Астрономия в будущем. Часть вторая.
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Астрономия всегда была наукой наблюдательной, и этим она в корне отличалась от физики и химии — наук экспериментальных. Астрономы были не властны менять движения небесных тел, брать пробы и исследовать в лабораторных условиях вещество Луны и планет, регулировать химические реакции в межзвездной среде и пр. Их удел — пассивно наблюдать излучение небесных светил и делать из этих наблюдений, пользуясь успехами физики, те или иные выводы.
Правда, здесь нужно сделать оговорку: над излучением от небесных светил, улавливаемым телескопами, астрономы всегда проводили эксперименты. Они пропускали его через призмы спектрографов, пленки поляроидов, сложные системы фотоэлементов. Это делалось (и делается) для того, чтобы получить как можно больше сведений о физических условиях, господствующих там, где это излучение «вырабатывалось». Однако эта оговорка не меняет сути дела: астрономия всегда была наукой наблюдательной.
Запуск искусственных спутников и космических ракет ознаменовал для астрономии начало ломки этих вековых традиций. Открылась возможность прямого измерения некоторых свойств космических тел. Хотя экспериментальная астрономия насчитывает всего лишь несколько десятилетий существования, достигнутые успехи вызывают удивление.
Много лет совершенно открытым оставался вопрос о физических свойствах межпланетного газа. Как это ни парадоксально, астрономы несравненно лучше знали свойства межзвездного газа, чем межпланетного. Это объясняется тем, что последний почти никак себя не проявлял как в оптическом диапазоне астрономических наблюдений, так и в радиодиапазоне. Разные исследователи придерживались диаметрально противоположных взглядов на свойства межпланетного газа.
Между тем этот вопрос очень важен, так как все виды солнечного корпускулярного (то есть состоящего из электрически заряженных частиц) излучения, прежде чем попасть на Землю и вызвать там такие явления, как полярные сияния и магнитные бури, проходят через межпланетную газовую среду. При этом свойства таких корпускулярных потоков могут меняться, а это сразу же отразится на характере протекающих на Земле перечисленных выше явлений.
Вопрос был решен во время полетов первых космических ракет. На ракетах были установлены специальные приборы, так называемые «ионные ловушки которые смогли непосредственно оценить плотность межпланетного ионизированного газа (этот последний вызывал в цепи ловушек ток, значения которого передавались на Землю по телеметрии).
Приведу другой пример. В последние годы стало ясно, что магнетизм в той или иной степени свойствен почти всем космическим объектам. Магнитные поля обнаружены на Солнце, Юпитере, многих звездах, в межзвездной среде. Для этих исследований использовались косвенные методы. Например, при исследовании солнечных магнитных полей широко используется так называемое «явление Зеемана»: спектральные линии от источника, находящегося в магнитном поле, как бы «расщепляются» на несколько составляющих. Эти составляющие линии будут тем более удалены одна от другой, чем сильнее магнитное поле.
Следовательно, изучение спектра той области Солнца, где находится магнитное поле, позволяет по виду спектральных линий точно измерить величину магнитного поля. Однако этот изящный метод можно применять только в сравнительно редких случаях, главным образом при изучении Солнца, некоторых звезд. Для планет он пока использован быть не может. Здесь применяются другие косвенные методы, впрочем, значительно менее точные.
Большую актуальность в последние годы приобрел вопрос о магнитных полях в межпланетном пространстве. Особенно интересна проблема возможной связи этих полей с корпускулярными потоками, о которых речь шла выше. Такие явления, как космические лучи, магнитные бури, полярные сияния, в большой степени зависят от колебаний магнитного поля в межпланетном пространстве.
Между тем никакими из известных косвенных методов нельзя было сделать надежную оценку напряженности магнитного поля в межпланетном пространстве. На искусственных спутниках и космических ракетах были установлены специальные приборы для измерения слабых магнитных полей — магнитометры. Выдающегося успеха достигли американские ученые из НАСА, которые при помощи весьма чувствительного магнитометра, установленного на космической ракете «Пионер-У», измерили очень слабое межпланетное поле и нашли, что оно сильно растет при прохождении солнечных корпускулярных потоков.
Экспериментальная астрономия сейчас стремительно развивается. Что можно ожидать от нее в течение двух ближайших десятилетий? Упомянем только несколько проблем, стоящих перед ней. Во-первых, организация на Луне постоянно действующей автоматической научной станции. Мы уже говорили о богатейших перспективах развития астрономических наблюдений на Луне. Но, по существу, такие исследования суть развитие классического направления наблюдательной астрономии. Между тем лунная научная станция будет заниматься также чисто экспериментальными исследованиями. Какова сейсмичность нашего вечного спутника, иными словами, как часто там бывают «лунотрясення» и какова их сила?
Сейсмограф, установленный на поверхности Луны регулярно будет передавать величину колебаний лунной поверхности. Автоматическое устройство может обеспечить детальнейший минералогический и химический анализ лунных пород. Все колебания температуры будут регистрироваться специальными приборами, и передаваться на Землю. Будут проводиться геологические (виноват, «селенологические») съемки лунной поверхности. И вообще Луну станут изучать методами современной геологии и геофизики. И постепенно Луна перестанет числиться «по департаменту астрономии»…
Такая же участь постигнет рано или поздно другие тела нашей Солнечной системы. Произойдет ли это через двадцать лет или двумя-тремя десятилетиями позже? Будущее покажет…
И сейчас мы можем себе представить метеорологическую станцию на Марсе. Ежедневно земляне будут слушать сводки о марсианской погоде… В пределах возможностей современной техники — количественный химический анализ проб атмосферы Венеры, который будет делаться автоматически на месте. Сейчас наши знания об атмосфере этой загадочной планеты оставляют желать лучшего. Мы познаем рельеф Венеры — есть ли там, например, высокие горы. Похоже, что морей там нет: слишком горячо. Все же этот вывод надо проверить. А проверить можно будет после того, как автоматические станции, снабженные соответствующими приборами, совершат посадку на поверхности этой планеты.
Повторяю, все, о чем речь шла выше, в пределах возможностей техники сегодняшнего дня. Но беспокойный разум человека не ограничивается только ролью пассивного регистратора явлений. И уже сейчас выдвигаются вполне серьезные дерзновенные проекты переустройства планет, чтобы сделать их более удобными, более приспособленными для будущих переселенцев с Земли. На одном таком проекте стоит остановиться. Он принадлежит молодому американскому астроному Сагану. Речь идет не больше, не меньше, как об… изменении химического состава атмосферы Венеры. Эта атмосфера мало подходит для развития земной жизни: слишком много там углекислоты, слишком мало кислорода, возможно присутствие ядовитых газов.
Саган предлагает забросить в атмосферу Венеры один из видов земной водоросли — хлореллу. Эта чудодейственная водоросль начнет во все возрастающем темпе перерабатывать углекислоту и выделять кислород. Расчеты показывают, что за несколько сот лет при благоприятных условиях атмосфера Венеры может стать довольно сходной с земной. При этом неприятно высокая температура этой планеты понизится; создадутся благоприятные условия для заселения Венеры землянами. И этот проект выдвигается не писателем-фантастом, а вполне серьезным современным астрономом. Стоит подумать, пожалуй, о границах, отделяющих фантастику от науки, вернее, об условности этих границ. Но мы отошли от нашей темы. Реализация проекта Сагана, во всяком случае, не может быть завершена в течении ближайшего времени…
Говоря об освоении космического пространства, стоит сказать несколько слов о замечательных перспективах использования в астронавтике так называемых лазеров. Это квантовые генераторы и усилители излучения, работающие в оптическом диапазоне волн. Аналогичные устройства для радиодиапазона называются мазерами.
Разработка лазеров, по существу, начинается только сейчас. Их особенностью является способность концентрировать лучистую энергию (в частности, свет) в почти параллельном пучке. Это открывает совершенно исключительные возможности перед астрономией и астронавтикой будущего. Так, например, узким пучком света была недавно освещена часть Луны размером в несколько десятков километров. Никаким прожектором такого эффекта получить нельзя, так как благодаря неизбежному рассеянию пучка световое «пятно» от него на расстоянии Луны расплывается на много тысяч километров — освещенность будет совершенно ничтожной.
Разумеется, использование лазеров не ставит задачей создание светотехнических эффектов. Речь идет о новом, весьма эффективном типе связи на космических расстояниях. Такая связь в перспективе ближайших десятилетий может быть установлена с самыми удаленными уголками Солнечной системы. Предполагается, конечно, что к тому времени уже будут проложены трассы межпланетных кораблей и человечество вплотную приступит к освоению Солнечной системы.
В более отдаленной перспективе лазеры, конечно, откроют возможность установить связь на расстояниях, равных расстояниям до звезд, по крайней мере, ближайших. Вполне, однако, возможно, что в течение предстоящих десятилетий будет разработан совершенно новый тип космической связи, основывающейся на других научных принципах, ибо возможности науки неисчерпаемы, и даже самая безудержная фантазия не может угнаться за ее развитием.
Что можно сказать о перспективах развития «классической» астрономии, астрономии больших «наземных» оптических телескопов? И здесь следует ожидать коренного усовершенствования методов наблюдений. Широчайшее применение найдут себе достижения радиоэлектроники и автоматики.
Когда-то, в XVIII и первой половине XIX века, астрономы, прильнув к окулярам телескопов, наблюдали небесные светила глазом. В течение последнего столетия фотографическая пластинка вытеснила человеческий глаз. Полученные на фотопластинках изображения звезд, планет и туманностей, а также их спектры — ценнейший материал, который можно длительно хранить и спокойно изучать в лабораторных условиях. Без преувеличения можно сказать, что астрономия последних десятилетий почти всеми своими замечательными достижениями обязана фотографическому методу.
И все же уже давно фотография перестала полностью удовлетворять астрономов. Стала ощущаться потребность в других приемниках излучения, способных фиксировать изображение гораздо быстрее, чем фотографическая пластинка. Стали появляться новые электронные приборы. Особенно перспективны различные типы электронно-оптических преобразователей.
Огромную чувствительность к слабым световым потокам они сочетают с возможностью исследовать невидимые (например, инфракрасное) излучения.
Продолжение следует.
Автор: И. Шкловский.