Знание-сила, 1998 № 01 (847)

Космический корабль «Аполлон» летел четыреста тысяч километров до Луны около трех суток. Зонд к солнечному фокусу будет лететь раз в тридцать быстрее и долетит за сорок пять лет. Скорость при полете к Альфе Центавра должна быть еще раз в пятьсот больше. Эта скорость выбрана из тех соображений, чтобы у авторов запуска был шанс через сорок пять лет получить сведения о результатах своего труда.

Тяжелый корабль до такой скорости не разгонишь, поэтому на Научные инструменты и камеры предусмотрено килограммов пять-шесть, не больше. Еще двадцать-тридцать килограммов — на источник энергии. Сейчас ведутся исследования, как можно снизить вес.

Причем поскольку проект где-то на грани реальности, то и предложения рассматриваются довольно диковинные. Математик из Миннесоты (США) Эд Бельбруно предлагает заменить традиционный двигатель лазерным лучом или пучком частиц. Где-нибудь в Солнечной системе надо создать базу с таким лазером и светить оттуда в спину зонда, разгоняя его До нужной скорости.

Курт Милевский из Швеции рассчитал, что для осуществления такого луча- пучка потребуется энергия, которую весь земной шар потребляет за месяц. Изучаются несколько вариантов, откуда взять такую энергию. Один из них — создать огромные поля солнечных батарей в космических просторах. Второй — искать энергетические ресурсы в поясе астероидов.

Следующая нелегкая проблема — межзвездная пыль, которая смертельно опасна для зонда, летящего с огромной скоростью. В кубическом метре межзвездного пространства более всего атомов водорода — их около ста тысяч. С ними металлическая обшивка корабля справится, но вот пылинка массой всего в одну десятую грамма может разрушить корабль. А таких частичек льда и песка не менее ста тысяч на кубический километр — от них надо защищаться.

Американский ученый из НАСА Джеффри Ландис предлагает создать плазменный щит перед Кораблем — десятиметровый слой ионизированного газа. Этот щит должен сжигать мелкие частицы пыли, как земная атмосфера — залетающие мелкие предметы. Щит должен содержаться между сверхпроводящими магнитами — двумя тридцатиметровыми петлями. Поскольку в сверхпроводящем режиме не происходит потерь, магниты можно будет питать совсем небольшой мощностью в одну десятую ватта. Это можно сделать с помощью радиоизотопного термоэлектрического генератора. Такие генераторы успешно использовались на космических кораблях «Пионер», «Вояджер» и «Галилей». Их работа основана на принципе превращения энергии радиоактивного распада в электрическую и рассчитана на много лет.

А вот от соударения с более массивными частицами пока защиты нет. Десятиграммовая частичка при ударе создаст взрыв, равный по мощности тысячетонной бомбе. Уже лет пятнадцать назад американский астрофизик Джеймс Вольф из НАСА оценил, что на пути к Альфе Центавра зонд может встретить одну такую частицу за двадцать лет полета, так что — как повезет.

Еще одна сложная проблема — послание сигнала с информацией на Землю. Роберт Чезаронс из Космической лаборатории в Пасадене считает, что оптимальный способ — это лазер.

Чтобы сфокусировать лазерный сигнал на Землю, потребуется зеркало диаметром не меньше трех метров, а чтобы поймать и прочесть его на Земле, придется вывести на орбиту вокруг нее телескоп размером с самый большой из современных наземных. Вес современных трехметровых зеркал превышает тонны. Пока не ясно, как продвигаться по этому пути.

Все-таки ближайшее рассмотрение проекта полета к Альфе Центавра показывает, что советские ученые из кинофильма были правы: этот сюжет пока относится к разряду фантастических. А вот полет к солнечному фокусу — вполне реальная цель на ближайшие полвека.

В этом случае уже не обязательно полагаться на экзотические двигатели типа лазера и можно с успехом использовать гравитацию Солнца или больших планет. Такой способ был с успехом опробован при запуске зонда «Галилей» к Юпитеру. Кроме того, на корабле будет установлен солнечный парус — покрытый алюминием кусок пластика, который будет ловить постоянный поток фотонов от Солнца. Этот парус, кстати, можно использовать, как радиотелескоп. Чтобы сделать обозрение небес всесторонним и объемным, ФОКАЛ — так назвали зонд — будет тащить за собой на двадцатикилометровом канате еще одну надувную тарелку-телескоп. При повороте зонда эта тарелка будет описывать громадную дугу.

Но самая каверзная техническая проблема — прицеливание. Попасть в фокус размером километров двадцать — все равно что попасть с Земли в листок бумаги, расположенный на Марсе.

Большинство технологий для ФОКАЛ а готово уже сейчас. Солнечный парус сконструирован и построен в Калифорнии. Длинные прочные канаты опробованы в космосе неоднократно. Надувная тарелка-антенна разработана американской авиакосмической компанией из Калифорнии и будет испытана в одном из полетов американского «Шаттла». Ее диаметр — пятнадцать метров. Во время полета астронавты должны наполнить ее азотом и проверить, достаточно ли точно она выдерживает заданную форму.

Однако самым большим препятствием в наши сложные времена оказываются деньги. Полмиллиарда долларов просили американские энтузиасты на постройку ФОКАЛа в 1993 году и получили отказ. Сегодня есть планы сделать проект международным и ориентируются авторы на 2020 год. Зонд должен быть построен в Европе, запущен российской ракетой, а все наблюдение за проектом станут вести американцы.

Чтобы найти деньги на свои честолюбивые проекты, авторы идеи ФОКАЛа хотят подрядиться выполнять другие эксперименты во время полета к солнечному фокусу. Например, можно использовать телескоп на ФОКАЛе для параллельного наблюдения за звездами вместе с земными телескопами. При наблюдении за одной и той же звездой с двух мест, разнесенных на большое расстояние, можно достаточно точно определять расстояние до нее. А это — одна из самых актуальных и сложных проблем современной астрономии.

С помощью ФОКАЛа можно будет исследовать звезды, удаленные на расстояние до трехсот световых лет от Земли. Кроме того, проверить и существующие обмеры более далеких звезд. Такие результаты могли бы существенно уточнить знания о том, с какой скоростью удаляются от нас далекие галактики и в конечном счете уточнить возраст Вселенной.

Но все же авторы честно признаются, что на сегодняшний день у миссии к другим звездам очень мало шансов на поддержку финансистов и политиков. Однако все может измениться, если будут обнаружены планеты у ближайших звезд или признаки внеземного разума. К сожалению, сегодня мало кого увлекут научные ценности проекта, единственное, что может его спасти,— это обещание привезти фотографию тамошнего обитателя.

Такова уж судьба науки сегодня... •

Всемирный курьер

АТОМЫ

живут долго

Исследователи из английской Национальной физической лаборатории обнаружили возбужденное состояние атома иттербия, в котором он может находиться лет десять. Это открытие может иметь важные последствия для создания сверхточного эталона времени. Атомные часы основаны на том, что измеряется частота излучения электрона при переходе с одного уровня на другой. Частота — это количество колебаний в единицу времени. Если мы очень точно знаем энергии уровней перехода электрона и измеряем частоту перехода, то сможем определить величину единицы времени. В соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга, чем дольше вы наблюдаете за системой, тем точнее можете измерить ее энергию. Поэтому у атома иттербия, о котором идет речь, за его долгую жизнь можно определить энергию очень точно.

Экспериментаторы брали охлажденные атомы иттербия и при помощи света лазера загоняли электрон на его самой внешней орбите в возбужденные состояния. Одно из них — F²_7/2 — и оказалось долгоживущим. Конечно же, исследователи не могли ждать десять лет, пока атом уйдет из этого состояния, время его жизни определяли иначе. При помощи того же лазера загоняли электрон в еще более высокое возбужденное состояние и изучали переходы с него на уровень «долгожитель». По частоте этих переходов можно рассчитать время жизни обоих уровней. Для F²_3/2 оно оказалось равным 3700 дней — это абсолютный рекорд в мире атомов. Кроме того, это оказался очень редкий переход, когда угловой момент электрона меняется сразу на три единицы (может, поэтому он так неохотно и распадается). Атомные часы, основанные на этом переходе, будут самыми точными в мире, но для реализации этой идеи придется немало поработать.