах, катастрофы в шахтах, глубоководные исследования и археология, производство, изучение вулканических недр и работа по дому — вот лишь некоторые сферы, которые могут коренным образом измениться, если наготове будет множество умных, мобильных, компактных и послушных роботов, которые к тому же смогут диагностировать собственные неполадки и ремонтировать сами себя. Вероятно, в ближайшем будущем их племя умножится.

Житейский опыт подсказывает, что большинство государственных проектов заканчивается катастрофой. Но проект «Вояджер» был реализован государством вместе с еще более страшной конторой — академией. Зонды оправдали себя по стоимости, по сроку службы и кардинально превзошли собственные проектные показатели — как и самые смелые мечты своих создателей. Эти прекрасные машины, не предназначенные порабощать, калечить и разрушать, символизируют нашу исследовательскую жилку, тягу к путешествиям по Солнечной системе и за ее пределами. Открывая настоящие сокровища, такая технология предоставляет их всем людям во всем мире. За последние несколько десятилетий это был единственный проект Соединенных Штатов, восторженно воспринятый многими, кто с отвращением относится к американской политике, как и теми, кто во всем соглашается с США. За срок от запуска до выхода к Нептуну «Вояджеры» обошлись каждому американцу менее чем в пенни за год. Межпланетные полеты относятся к тем начинаниям (здесь я имею в виду не только США, но и все человечество в целом), которые удаются нам особенно хорошо.


1 Речь идет о шаттле «Челленджер», взорвавшемся при взлете 28 января 1986 г. — Прим. ред.

2 Томас Джефферсон (1743–1826) был третьим президентом США и занимал этот пост в 1801–1809 гг. — Прим. пер.

3 Каравелла — средневековый испанский и португальский корабль, распространенный в XV–XVI вв. Если быть точным, в первой экспедиции Колумба только «Пинта» и «Нинья» были каравеллами, а «Санта-Мария» была караккой — более мощным кораблем. — Прим. пер.

4 Примерно 1900 км. — Прим. ред.

5 Сейчас есть надежда, что связь с аппаратами продлится до 2025 г. — Прим. ред.


Комментировать


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия