T.Redzhe "Etyudy o Vselennoi", Mir/NiT<< 1.9. Neitrino i kosmologiya | Oglavlenie | Glava 2. Astrofizika i Solnechnaya sistema >>
1.10. Kosmicheskii korabl' budushego
Amerikanskaya avtomaticheskaya stanciya (zond), obletevshaya Yupiter, poslala na Zemlyu izumitel'nye fotografii samoi planety i ee dvuh sputnikov. Tot zhe zond s pomosh'yu polya tyagoteniya Yupitera byl dalee napravlen v storonu Saturna i dostig ego v tochno namechennoe vremya posle puteshestviya, dlitel'nost' kotorogo porazhaet voobrazhenie. Ob etom seichas malo kto vspominaet, i, esli ne schitat' ssylok vskol'z' v zhurnal'nyh stat'yah, vidno, chto eto sobytie interesuet ochen' nemnogih. Pohozhe, chto dveri v grandioznyi kosmicheskii cirk, prikovavshii vseh k ekranam televizorov vo vremya pervoi posadki na Lunu, na etot raz okazalis' zakrytymi. Odnako deistvitel'no interesnaya stranica v issledovanii kosmosa otkryvaetsya tol'ko teper'. Proidut desyatki let, prezhde chem chelovek otvazhitsya – esli voobshe emu eto udastsya – otpravit'sya v storonu drugih planet. Avtomaticheskie zhe stancii uzhe dostigayut predelov Solnechnoi sistemy, i my nakonec nachinaem uznavat' koe-chto o dosele prakticheski neznakomyh planetah – dostatochno vspomnit' primer Venery.
Maksimal'noe rasstoyanie, dostignutoe zondom (neskol'ko milliardov kilometrov), priblizitel'no v 10000 raz prevyshaet rasstoyanie do Luny (400000 km), kuda smog dobrat'sya sam chelovek. Kogda budet zakoncheno issledovanie Solnechnoi sistemy, pervoi na ocheredi okazhetsya blizhaishaya k nam zvezda, Al'fa Centavra, udalennaya na 4,3 svetovogo goda, chto neskol'ko bol'she chem 40000 mlrd. km. Lyubopytno, chto eto rasstoyanie v svoyu ochered' v 10000 raz prevyshaet radius Solnechnoi sistemy.
Suhie cifry na bumage ne mogut sozdat' predstavlenie ob uzhasayushih razmerah pustoty, otdelyayushei nas ot Al'fy. Samolet mog by preodolet' takoe rasstoyanie za 4 mln. let, a kosmicheskomu korablyu s dvigatelem na himicheskom toplive potrebovalos' by ne menee 40000 let; pri etom nado uchest', chto neobhodimoe dlya puteshestviya kolichestvo goryuchego namnogo prevoshodit vozmozhnosti sovremennoi mirovoi ekonomiki.
Chto zhe delat'? Nesmotrya na pochti beznadezhnyi harakter predpriyatiya, uzhe rassmotreny razlichnye, varianty mezhzvezdnyh puteshestvii, prichem vse oni osnovany na razumnyh predpolozheniyah o budushih vozmozhnostyah nauki i tehniki. Imeet smysl proanalizirovat' nekotorye iz etih proektov, chtoby sostavit' predstavlenie ob ih grandioznosti.
Proekt "Orion"
Pervyi ser'eznyi proekt, v nastoyashee vremya otvergnutyi, imel kodovoe nazvanie "Orion". Na pervom etape predpolagalos' sozdanie kosmicheskogo korablya na yadernom toplive dlya poletov vnutri Solnechnoi sistemy (dadim emu nazvanie "Orion-1"). On vyglyadel by kak bol'shoi neboskreb, pokoyashiisya na prochnoi plite. Pod plitoi namechalos' vzorvat' nekotoroe kolichestvo malen'kih atomnyh bomb (kazhetsya, okolo dvuhsot); pri etom udarnaya volna ot vzryva dolzhna byla vyvesti vsyu konstrukciyu na orbitu, ostaviv za soboi ogromnoe radioaktivnoe oblako.
Raschety pozvolyali nadeyat'sya na vozmozhnost' zapuska svyshe 100000 tonn poleznogo vesa pri zatratah, znachitel'no men'shih stoimosti samogo kosmicheskogo korablya.
Posle zavoevaniya Solnechnoi sistemy s pomosh'yu transportnyh korablei takogo tipa predpolagalos' sobrat' "Orion-2" pryamo v mezhplanetnom prostranstve, ispol'zuya tot zhe princip, chto i ran'she, no uzhe s korolevskim razmahom. Vmesto obychnyh atomnyh predpolagalos' ispol'zovat' sotni tysyach vodorodnyh bomb, dlya togo chtoby podtolknut' korabl' v storonu Al'fy so skorost'yu v odnu sotuyu skorosti sveta (3000 km/s); dazhe v takom sluchae puteshestvie dolzhno zanyat' po krainei mere 400 - 500 let. Iz teh, kto otpravilsya by v put' s Zemli, nikto by ne doletel zhivym do Al'fy; takim obrazom, rech' shla ob uchastii mnogih pokolenii v ustanovlenii "mosta" mezhdu zvezdami. Mozhno, odnako, s uverennost'yu utverzhdat', chto osushestvlenie proekta "Orion-1" vyzvalo by ozhestochennoe i, pozhalui, opravdannoe, soprotivlenie ne tol'ko ekologov. S drugoi storony, ya by s udovol'stviem vosprinyal zapusk "Oriona-2": ogromnye kolichestva nakoplennyh v arsenalah adskih mashin byli by razrusheny na granicah Solnechnoi sistemy, daleko ot nashego sobstvennogo doma.
Drugie varianty zapuska kosmicheskogo korablya
Vmesto zakativshegosya "Oriona" voznikli novye proekty. V odnom iz nih predlagaetsya sozdat' korabl' v vide sfericheskogo baka, soderzhashego ogromnoe kolichestvo zamorozhennogo deiteriya (tyazhelogo vodoroda), prichem deiterii dolzhen byt' izvlechen, kak s izryadnoi dolei optimizma schitayut avtory proekta, iz atmosfery Yupitera. Vnutri bol'shogo termoyadernogo reaktora deiterii budet prevrashat'sya v gelii, za schet chego korabl' poluchit nuzhnyi impul's. Hotya skorost' peremesheniya etogo korablya dolzhna byt' vyshe, chem skorost' "Oriona-2", v namechaemom puteshestvii pridetsya prinyat' uchastie takzhe ne odnomu pokoleniyu astronavtov. Problema, odnako, v tom, chto nikto eshe ne sumel postroit' takoi reaktor; i hotya mnogie schitayut, chto uspeh v etom dele pridet cherez desyatok let, vse ravno vse meropriyatie kazhetsya beznadezhnym.
Rozhdennye isklyuchitel'no bogatym voobrazheniem sleduyushie idei, vozmozhno, kak raz i privedut k sozdaniyu kosmicheskogo korablya budushego. Vse mezhzvezdnoe prostranstvo zapolneno vodorodom, i poetomu koe-kto vyskazyvaet mnenie, chto imenno etot vodorod stoit ispol'zovat' v kachestve goryuchego, vmesto togo chtoby brat' ego s soboi iz domu. Sledovatel'no, esli by udalos' soobshit' korablyu dostatochno vysokuyu nachal'nuyu skorost', to, nahodyas' v puti, on mog by sobirat' neobhodimoe kolichestvo gaza dlya nepreryvnogo popolneniya zapasov goryuchego i dostignut', takim obrazom, skorosti, blizkoi k skorosti sveta. Puteshestvie moglo by byt' vypolneno vsego odnim pokoleniem astronavtov. Razvorot korablya byl by osushestvlen s pomosh'yu galakticheskogo magnitnogo polya, kak ostroumno predlagaetsya v odnom iz nedavnih proektov. Drugaya ideya, kotoruyu stoilo by ob'edinit' s predydushei, predusmatrivaet sozdanie na asteroidah moshneishih lazerov, kotorye dolzhny prevrashat' solnechnuyu energiyu v sverhintensivnye uzko napravlennye luchi sveta. Svet "dul" by v gromadnyi, diametrom v sotni kilometrov, "parus" korablya, sdelannyi iz tonchaishego alyuminirovannogo mailara (lavsana). Davlenie izlucheniya obespechilo by neobhodimyi impul's pri otpravlenii v storonu neob'yatnogo mezhzvezdnogo prostranstva. V etom sluchae my takzhe imeem delo s razumnym podhodom k vozmozhnostyam sovremennoi razvivayusheisya tehnologii, i rech' vovse ne idet o realizacii proekta v obozrimom budushem.
Chto uvideli by astronavty?
Itak, voobrazim, chto chestolyubie, stremlenie k slave, nekotoroe otsutstvie zdravogo smysla ili, bolee skromno, stremlenie k neizvedannomu zastavili kogo-to otvazhit'sya na riskovannoe i nebyvaloe puteshestvie, i vot ono nachalos'. Chto zhe uvideli by astronavty? Pri uvelichenii skorosti kosmicheskogo korablya relyativistskie effekty vse bol'she davali by sebya znat', stanovyas' vse znachitel'nee po mere priblizheniya k rokovomu predelu 300000 km/s, k skorosti sveta. Takogo roda effekty svyazany mezhdu soboi, i rassmatrivat' ih nado kak celoe.
Na bol'shih rasstoyaniyah ot Solnechnoi sistemy Solnce budet vyglyadet' kak ochen' yarkaya zvezda, intensivnost' svecheniya kotoroi bystro padaet s uvelicheniem rasstoyaniya. Pri etom dva yavleniya nachnut proyavlyat'sya v vide prekrasnogo zrelisha. O pervom iz nih, "effekte Doplera", mozhno sostavit' predstavlenie, prislushivayas' k gudku prohodyashego poezda. Zvuk gudka stanovitsya vyshe po mere priblizheniya poezda k nam (uvelichivaetsya chastota) i nizhe – pri udalenii ego (chastota padaet). Chto kasaetsya sveta, to etot effekt vosprinimaetsya kak smeshenie cveta v storonu sinego, kogda istochnik priblizhaetsya, i k krasnomu, kogda udalyaetsya. Svet ot Solnca i ot blizhaishih zvezd budet postepenno priobretat' vse bolee krasnyi cvet; pri dostizhenii opredelennoi skorosti peremesheniya korablya ves' svet ot zvezd uzhe pereidet v oblast' infrakrasnogo izlucheniya, stanovyas' nevidimym. Naprotiv, svet Al'fy, kak i vseh zvezd "po kursu" kosmicheskogo korablya, budet smeshat'sya v storonu sinego cveta, chtoby v konce koncov tozhe ischeznut', no v ul'trafioletovoi oblasti. Ostanetsya polosa raznocvetnyh promezhutochnyh zvezd, dlya kotoryh effekt Doplera mal i nepostoyanen. Eta polosa budet nepreryvno peremeshat'sya vpered iz-za vtorogo yavleniya, aberracii sveta. Predstavim sebe, chto my popali v sil'nyi liven' i pobezhali pod ukrytie. Kapli dozhdya pri etom priobretayut otnositel'no nas gorizontal'nuyu sostavlyayushuyu skorosti, iz-za chego u nas sozdaetsya vpechatlenie, chto istochnik dozhdya nahoditsya vperedi, a ne vverhu nad nami. Po etoi zhe prichine pri dvizhenii s relyativistskoi skorost'yu astronavtam pokazhetsya, chto svet zvezd prihodit ot istochnikov, smeshennyh vpered otnositel'no korablya. Zvezdy ne budut vidny s kormy: ih izobrazheniya peremestyatsya k nosu korablya. Opisannyi effekt vpolne realen; svyshe stoletiya ego nablyudayut astronomy pri issledovanii dvizheniya Zemli vokrug Solnca. Pri dvizhenii so skorost'yu, ravnoi 90% skorosti sveta, chto predstavlyaet soboi predel, k kotoromu, vozmozhno, pozvolit priblizit'sya tehnika budushego, zvezdnaya panorama stanet neuznavaemoi, prevrativshis' v malen'koe svetyasheesya galo po kursu korablya s sil'nymi sledami pomeh, vyzvannyh mezhzvezdnym gazom na puti sveta.
Techenie vremeni
Otnositel'nost' proyavitsya porazitel'nym obrazom pri vychislenii vremeni poleta i proidennogo rasstoyaniya. Takie raschety vypolnyayutsya po-raznomu dlya zhitelei Zemli i dlya astronavtov. Dlya prostoty primem rasstoyanie do Al'fy v tochnosti ravnym chetyrem svetovym godam, a skorost' kosmicheskogo korablya postoyannoi i ravnoi 240000 km/s, t.e. chetyrem pyatym skorosti sveta. Lyudyam na Zemle pokazhetsya, chto puteshestvie tuda i obratno zaimet vsego desyat' let, znachit, astronavty pribudut na Al'fu cherez pyat' let. Ottuda oni poshlyut soobshenie, kotoroe doidet do Zemli cherez chetyre goda, t.e. spustya devyat' let posle nachala puteshestviya i kak raz za god do pribytiya astronavtov obratno na Zemlyu.
Chtoby ponyat', kak vosprinimayut puteshestvie astronavty, nado uchest' zamedlenie vremeni, privodyashee k narusheniyu sinhronnosti chasov na Zemle i na kosmicheskom korable, i umen'shenie rasstoyanii; oba yavleniya chisto relyativistskie. Teoriya (da i laboratornye eksperimenty) predskazyvayut, chto s tochki zreniya astronavtov ves' put' budet koroche na dve pyatyh, t.e. budet raven 2,4 svetovogo goda, i, sledovatel'no, vremya v puti umen'shitsya do shesti let.
Takim obrazom, vremya puteshestviya dlya teh, kto v puti, otlichaetsya ot vremeni, izmeryaemogo ostavshimisya na Zemle. Rech' idet ne o kakoi-to fantazii v duhe Azimova; uzhe v 1971 g. opisannyi effekt poluchil pryamoe podtverzhdenie na Zemle v opytah, v kotoryh vremya, pokazannoe chasami na bortu samoleta, sravnivalos' s pokazaniyami chasov, ostavshihsya na Zemle v Amerikanskoi morskoi observatorii.
Prosledim eshe raz bolee vnimatel'no, kak puteshestvuyut chasy v nashem voobrazhaemom sluchae. Poka korabl' udalyaetsya so skorost'yu v chetyre pyatyh skorosti sveta, dva signala, poslannye s Zemli s intervalom v odnu sekundu, nastignut korabl', razdelennye uzhe tremya sekundami; po soobrazheniyam simmetrii verno i obratnoe. Sledovatel'no, tri goda potrebuetsya kosmonavtam, chtoby prinyat' signaly, posylaemye s Zemli v techenie devyati let, a pri vozvrashenii na Zemlyu sootnoshenie v tochnosti obratnoe, i tri goda sozhmutsya v odin god. No davaite posmotrim na veshi s tochki zreniya astronavtov na kosmicheskom korable. Predpolozhim, chto Zemlya posylaet signal odin raz v god. Soobshenie, poslannoe v konce pervogo goda, pridet na korabl' togda, kogda na nem uzhe proshlo tri, t.e. po pribytii na Al'fu. Ostavshiesya devyat' zemnyh let sozhmutsya v tri goda obratnogo puti korablya, tak chto vsego okazhetsya shest', kak my i govorili.
My vidim, chto igra s vremennoi sinhronizaciei tesno svyazana s tem, chto szhimaetsya dlina proidennogo puti. Otmetim, chto mnozhitel' tri, ispol'zuemyi v nashih rassuzhdeniyah, na samom dele yavlyaetsya sledstviem dvuh prichin: zamedleniya dvizhushihsya chasov, a takzhe togo, chto pri udalenii korablya kazhdyi posleduyushii signal vynuzhden proiti bol'shii put' i zatratit' bol'she vremeni, chtoby dostich' adresata.
Takogo roda umstvennaya gimnastika postavit v zatrudnitel'noe polozhenie bol'shinstvo nashih chitatelei, v chem mozhno, pozhalui, priznat'sya, da i fiziku ona pokazhetsya neudobnoi. Chto zhe delat' v etih sluchayah? Nuzhno sest' za izuchenie matematicheskogo apparata, chto potrebuet na nachal'nom etape znachitel'nyh usilii, kotorye, odnako, budut shedro voznagrazhdeny oshusheniem krasoty i legkosti vypolneniya raschetov. Etot matematicheskii apparat (tenzornyi analiz) v nastoyashee vremya prepodaetsya v nashih universitetah i ne predstavlyaet osobyh trudnostei: v uproshennom vide ego vpolne mozhno bylo by prepodavat' i v srednih shkolah. No po prichinam, vdavat'sya v kotorye my zdes' ne budem, etot yazyk, kak i mnogie drugie nauchnye yazyki, edva li naidet sebe mesto (vo vsyakom sluchae, eshe dlitel'noe vremya) v obshechelovecheskoi kul'ture.
<< 1.9. Neitrino i kosmologiya | Oglavlenie | Glava 2. Astrofizika i Solnechnaya sistema >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy
Publikacii so slovami: Galileo Galilei - solnechnaya sistema - kosmogoniya - astrofizika - Obshaya teoriya otnositel'nosti - elektroslaboe vzaimodeistvie - elementarnye chasticy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
