Человека всегда интересовало, как устроен окружающий его мир. На первых порах это были простые наблюдения и наивные толкования происходящих явлений. Они дошли до нас в виде сказаний и мифов. Постепенно знания накапливались. Древние учёные, наблюдая за Солнцем и Луной, смогли предсказывать солнечные и лунные затмения, составлять календари. Точность этих расчётов поражает современных исследователей: ведь в те времена не было никаких приборов, учёные вели свои наблюдения невооружённым глазом.
Позднее были созданы различные приборы, облегчающие наблюдения. Важнейшим из них стал телескоп (от греческих слов «теле» - далеко, «скопео» - смотреть). Использование телескопов позволило не только изучить Солнечную систему, но и заглянуть в глубины Вселенной.
Следующим шагом в изучении и освоении космоса стало создание ракеты. Первым учёным, который доказал, что реальным средством освоения космоса станет ракета, был наш соотечественник, основоположник современной космонавтики Константин Эдуардович Циолковский (1857-1935). Но прошли годы, прежде чем эта задача была решена. 4 октября 1957 г. в нашей стране был осуществлён запуск первого искусственного спутника Земли.
Большой вклад в развитие отечественной космонавтики внёс учёный, конструктор и организатор производства ракетнокосмической техники Сергей Павлович Королёв (1906-1966) . Началась новая эра в изучении космоса.
В настоящее время в освоении космоса участвуют Россия, США, многие страны Европы, Япония, Китай, Индия, Бразилия, Канйда, Украина. Осуществлён запуск космических станций к планетам Солнечной системы и их спутникам, получены их фотографии с близкого расстояния, осуществлена посадка на поверхность Венеры, Марса и других планет.
Некоторые важнейшие даты в освоении космоса
3 ноября 1957 г. - запуск второго искусственного спутника Земли «Спутник-2», на борту которого впервые находилось живое существо - собака Лайка (СССР).
14 сентября 1959 г. - станция «Луна-2» впервые в мире достигла поверхности Луны, доставив вымпел с гербом СССР (СССР).
4 октября 1959 г. - станция «Луна-3» впервые в мире сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны (СССР).
19-20 августа 1960 г. - первый орбитальный полёт в космос живых существ - собак Белки и Стрелки - на корабле «Спутник-5» с успешным возвращением на Землю (СССР).
12 апреля 1961 г. - первый полёт человека в космос на корабле «Восток-1» (Юрий Алексеевич Гагарин, СССР).
16-19 июня 1963 г. - первый полёт в космос женщины-космонавта на космическом корабле «Восток-6» (Валентина Владимировна Терешкова, СССР).
18 марта 1965 г. - первый выход человека в открытый космос из корабля «Восход-2» (Алексей Архипович Леонов, СССР).
1 марта 1966 г. - первый перелёт космического аппарата с Земли на другую планету; станция «Венера-3» впервые достигла поверхности Венеры, доставив вымпел СССР (СССР).
15 сентября 1968 г. - возвращение космического аппарата «Зонд-5» на Землю после первого облёта Луны. На борту находились живые существа: черепахи, плодовые мухи, черви, растения, семена, бактерии (СССР).
21 июля 1969 г. - первая высадка человека на Луну в рамках лунной экспедиции корабля «Аполлон-11», доставившей на Землю в том числе и пробы лунного грунта (Нил Армстронг, США).
3 марта 1972 г. - запуск первого аппарата «Пионер-10», покинувшего впоследствии пределы Солнечной системы (США).
12 апреля 1981 г. - вывод на орбиту первого многоразового транспортного космического корабля «Колумбия» (США).
24 июня 2000 г. - станция «Near Shoemaker» стала первым искусственным спутником астероида (США).
28 апреля - 6 мая 2001 г. - полёт первого космического туриста на борту корабля «Союз-ТМ-32» на Международную космическую станцию (Деннис Тито, США).
- Как древние люди изучали Вселенную?
- Кто из учёных доказал, что осваивать космос можно с помощью ракеты?
- Когда был запущен первый искусственный спутник Земли?
- Кто был первым космонавтом?
Человека всегда интересовало, как устроен окружающий его мир. В древности люди наблюдали и пытались объяснить происходящие в природе явления. Позднее были созданы различные приборы, важнейшим из которых стал телескоп. Использование телескопов позволило не только изучать Солнечную систему, но и заглянуть в глубины Вселенной. Следующим шагом в изучении и освоении космоса стало создание ракеты. Большой вклад в развитие отечественной космонавтики внесли К. Э. Циолковский, С. П. Королёв, Ю. А. Гагарин. В настоящее время в освоении космоса участвуют многие страны мира, в том числе и Россия.
Современные представления о строении Вселенной складывались постепенно, на протяжении веков. Долгое время её центром считалась Земля. Такой точки зрения придерживались древнегреческие учёные Аристотель и Птолемей.
Новую модель Вселенной создал Николай Коперник - великий польский астроном. Согласно его модели, центром мира является Солнце, а вокруг него обращаются Земля и другие планеты. Согласно современным представлениям, Земля входит в состав Солнечной системы, которая является частью Галактики. Галактики образуют сверхскопления - мегагалактики.
Солнечную систему образуют 8 планет с их спутниками, астероиды, кометы, множество частичек пыли. Планеты делят на две группы. Меркурий, Венера, Земля, Марс - это планеты земной группы. К группе планет-гигантов относят Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Астероиды и кометы - небольшие небесные тела, входящие в состав Солнечной системы. Метеором называют вспышку света, возникающую при сгорании в земной частичек космической пыли, а космические тела, не сгоревшие в атмосфере и достигшие поверхности Земли, называют метеоритами.
Звёзды - это гигантские пылающие шары, расположенные очень далеко от нашей планеты. Ближайшая к нам звезда - Солнце, центр нашей Солнечной системы.
Земля - уникальная планета, только на ней обнаружена жизнь. Существованию живого способствует ряд особенностей Земли: определённое расстояние от Солнца, скорость вращения вокруг собственной оси, наличие воздушной оболочки и больших запасов воды, существование почвы.
В древности люди наблюдали за происходящими в природе явлениями и пытались их объяснить. Изобретение различных приборов, в том числе телескопа, облегчило эти наблюдения. Следующим шагом в изучении и освоении космоса стало создание ракеты. В настоящее время в освоении космоса принимают участие многие страны мира.
Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:
Поиск по сайту.
Пред нами тайны обнажатся,
Возблещут дальние миры…
А.Блок
ВВЕДЕНИЕ
ВСЕЛЕННАЯ - извечная загадка бытия, манящая тайна навсегда. Ибо нет конца у познания. Есть лишь непрерывное преодоление границ неведомого. Но как только сделан этот шаг – открываются новые горизонты. А за ними – новые тайны. Так было, и так будет всегда. Особенно в познании Космоса. Слово «космос» происходит от греческого “kosmos”, синонима астрономического определения Вселенной. Под Вселенной подразумевается весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Вселенная, изучаемая астрономией, - часть материального мира, которая доступна исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки.
Часто выделяют ближний космос, исследуемый при помощи космических аппаратов и межпланетных станций, и дальний космос – мир звезд и галактик.
Великий немецкий философ Иммануил Кант заметил однажды, что есть всего две вещи, достойные подлинного удивления и восхищения: звездное небо над нами и нравственный закон внутри нас. Древние считали: и то и другое неразрывно связаны между собой. Космос обусловливает прошлое, настоящее и будущее человечества и каждого отдельно взятого человека. Говоря языком современной науки, в Человеке закодирована вся информация о Вселенной. Жизнь и Космос нерасторжимы.
Человек постоянно стремился к Небу. Сначала – мыслью, взором и на крыльях, затем – с помощью воздухоплавательных и летательных аппаратов, космических кораблей и орбитальных станций. О существовании галактик еще в прошлом веке никто даже не подозревал. Млечный Путь никем не воспринимался, как рукав гигантской космической спирали. Даже обладая современными знаниями, невозможно воочию увидеть такую спираль изнутри. Нужно удалиться на много-много световых лет за ее пределы, чтобы увидеть нашу Галактику в ее подлинном спиральном обличии. Впрочем, астрономические наблюдения и математические расчеты, графическое и компьютерное моделирование, а также абстрактно-теоретическое мышление позволяют сделать это, не выходя из дома. Но стало это возможно лишь в результате долгого и тернистого развития науки. Чем больше мы узнаем о Вселенной, тем больше возникает новых вопросов.
ГЛАВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ АСТРОНОМОВ
Вся история изучения Вселенной есть, в сущности, поиски и находки средств, улучшающих человеческое зрение. До начала XVII в. невооруженный глаз был единственным оптическим инструментом астрономов. Вся астрономическая техника древних сводилась к созданию различных угломерных инструментов, как можно более точных и прочных. Уже первые телескопы сразу резко повысили разрешающую и проницающую способность человеческого глаза. Постепенно были созданы приемники невидимых излучений и в настоящее время Вселенную мы воспринимаем во всех диапазонах электромагнитного спектра – от гамма-излучения до сверхдлинных радиоволн.
Более того, созданы приемники корпускулярных излучений, улавливающие мельчайшие частицы – корпускулы (в основном ядра атомов и электроны), приходящие к нам от небесных тел. Совокупность всех приемников космических излучений способны фиксировать объекты, от которых до нас лучи света доходят за многие миллиарды лет. По существу, вся история мировой астрономии и космологии делится на две не равные по времени части – до и после изобретения телескопа. ХХ век вообще необычайно раздвинул границы наблюдательной астрономии. К чрезвычайно усовершенствованным оптическим телескопам добавились новые, ранее совершенно невиданные -– радиотелескопы, а затем и рентгеновские (которые применимы только в безвоздушном пространстве и в открытом космосе). Также с помощью спутников используются гамма-телескопы, позволяющие зафиксировать уникальную информацию о далеких объектах и экстремальных состояниях материи во Вселенной.
Для регистрации ультрафиолетового и инфракрасного излучения используются телескопы с объективами из мышьяковистого трехсернистого стекла. С помощью этой аппаратуры удалось открыть много ранее не известных объектов, постичь важные и удивительные закономерности Вселенной. Так, вблизи центра нашей галактики удалось обнаружить загадочный инфракрасный объект, светимость которого в 300 000 раз превышает светимость Солнца. Природа его пока неясна. Зарегистрированы и другие мощные источники инфракрасного излучения, находящиеся в других галактиках и внегалактическом пространстве.
В ОТКРЫТЫЙ КОСМОС!
Вселенная настолько огромна, что астрономы до сих пор не смогли установить, насколько она велика! Однако благодаря последним достижениям науки и техники мы узнали много нового о космосе и нашем месте в нем. В последние 50 лет люди получили возможность покидать Землю и изучать звезды и планеты не только наблюдая их в телескопы, но и получая информацию прямо из космоса. Запускаемые спутники оснащены сложнейшим оборудованием, с помощью которого были сделаны удивительные открытия, в существование которых астрономы не верили, например, черные дыры и новые планеты.
Со времени запуска в открытый космос первого искусственного спутника в октябре 1957 года за пределы нашей планеты было отправлено множество спутников и роботов-зондов. Благодаря им ученые “посетили” почти все основные планеты Солнечной системы, а также их спутники, астероиды, кометы. Подобные запуски осуществляются постоянно, и в наши дни зонды нового поколения продолжают свой полет к другим планетам, добывая и передавая на Землю всю информацию.
Некоторые ракеты сконструированы так, что могут достигать лишь верхних слоев атмосферы, и их скорость недостаточна для выхода в космос. Чтобы выйти за пределы атмосферы, ракете нужно преодолеть силу притяжения Земли, а для этого требуется определенная скорость. Если скорость ракеты 28 500 км/ч, то она будет лететь с ускорением, равным силе тяжести. В результате она так и будет летать вокруг Земли по кругу. Чтобы полностью преодолеть силу земного притяжения, ракета должна двигаться со скоростью большей, чем 40 320 км/ч. Выйдя на орбиту, некоторые космические аппараты, используя энергию гравитации Земли и других планет, могут за счет этого увеличить собственную скорость для дальнейшего рывка в космос. Это называется «эффектом пращи».
К ГРАНИЦАМ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
Спутники и космические зонды неоднократно запускались к внутренним планетам: российская «Венера», американские «Маринер» к Меркурию и «Викинг» к Марсу. Запущенные в 1972-1973 гг. американские зонды «Пионер-10» и «Пионер-11» достигли внешних планет - Юпитера и Сатурна. В 1977 г. к Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну были также запущены «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Некоторые из этих зондов до сих пор продолжают летать у самых границ Солнечной системы и будут посылать информацию на Землю до 2020 года, а некоторые уже покинули пределы Солнечной системы.
ПОЛЕТЫ НА ЛУНУ
Самая близкая к нам Луна всегда была и остается весьма притягательным объектом для научных исследований. Поскольку мы всегда видим лишь ту часть Луны, которая освещена Солнцем, особый интерес представляла для нас и невидимая ее часть. Первый облет Луны и фотографирование ее обратной стороны осуществлены советской автоматической межпланетной станцией «Луна-3» в 1959 г. Если еще совсем недавно ученые просто мечтали о полетах на Луну, то сегодня их планы идут намного дальше: земляне рассматривают эту планету как источник ценных пород и минералов. С 1969 по 1972 год космические корабли «Аполлон», выведенные на орбиту ракетой-носителем «Сатурн-5», совершили несколько полетов на Луну и доставили туда людей. И вот на Серебряную планету 21 июля 1969 г. ступила нога первого человека. Им стал Нейл Армстронг, командир американского космического корабля «Аполлон-11», а также Эдвин Олдрин. Астронавты собрали образцы лунной породы, провели над ней ряд экспериментов, данные о которых продолжали поступать на Землю в течение длительного времени после их возвращения. Две экспедиции на космических кораблях «Аполлон-11» и «Аполлон-12» позволили накопить некоторые сведения о поведении человека на Луне. Созданное защитное оснащение помогло космонавтам жить и работать в условиях враждебного вакуума и аномальных температур. Лунное притяжение оказалось весьма благоприятным для работы космонавтов, которые не обнаружили ни физических, ни психологических затруднений.
Космический зонд «Проспектор» (США) был запущен в сентябре 1997 г. После непродолжительного полета на околоземной орбите он устремился к Луне и вышел на ее орбиту через пять дней после запуска. Этот американский зонд предназначен для сбора и передачи на Землю информации о составе поверхности и недр Луны. На нем нет фотокамер, но есть приборы для проведения необходимых исследований непосредственно с орбиты, с высоты
Японский космический зонд «Лунар-А» предназначен для изучения состава пород, образующих лунную поверхность. «Лунар-А», находясь на орбите, посылает на Луну три маленьких зонда. Каждый из них снабжен сейсмометром для измерения силы “лунотрясений” и прибором для измерения глубинного тепла Луны. Все данные, полученные ими, передаются на «Лунар-А», находящийся на орбите на высоте 250 км от Луны.
Хотя человек уже неоднократно побывал на Луне, он так и не обнаружил там никакой жизни. Но интерес к вопросу о заселенности Луны (если не в настоящем, то в прошлом) усиливается и подогревается разного рода сообщениями российских и американских исследователей. Например, об обнаружении льда на дне одного из лунных кратеров. Публикуются и другие материалы на данную тему. Можно сослаться на заметку Альберта Валентинова (научного обозревателя «Российской газеты») в ее номере от 16 мая 1997 г. В ней рассказывается о секретных фотографиях лунной поверхности, хранящихся за семью печатями в сейфах Пентагона. На публикуемых фотографиях видны разрушенные города в районе кратера Укерта (сам снимок сделан со спутника). На одной фотографии хорошо различается гигантская насыпь высотой в 3 км, похожая на стену городского укрепления с башнями. На другой фотографии – еще более громадный холм, состоящий уже из нескольких башен.
Одно из первых открытий, сделанное при анализе образцов лунных пород, оказалось в числе наиболее важных: породы из темных лунных морей в целом аналогичны земным базальтам. Это показывает, что Луна не всегда была холодной; скорее всего она когда-то была достаточно горячей для образования магмы (расплавленной породы), которая, излившись на поверхность, кристаллизовалась в базальты. Были также обнаружены существенные различия лунных и земных пород. Откуда вытекает вывод, что Луна никогда не могла быть частью Земли. В настоящее время специалисты практически единодушно отдают предпочтение идее, что Луна образовалась примерно там, где находится теперь. Ее формирование было частью процесса формирования Земли.
ИССЛЕДОВАНИЯ МАРСА
Целый ряд открытий, сделанных учеными за последнее время, связан с Марсом. До 2005 года намечено осуществить 10 полетов к этой планете, а пока лишь американский космический зонд «Пасфайндер» коснулся марсианской поверхности. «Пасфайндер» опустился на поверхность Марса в июле 1997 г. и доставил на него мини-вездеход “Содженэр”. Парашют замедлил его спуск, а воздушные подушки обеспечили мягкую посадку. Затем воздух был спущен, и из зонда выехал вездеход, работающий на солнечных батареях. Он обследовал часть поверхности вблизи «Пасфайндера», в районе бывшего русла, называемом Долина Ареса, немного севернее от марсианских каналов.
Ученые обнаружили факты, свидетельствующие о возможно существовавшей на этой планете жизни. Хотя Марс и напоминает немного земную пустыню, природные условия на нем куда более суровые. Марс – следующая за Землей планета, но на нем намного холоднее. Марс меньше, и его атмосфера, состоящая главным образом из двуокиси углерода, слишком разрежена и поэтому непригодна для дыхания. Несмотря на тонкий слой облаков над поверхностью, вода на Марсе отсутствует. Однако эта планета не всегда была такой. В далеком прошлом там было гораздо теплее, воздуха было больше, и по ныне пересохшим долинам текли полноводные реки.
В 1996 г. ученые обнаружили в Антарктиде метеорит, который имел тот же химический состав, что и марсианские породы. Вероятно, он упал на Землю после столкновения Марса с кометой. Внутри же метеорита были найдены странные отпечатки, по-видимому, следы простых бактерий.
Чтобы составить подробную карту Марса, на его орбиту в конце 1997 г. был запущен космический зонд «Глобал Сэрвэйер», который должен проводить исследования поверхности планеты в течение нескольких лет. Зонд оснащен такой мощной аппаратурой, которая позволит получить информацию даже об объектах величиной всего лишь 3 метра в диаметре. Во всяком случае, марсианские карты, составленные с помощью этого зонда, будут такие же подробные, как и земные.
Между тем разрабатываются вполне респектабельные программы дальнейшего освоения и даже колонизации Марса. В Америке вот уже 15 лет разработкой таких программ занимается «Марс Андеграунд», неформальный клуб ученых и инженеров. Его глава – известный специалист Роберт Зубрин. Например, определена даже дата полета на Марс космического корабля с людьми на борту. Ученые называют в качестве наиболее оптимального 2008 год, когда Земля вновь сблизится со своим космическим братом.
В американском Космическом центре имени Джонсона планируют, начиная с 2007 г., запустить к Марсу 12 экспедиций, рассчитывая уже в 2016 г. основать на «красной планете» обитаемую колонию землян. Сначала будет три грузовых пуска. Затем в 2009 г. на околомарсианскую орбиту доставят запасной «возвратный» корабль и запасную взлетную ступень для эвакуации астронавтов. В случае успеха всей предварительной подготовки на Марс отправится экипаж из 6 человек и останется там больше года – до 20 месяцев. В 2012 г. его сменит вторая экспедиция. Так начнется реальное заселение околоземного пространства.
ИССЛЕДОВАНИЯ ЮПИТЕРА
Юпитер не похож на Землю, Луну или Марс – он состоит в основном из газов: водорода и гелия. Поэтому на Юпитер невозможно послать космический корабль: “приземлиться” ему просто негде, он будет проваливаться сквозь газовые облака, пока из-за давления и высокой температуры полностью не разрушится. Именно это и случилось с маленьким зондом, запущенным к Юпитеру в 1995 г. с космического аппарата «Галилео».
В целях экономии энергии «Галилео» не сразу отправился к Юпитеру. После запуска в 1989 году он проследовал к Венере, затем вернулся к Земле и, набрав огромную скорость, вылетел, как камень из пращи, в глубину Солнечной системы. В 1991 г. «Галилео» вошел в пояс астероидов и сфотографировал с близкого расстояния астероиды Гаспра и Ида. В 1994 г. он достиг Юпитера и запустил зонд в его атмосферу, в конце 1997 г. «Галилео» завершил свою работу.
Запущенный с «Галилео» зонд, по мере того как он погружался в атмосферу Юпитера, успел передать некоторые данные. Например, скорость ветра: в нижних слоях атмосферы 650 км/ч, а в верхних – 160 км/ч. Но из-за давления и высокой температуры (140 градусов по Цельсию) зонд был разрушен.
С помощью космического аппарата «Галилео» ученые получили ценную информацию о Юпитере и уникальные снимки, хотя работа «Галилео» проходила не гладко: его похожая на зонтик антенна не смогла занять нужное положение, поэтому подаваемые им сигналы были слабее, чем предполагалось. И все же он передал ряд важных сведений. Например, зафиксировал столкновение с Юпитером кометы Шумахера-Леви-9. Это драматическое событие произошло в космосе в 1994 г. При столкновении комета распалась на 21 часть, и эти обломки, самые крупные из которых достигали 4 км в диаметре, растянулись на миллион километров. Удар во время катастрофы был настолько силен, что превосходил по силе взрыв в триллионы мегатонн. Следы от столкновения с кометой на поверхности Юпитера сохранялись в течение многих месяцев, пока их не сгладили бушующие ветры.
Орбиты у комет и астероидов очень странные, и поэтому они часто пролетают очень близко к другим планетам, а бывает, что и врезаются в них. Последствия таких столкновений могут быть трагическими! На многих планетах есть следы подобных катастроф. Несколько раз такое происходило и с Землей. Кратеры космического происхождения встречаются и на нашей планете. Один из них, диаметром 180 км, недавно обнаружен на полуострове Юкатан в Центральной Америке. Возможно, это след той самой катастрофы, которая когда-то погубила динозавров.
К САТУРНУ
Пролетая мимо Сатурна, два зонда «Вояджер» сделали удивительные снимки. «Вояджер», посетивший Сатурн в 1979-1980 гг., сумел добыть удивительную информацию, которая поразила ученых. Оказалось, что по внешнему краю колец Сатурна располагается великое множество узких колечек, как бы переплетенных друг с другом. Все объяснилось, когда чуть позже были открыты еще два спутника Сатурна – Пандора и Прометей, орбиты которых пролегают по разные стороны от колец. Сила их притяжения изменяет форму колец, сталкивая их и даже перевивая одно с другим.
Теперь ученые послали к планете третий зонд – «Кассини». Зонд должен достичь Сатурна в 2004 г. Он, подобно «Галилео», следует к цели длинным путем – мимо Венеры, Земли и Юпитера. Экспедиция займет у него почти 7 лет. С орбиты Сатурна «Кассини» отправит небольшой зонд «Хайгенс» на самый большой спутник планеты – Титан. Когда космический зонд приблизится к Титану, его скорость превысит 20 000 км/ч, но трение замедлит его спуск, а несколько парашютов обеспечат мягкую посадку. «Хайгенс» должен взять пробы атмосферы, собрать данные о “погоде” на планете, сделать фотоснимки. Первую информацию «Хайгенс» передаст на «Кассини» уже во время посадки.
КОСМИЧЕСКИЕ ПРОСТОРЫ
Исследования галактик
Слово “галактика” происходит от греческого “galaktikos” – млечный. Галактики – гигантские звездные системы, разбросанные по всем бесконечным далям Вселенной. В прошлом астрономам мало было известно о галактиках. Далекие туманные объекты привлекли повышенное внимание лишь после изобретения телескопа. Постепенно было открыто более 100 таких объектов, и уже в XVIII в. был составлен первый каталог туманностей (туманность – космические скопления из газа и пыли, могут быть протяженностью в несколько тысяч световых лет. Многие туманности – это остатки взорвавшихся звезд, или сверхновые звезды). Среди них одни из самых прекрасных созданий природы, космических “чудес света” – спиральные галактики, олицетворением которых может служить туманность в созвездии Андромеды, видимая, кстати, при благоприятных условиях невооруженным глазом – в форме небольшого размытого светящегося пятнышка. Наша галактика Млечный Путь также имеет форму спирали. Другие (неспиральные) галактики, видимые без зрительных приборов, но только в Южном полушарии, - Большое и Малое Магеллановы облака. Впоследствии оказалось, что это ближайшие к нам “звездные континенты”. Достаточно распространены эллиптические галактики. Чрезвычайный исследовательский интерес представляют те из галактик, которые связаны между собой перемычками (“мостами”). Существуют и небольшие – карликовые галактики. Звезды, которые мы видим на ночном небе, - самые близкие к нашей Солнечной системе. А светлая полоса, видимая темной ясной ночью, под названием Млечный Путь – это видимый край нашей галактики – всего лишь одна из сотен миллиардов звезд, составляющих Млечный Путь. А Млечный Путь – одна из миллиардов галактик, разбросанный во Вселенной.
Чтобы достичь самых близких галактик, свету требуются сотни лет. Самые дальние из открытых на сегодня удалены от Земли на миллиарды лет. Для измерения космического пространства ученые используют особую единицу измерения – световой год. Она обозначает расстояние, которое луч света проходит за год. Оно равно десяти миллионам миллионов километров, или десяти триллионам.
Млечный Путь
Наша галактика представляет собой плоский диск протяженностью примерно 120 000 световых лет в поперечнике, с выпуклостью в центре. Звезды на диске расположены по спирали (лишь в середине нынешнего века стало ясно, что Млечный Путь – гигантский рукав, скрученный в спираль огромной звездной системы). Количество составляющих его звезд превышает 100 миллиардов (точная цифра пока не установлена). Там, где родились или рождаются новые звезды, витки этой огромной спирали содержат пыль и газ. Диск галактики вращается в виде целостности – наподобие тарелки. Угловая скорость вращения вокруг центра отдельных звезд разная. Вращение галактики было открыто нидерландским астрономом Яном Хендриком Оортом (1925 г.). Он же определил и положение ее центра, находящегося в направлении созвездия Стрельца. Наше Солнце находится на расстоянии 30 000 световых лет от центра Млечного Пути, в той части спирали, которая называется ветвь Ориона. Изучая относительное движение звезд, Оорт установил, что Солнце движется и вокруг центра галактики по орбите, близкой к круговой, со скоростью 220 км/сек. Современные измерения доводят эту величину до 250 км/сек.
Наша галактика (как и другие) чрезвычайно напоминает живой организм. Она обладает своего рода обменом веществ – “космическим метаболизмом”. Различные объекты галактики и составные элементы ее иерархии находятся в состоянии непрерывного взаимодействия. Наша галактика, по мнению большинства ученых, относится к сравнительно молодым галактикам.
Черная дыра
Недавно ученые обнаружили, что в центре нашей галактики может находиться гигантская ЧЕРНАЯ ДЫРА. Черные дыры – это невидимые космические объекты очень большой плотности, образующиеся после взрыва больших звезд. Они имеют такую большую гравитацию, которую не может преодолеть даже луч света. Однако черную дыру можно распознать по выбросу рентгеновских лучей, которые испускает материя, засасываемая ею. Если мы наблюдаем звезды, вращающиеся вокруг мощного, но невидимого источника рентгеновского излучения, значит, можно говорить о наличии черной дыры.
Скопления галактик
А что же творится вокруг нашего галактического острова? Еще совсем недавно ученые полагали, что галактики образуют во Вселенной достаточно однородную массу, равномерно и монотонно распределяясь в необозримом космическом пространстве. Все оказалось не так! Обнаружилось, что на самом деле галактики сбиты в комки, а между ними – зияющие пустоты. Причем комья эти образованы не отдельными галактиками, а их скоплениями. По существу, вся Вселенная состоит из подобных сверхскоплений. Так была открыта крупномасштабная структура Вселенной -–одно из значительных достижений теоретической космологии, наблюдательной астрономии и практической астрофизики в конце ХХ в. Самые большие из обнаруженных на сегодня сверхскоплений напоминают длинные волокна или же сферические оболочки, состоящие из сотен и даже тысяч галактик. Самое большое из обнаруженных скоплений имеет протяженность более 1 миллиарда световых лет. Такое вытянутое галактическое волокно было открыто в области созвездий Персей и Пегас. Космические пустоты столь же протяженны. Так, измеренные расстояния между волокнами достигают 300 миллионов световых лет. Все это позволило космологам сравнивать структуру Вселенной с гигантской губкой.
Интенсивное изучение галактик, в том числе и с помощью радиотелескопов, открытие фонового излучения, новых космических объектов типа квазаров, излучающих в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики, привело к возникновению новых загадок в изучении Вселенной.
Большой взрыв. Большое сжатие
Установлено, что расстояние между дальними галактиками увеличивается, т.е. Вселенная расширяется. Исходя из этого астрономы полагают, что начало Вселенной положил Большой взрыв, в результате которого образовались звезды, планеты и галактики. Некоторые ученые уверены, что Вселенная может расширяться до бесконечности, однако, другие думают, что расширение постепенно замедлится и, возможно, остановится совсем. Тогда Вселенная начнет сжиматься, и в конце концов все закончится противоположностью Большого взрыва – большим сжатием.
ОТКРЫТИЕ КОМЕТЫ ХЭЙЛА-БОППА
Многими великими открытиями мы обязаны астрономам-любителям, которые часами просиживают в темноте, разглядывая ночное небо. Именно любителями открыты многие новые звезды и кометы – к примеру, комета Хэйла-Боппа. Чаще всего астроном-любитель совершает открытие, долгое время наблюдая за небольшим участком ночного неба и сверяя свои наблюдения с картой. Только так любитель может обнаружить что-то стоящее. Как правило, они делают свои открытия случайно. Комета Хэйла-Боппа тоже была открыта благодаря случаю. В июле 1995 г. Алан Хэйл и Томас Бопп, наблюдая звездное небо, заметили возле одного из созвездий слабо светящийся объект, который оказался не известной ранее кометой. А в 1997 г. эта комета максимально приблизилась к Земле – она была от нас на расстоянии 200 000 000 км. Комета Хэйла-Боппа – одна из самых крупных в Солнечной системе. Ученые вычислили, что в ближайшие 4000 лет она не вернется.
ТЕЛЕСКОП ХАББЛА
Многие годы астрономы мечтали о том, чтобы поместить в космосе мощный телескоп. Ведь из космоса, где нет воздуха и пыли, звезды будут видны особенно отчетливо. В 1990 г. их мечта сбылась: шаттл вывел на орбиту телескоп Хаббла. Не обошлось и без огорчений: вскоре выяснилось, что главное зеркало телескопа имеет дефект. Но в 1993 г. астронавты, добавив дополнительные линзы, исправили телескоп. С тех пор с его помощью на Земле было получено множество уникальных снимков небесных тел – планет, туманностей, квазаров, которые способствовали ряду открытий, пополнивших наши знания о Вселенной. С помощью космического телескопа Хаббла сделаны фотоснимки галактик, отдаленных от нас на 11 миллиардов световых лет. Представляете: мы видим их такими, какими они были 11 миллиардов лет назад! Они могут многое поведать нам о Вселенной, ее рождении, а возможно, и о ее последнем часе.
С помощью телескопа Хаббла было доказано, что квазизвездные источники (квазары), испускающие свет огромной интенсивности, являются центрами очень молодых галактик. Молодые галактики окружают квазар, обычно скрытый в самом центре галактического скопления. Ученые считают, что квазары черпают свою энергию за счет черных дыр, которые находятся в центре рождающихся галактик.
Один из наиболее впечатляющих снимков – туманность Орла. В этом гигантском газовом облаке рождаются новые звезды. Внутри длинных облачных отростков образуются уплотнения, которые под действием собственной силы тяжести начинают сжиматься. При этом они нагреваются до такой степени, что облако вспыхивает, превращаясь в сияющую звезду.
Рождение звезд происходит и в туманности Ориона. Здесь с помощью телескопа Хаббла вокруг очень молодых звезд были обнаружены газопылевые скопления в форме дисков, называемые протопланетарными дисками, или проплидами. Ученые предполагают, что это самые ранние стадии образования планетарных систем. Со временем эти гигантские облака пыли и газа сожмутся, соединяясь друг с другом, и постепенно образуют новые планеты, подобные уже существующим в Солнечной системе.
Пройдут миллиарды лет, и энергия звезды, необходимая для свечения, постепенно иссякнет. Звезда взорвется изнутри. Такой взрыв называется вспышкой сверхновой звезды. В результате взрыва образуются гигантские пространства, заполненные газом и обломками. Так, в результате подобного взрыва появилась туманность Кошачий Глаз. Пройдут еще тысячелетия, и постепенно эта гигантская газообразная туманность сожмется, что может привести к образованию черной дыры.
Обслуживание телескопа Хаббла
Раз в несколько лет астронавты прилетают на шаттле и проводят настройку, замену приборов и ремонт телескопа. С помощью дистанционно управляемого рукава они доставляют его в грузовой отсек шаттла и там заново настраивают или делают необходимый ремонт. Во время последней такой экспедиции в 1997 г. многие детали телескопа Хаббла, в том числе и инфракрасная камера, были заменены новыми.
ЗА ПРЕДЕЛАМИ ВИДИМОГО
Человеческий глаз видит далеко не все – например, мы не можем увидеть те излучения, которые, наряду со световыми лучами, испускают звезды и другие космические тела: рентгеновские и гамма-лучи, микро- и радиоволны. Вместе с лучами видимого света они образуют так называемый электромагнитный спектр. Изучая невидимые части спектра с помощью специальных приборов, астрономы сделали множество открытий, в частности, обнаружили над нашей галактикой огромное облако античастиц, а также гигантские черные дыры, пожирающие все вокруг себя. Наиболее мощные в электромагнитном спектре – рентгеновские и гамма-лучи. Их обычно излучает материя, которую поглощают черные дыры. Горячие звезды излучают большое количество ультрафиолета, тогда как микро- и радиоволны – признаки облаков холодного газа.
Недавно установлено, что внезапные выбросы гамма-лучей, причину которых долгое время не могли понять ученые, свидетельствуют о драматических событиях в далеких галактиках.
Изучая ультрафиолетовое излучение небесных тел, астрономы узнают о процессах, происходящих в недрах звезд.
Исследования, проводимые со спутников, выявляющих инфракрасное излучение, помогают ученым понять, что находится в центре Млечного Пути и других галактик.
Чтобы получить подробную картину других галактик, астрономы соединяют радиотелескопы, располагающиеся на противоположных концах Земли.
ПОИСКИ НОВЫХ ПЛАНЕТ
Нам хорошо известны планеты, вращающиеся вокруг нашей звезды – Солнца. А есть ли планеты у других звезд? Должны быть, считают ученые. Но обнаружить их чрезвычайно трудно. Даже ближайшая к нам звезда настолько далека от Земли, что и в мощный телескоп кажется маленькой светящейся точкой. А ведь любая планета в тысячи раз меньше, и значит, разглядеть ее во столько же раз труднее. Поэтому ученые пытаются обнаружить новые планеты, определяя малейшие изменения положения звезд в пространстве и детально анализируя структуру их света. И недавно факт существования планет в других системах получил подтверждение. Сейчас даже обсуждается возможность их съемки. Однако из-за пыли, окружающей Землю, качественные фотографии можно получить лишь с космического зонда, находящегося во внешней части Солнечной системы.
Зонд «Дарвин»
Зонд «Дарвин», над созданием которого сейчас работают ученые, будет участвовать в поисках планет иных звездных систем. Его предполагается оснастить несколькими телескопами, расположенными на расстоянии 100 м от центра и связанными с ним лазерами. «Дарвин» выведут на орбиту между Марсом и Юпитером.
Звезды намного больше планет. И все же сила притяжения планеты влияет на движение звезды, вокруг которой она вращается, и астрономы могут видеть, как звезды, совершая свой путь, слегка подрагивают. Количество и интенсивность этих колебаний дают представление о размерах планеты.
Свет звезды содержит разные цвета. Ученые умеют расщеплять звездный свет на цвета – подобно тому, как свет расщепляется на поверхности компакт-диска. Спектр света звезды может рассказать, из чего она состоит и есть ли у нее планеты.
Интересно, что же там, на других планетах? Может ли человек жить где-нибудь, кроме Земли? По всей вероятности, нет. Даже на планетах Солнечной системы условия жизни совершенно непригодны для человека. Планеты же других миров могут иметь в составе атмосферы ядовитые газы, а излучения многих звезд вредны для человека.
Со времени запуска в апреле 1981 г. первого шаттла космические корабли этого типа более 90 раз побывали в космосе с самыми разными заданиями – от вывода на орбиту секретных военных спутников до обслуживания телескопа Хаббла. А шаттл «Атлантис» совершил тренировочный полет в рамках подготовки к строительству международной космической станции, во время которого состоялась стыковка с российской станцией «Мир». Вот несколько интересных фактов о шаттлах:
на шаттлах самые большие космические экипажи – до 10 человек;
шаттл имеет такой огромный грузовой отсек – 18 м в длину и 4,5 м в ширину, что в него может поместиться даже автобус;
во время стыковки шаттл и «Мир» были самым большим искусственным объектом на орбите Земли – вместе они весили 200 тонн.
Международная космическая станция
Последние 30 лет исследовательские обитаемые станции (российские «Мир» и «Салют», американская «Скайлэб») играли важную роль в освоении космоса. Работающие на них космонавты проводили различные эксперименты. Эти исследования дали ценную информацию о жизни в космосе
Станция «Мир», выведенная на орбиту в 1986 г., закончила срок своей службы. С окончанием строительства международной космической станции, которая создается совместными усилиями Америки, России, Европейского Космического Агентства, Японии, Канады и Италии, начнется эра аппаратов нового поколения.
Строительство будет продолжаться 5 лет и завершится к 2003 году. Американские, российские и европейские космические корабли доставят на орбиту части станции. Для этого им потребуется слетать в космос 44 раза! На станции планируется проводить дальнейшие эксперименты по изучению возможностей жизни и работы в космосе, а также разнообразные медицинские и технические исследования. Для этого там будет постоянно находиться экипаж из 6 человек, каждые 3 – 5 месяцев космонавты будут меняться.
Станция будет состоять из двух больших отделений – американского и российского – с собственными жилыми отсеками и системами жизнеобеспечения. Будут на ней европейские и японские лаборатории. Одну из секций займут двигатели для изменения орбиты станции. Огромные солнечные батареи станут источником энергии.
Международная космическая станция будет служить разным целям. На ней могут отбывать “карантин” образцы, добытые на Марсе. Ее можно использовать и как перевалочную базу для экспедиций в глубь Солнечной системы, например к Марсу.
Космический корабль будущего
НАСА (Национальное управление по аэронавтике США) планирует создать принципиально новый космический корабль, который не будет, пободно шаттлу, сбрасывать при старте топливные баки. Он может служить для доставки космонавтов на космические станции и в эксплуатации будет значительно дешевле шаттла. Испытания первой версии нового корабля с рабочим названием Х-33 проведены в 1999 г. Задумано и спасательное судно для международной космической станции.
ПОИСКИ ВНЕЗЕМНОГО РАЗУМА
При наблюдениях в галактике обнаружены три звездные системы, которые имеют подходящие экосферы и являются хорошими кандидатами на роль светил в планетных системах, где возможна жизнь. Даже у столь ничтожной части звезд нашей галактики может быть планета, подобная той, на которой мы живем. Это не означает, что такая планета должна служить приютом для разумной цивилизации, и даже не означает, что на ее поверхности должна возникнуть жизнь. Но это наводит на мысль, что Земля почти наверняка не уникальна. Чтобы обнаружить внеземную жизнь, следует начать более тщательные поиски, возможно, в пределах многих парсеков от нашей Солнечной системы.
Методы контактов
Главный метод поиска, применявшийся до сих пор, - это прослушивание космоса в радиодиапазоне. При помощи радиотелескопов ученые надеются обнаружить либо направленную на нас радиопередачу, либо всенаправленный сигнал, посланный вслепую в надежде, что кто-то его перехватит, либо радиопереговоры каких-нибудь цивилизаций, либо какое-то искусственное радиоизлучение, появляющееся, например, при работе многочисленных радио- и телестанций цивилизации. Время поисков измеряется уже десятками лет, а положительных результатов все нет. Но работы продолжаются и планируются на будущее.
В 1974 г. было направлено радиопослание с закодированной информацией о Земле и ее жителях в сторону огромного шарового звездного скопления, насчитывающего сотни тысяч звезд, причем все они более старые, чем Солнце. Учитывая расстояние, ответа следует ожидать, если он будет дан, только через 48 000 лет.
В 1977 г. в таблице автоматического печатающего устройства ЭВМ, подключенного к радиоастрономическому комплексу, появилась информация, свидетельствующая о приеме в течение целой минуты сильного сигнала со всеми признаками внеземного маяка. Космические позывные в 30 раз превысили общий уровень фона и были прерывистыми, как земная морзянка.
Район, откуда поступил сигнал, был тщательно изучен; он расположен вблизи галактической плоскости, недалеко от центра Галактики. В имеющемся каталоге звезды солнечного типа здесь не значатся. Повторное «прочесывание» неба антенной радиотелескопа не увенчалось успехом. Космос – в который раз! – задал загадку, но она так и осталась без ответа.
Другой метод поиска заключается в тщательном анализе всех имеющихся данных о небесных объектах, а также космические полеты. Однако из научного анализа проблемы следует, что лучшим средством межзвездных контактов является радиосвязь, а не космические полеты. Таким образом, можно предположить, что первый контакт с другими цивилизациями будет представлять собой обмен телевизионными программами, а не прямое общение в космосе.
Межзвездные путешествия
Хотя многие считают, что межзвездные путешествия скоро станут реальностью, анализ с учетом законов физики показывает, что в обозримом будущем межзвездный космический полет остается невероятно сложным, если не невозможным. Космические корабли, созданные людьми до настоящего времени, движутся со скоростью, составляющей примерно 1/30 000 скорости света, поэтому даже полет к ближайшей звезде займет 100 000 лет. Чтобы двигаться быстрее, нужно найти новые способы разгона корабля до более высоких скоростей; это, в свою очередь, требует колоссального количества топлива.
Если бы удалось каким-то образом построить космический корабль, способный двигаться с субсветовой скоростью, благодаря эффекту замедления времени, открытому Эйнштейном, космические путешественники старели бы медленнее, чем оставшиеся на Земле, т.к. время течет медленнее для тех, кто движется с субсветовой скоростью. Однако теория относительности предсказывает также, что при скоростях, близких к скорости света, каждая крошечная частица межзвездных газа или пыли превращается для космического корабля и тех, кто в нем находится, в снаряд огромной энергии. Следовательно, придется придумать способ, как избежать столкновения с этими снарядами, что дополнительно усложняет создание источника энергии для разгона межзвездного корабля до околосветовых скоростей. Если подумать о гигантских расстояниях между соседними цивилизациями и законах физики, то можно сделать вывод в пользу радиоволн как лучшего средства межзвездной связи.
КОСМИЧЕСКИЕ ПРОГНОЗЫ
Разносторонние космические исследования и реальное освоение Вселенной во всех странах, участвующих в этой работе, ведутся в соответствии с краткосрочными и долгосрочными программами. В них подробно и на много лет вперед расписаны планируемые мероприятия, прогнозируются ожидаемые результаты. В соответствии с такой Программой становятся зримыми и сроки космической деятельности россиян, включая и освоение ближайших планет Солнечной системы:
2005-2020 годы – новое поколение международных систем связи, телевещания,
предупреждения о стихийных бедствиях;
2010-2015 годы – полупромышленное производство уникальных материалов в космосе;
2010-2025 годы – промышленное удаление с орбит космического мусора;
2015-2035 годы – пилотируемые базы-станции на Луне, в том числе и как возможный этап
подготовки к марсианской пилотируемой экспедиции;
2015-2040 годы – пилотируемые экспедиции к Марсу и другим планетам;
2015-2040 годы – удаление радиоактивных отходов атомной энергетики в специальные места
захоронения в космосе (сначала в объеме 800 т/год, затем в полном объеме
более 1200 т/год);
2005-2025 годы – использование в космосе солнечной энергетики мощностью от 200 кВт и
более 1 МВт;
2020-2050 годы – система глобальной военной безопасности;
2020-2040 годы – системы для передачи энергии на Землю для обеспечения и освещения
полярных районов и городов;
2050-2060 годы – чувствительность земных антенн позволит осуществить радиоперехват
переговоров внеземных цивилизаций.
Существуют и более долгосрочные программы поэтапного освоения Космоса. Они рассчитаны, главным образом, на будущие поколения землян и носят во многом гипотетический характер. Однако, как свидетельствует опыт, предсказывать отдаленные результаты научно-технического прогресса – занятие достаточно малоперспективное. Тем не менее существуют довольно-таки детальные прорисовки будущего космической эры. К ним относится и популярная на западе книга американского футуролога Маршалла Т.Сэвиджа «Проект тысячелетия. Колонизация Галактики в восемь последовательных шагов». В своей книге Сэвидж планирует освоение Вселенной не только на много десятилетий вперед, но также и веков, вплоть до конца следующего тысячелетия.
Специалисты по исследованию планет определили приоритеты в изучении Солнечной Системы.
Людей, родившихся уже в эпоху освоения космоса, книги о Солнечной системе, вышедшие до 1957 г., зачастую приводят в состояние шока. Как мало старшее поколение знало, не имея даже представления об огромных вулканах и каньонах Марса, по сравнению с которыми гора Эверест кажется лесным муравейником, а Большой каньон похож на кювет у обочины. Возможно, ранее считали, что под облаками Венеры могут скрываться роскошные влажные джунгли, или бескрайняя сухая пустыня, или бурлящий океан, или огромные смоляные болота — все, что угодно, но только не то, что оказалось на самом деле: огромные вулканические поля — сцены Ноева потопа из застывшей магмы. Вид Сатурна ранее представлялся унылым: два расплывчатых кольца, тогда как сегодня мы можем любоваться сотнями и тысячами изящных колечек. Спутники планет-гигантов были пятнами, а не фантастическими ландшафтами с метановыми озерами и пылевыми гейзерами.
В те годы все планеты выглядели как малые островки света, а Земля казалась гораздо больше, чем сегодня. Никто и никогда не видел нашу планету со стороны: голубой мрамор на черном бархате, покрытый тонким слоем воды и воздуха. Никто не знал, что Луна была обязана своим рождением удару, или что гибель динозавров произошла единовременно. Никто до конца не понимал, как человечество может полностью изменить окружающую среду на всей планете. Кроме того, космическая эра обогатила нас знаниями о природе и открыла новые перспективы.
С момента запуска спутника в исследованиях планет несколько раз случались взлеты и падения. Например, в 1980-е гг. работы почти застопорились. Сегодня десятки зондов различных стран бороздят Солнечную систему — от Меркурия до Плутона. Но бюджет урезают, расходы растут и не всегда приводят к нужному результату, что бросает тень на NASA. В настоящее время агентство переживает далеко не лучший период своей истории с тех пор, как 35 лет назад Никсон закрыл программу «Аполлон».
«Специалисты NASA продолжают поиск приоритетных направлений, по которым будут проводиться исследования, — говорит Энтони Джанетос (Anthony Janetos ) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, член Национального исследовательского совета (NRC), курирующего программу NASA по наблюдению Земли. — Они исследуют космос? Они изучают человека или занимаются чистой наукой? Они рвутся к галактикам или ограничиваются Солнечной системой? Их интересуют шаттлы и космические станции или только природа нашей планеты?»
В принципе, такое развитие событий должно дать плоды. Должны возродиться не только программы с использованием автоматических зондов, но и пилотируемые космические полеты. Президент Джордж Буш определил в 2004 г. цель — ступить на поверхность Луны и Марса. Несмотря на всю спорность этой затеи, в NASA за нее ухватились. Но трудность состояла в том, что все это быстро превратилось в нефинансируемое поручение и заставило агентство пробивать стену, традиционно «защищающую» научные и пилотируемые программы от перерасхода средств. «Я полагаю, все знают, что у агентства недостаточно денег для проведения всех необходимых работ, — говорит Билл Клейбо (Bill Claybaugh ), директор отдела исследований и анализа NASA. — На космические агентства других стран деньги тоже не льются золотым дождем».
NRC временами делает шаг назад и интересуется, как обстоят дела с планетными исследованиями в мире. Поэтому мы представляем список приоритетных целей.
1. Мониторинг климата Земли
В 2005 г. комиссия Национального исследовательского совета пришла к выводу: «существует риск того, что система спутников наблюдения за окружающей средой выйдет из строя». С тех пор ситуация изменилась. NASA за пять лет перебросило $600 млн с проектов исследования Земли на программу поддержки шаттлов и космической станции. В то же время развитие новой национальной системы спутников на полярных орбитах для наблюдения Земли превысило бюджет и должно быть урезано. Это касается приборов, исследующих глобальное потепление, измеряющих падающее на Землю солнечное излучение и отражающиеся от поверхности Земли инфракрасные лучи.
В результате более 20 спутников Системы наблюдения Земли закончат функционировать еще до того, как им на смену придут новые аппараты. Ученые и инженеры надеются, что смогут некоторое время поддерживать их в рабочем состоянии. «Мы готовы работать, но сейчас нам нужен план, — утверждает Роберт Кахалан (Robert Cahalan ), руководитель отдела климата и излучения Годдардовского центра космических полетов NASA. — Нельзя ждать, пока они сломаются».
Если спутники перестанут функционировать до того, как им придет замена, то возникнет пробел в поступлении данных, затрудняющий отслеживание изменений. Например, если аппараты следующего поколения заметят, что Солнце стало ярче, то трудно будет понять, действительно ли это так, или неверно откалиброваны приборы. Если не будут проводиться непрерывные наблюдения со спутников, данный вопрос не решить. Наблюдения поверхности Земли со спутников Landsat , проводившиеся с 1972 г., уже несколько лет как прекращены, и Министерство сельского хозяйства США вынуждено покупать данные с индийских спутников для наблюдений за урожаем.
Комиссия NRC призывает восстановить финансирование и в будущем десятилетии запустить 17 новых аппаратов, следящих за ледовым покровом и содержанием двуокиси углерода, чтобы изучить влияние таких факторов на погоду и улучшить методы ее прогноза. К сожалению, исследование климата оказывается между рутинным наблюдением за погодой (задача NOAA) и наукой (этим занимается NASA). «Основная проблема в том, что никому не поручено заниматься мониторингом климата», — считает климатолог Дрю Шиндел (Drew Shindell ) из Годдардовского центра космических исследований NASA. Как и многие другие ученые, он полагает, что правительственные климатические программы, распределенные по разным ведомствам, должны быть собраны вместе и переданы одному управлению, которое будет заниматься только этой тематикой.
План действий
- Финансировать 17 новых спутников, предлагаемых NASA в будущем десятилетии (стоимость — около $500 млн в год).
- Основать управление по исследованию климата.
2. Подготовка защиты от астероидов
Астероидная угроза
Астероиды диаметром 10 км (убийцы динозавров) падают на землю в среднем раз в 100 млн лет. Астероиды диаметром около 1 км (глобальные разрушители) — раз в полмиллиона лет. Астероиды размером 50 м, способные разрушить город, — раз в тысячелетие.
«Обзор для космической защиты» выявил более 700 тел километрового размера, но все они не опасны для нас в ближайшие века. Однако этот обзор сможет обнаружить не более 75% таких астероидов.
Шанс, что среди необнаруженных 25% окажется астероид, который упадет на землю, мал. Средний риск составляет до 1 тыс. Погибших человек в год. Риск от астероидов меньшего размера — в среднем до 100 человек в год.
Астероид такой огромный, а космический зонд так мал... но дайте время, и даже слабая ракета сможет отклонить гигантскую скалу с ее опасной орбиты
Как и мониторинг климата, защита планеты от астероидов, по-видимому, оказалась как бы «между двумя стульями». Ни NASA, ни Европейское космическое агентство (European Space Agency , ESA) не имеют мандата на спасение человечества. Лучшее, что они сделали, — программа «Обзор для космической защиты» (Spaceguard Survey , NASA) с бюджетом $4 млн в год по поиску в околоземном пространстве тел диаметром более 1 км, которые могут причинить вред не только какому-либо региону планеты, но и Земле в целом. Однако пока никто не занимается систематическим поиском более мелких «региональных разрушителей», которых в окрестности Земли должно быть около 20 тыс. Не существует и Управления космических угроз, которое бы объявляло тревогу в случае необходимости. Если бы технология защиты существовала, понадобилось бы не менее 15 лет, чтобы обеспечить защиту от опасного вторжения. «Сейчас в США нет всеобъемлющего плана», — говорит Ларри Лемке (Larry Lemke ), инженер Эймсонского центра NASA.
На запрос Конгресса в марте 2007 г. NASA опубликовало доклад, в котором сказано, что выявление тел размером от 100 до 1000 м можно возложить на Большой обзорный телескоп (Large Sinoptic Survey Telescope , LSST), разрабатываемый для обзора неба и поиска новых объектов. Разработчики этого проекта считают, что в том виде, в каком телескоп был задуман, он сможет за 10 лет работы (2014-2024 гг.) обнаружить 80% указанных тел. При вложении в проект дополнительных $100 млн эффективность может возрасти до 90%.
Как и у всех наземных инструментов, возможности телескопа LSST ограничены. Во-первых, у него есть слепая зона: наиболее опасные объекты, движущиеся вблизи орбиты Земли немного впереди или позади нашей планеты, он может наблюдать только в лучах утренней или вечерней зари, когда солнечные лучи мешают обнаруживать их. Во-вторых, этот телескоп может определять массу астероида только косвенно — по его блеску. При этом оценка массы может различаться вдвое: большой темный астероид можно спутать с маленьким, но светлым. «А такое различие может оказаться очень важным, если нам необходима защита», — считает Клейбо.
Для решения этих проблем NASA решило построить инфракрасный космический телескоп стоимостью $500 млн и вывести его на орбиту вокруг Солнца. Он сможет фиксировать любую угрозу Земле и, наблюдая небесные тела в разных длинах волн, определять их массу с ошибкой не более 20%. «Если вы хотите все сделать правильно, то надо из космоса наблюдать в инфракрасном диапазоне», — говорит Дональд Йоманс (Donald Yeomans ) из Лаборатории реактивного движения, соавтор доклада.
Что делать, если астероид уже движется в направлении нашей планеты? Эмпирическое правило гласит: для отклонения астероида на величину радиуса Земли нужно за десять лет до столкновения изменить его скорость на миллиметр в секунду, толкая его ядерным взрывом или оттягивая гравитационным притяжением.
В 2004 г. комиссия NASA по экспедициям к околоземным объектам рекомендовала провести испытания. Согласно проекту «Дон Кихот» стоимостью $400 млн, предполагается изменить его траекторию движения за счет удара о четырехсоткилограммовое препятствие. Выброс вещества после столкновения в результате реактивного эффекта сместит направление астероида, но никто не знает, насколько сильным окажется данный эффект. Определение этого и есть главная задача проекта. Ученые должны найти тело на такой далекой орбите, чтобы случайно своим ударом не перевести его на встречный курс с Землей.
Весной 2008 г. ESA закончило предварительный проект и тут же из-за отсутствия денег положило его на полку. Для осуществления своих планов оно попробует объединить усилия с NASA и/или Японским космическим агентством (Japan Aerospace Exploration Agency , JAXA).
План действий
- Расширенный поиск астероидов, включая мелкие тела, возможно, с помощью специального космического инфракрасного телескопа.
- Эксперимент по управляемому отклонению астероида.
- Развитие официальной системы оценки потенциальной опасности.
3. Поиск новой жизни
До запуска спутника ученые считали Солнечную систему настоящим раем. Затем оптимизма поубавилось. Оказалось, что сестра Земли — сущий ад. Подлетев же к пыльному Марсу, «Маринеры» обнаружили, что его покрытый кратерами ландшафт похож на лунный; сев на его поверхность, «Викинги» не смогли найти ни одной органической молекулы. Но позже обнаружились места, пригодные для жизни. Все еще подает надежды Марс. Спутники планет, особенно Европа и Энцелад, видимо, обладают большими подповерхностными морями и огромным количеством исходного вещества для формирования жизни. Даже Венера могла быть когда-то покрыта океаном. На Марсе NASA ищет не сами организмы, а следы их существования в прошлом или настоящем, ориентируясь на наличие воды. Последний зонд «Феникс», запущенный в августе, должен в 2008 г. сесть в неизученной северной полярной области. Это не марсоход, а стационарный аппарат с манипулятором, способным разрыть почву вглубь на несколько сантиметров для поиска отложений льда. Готовится к полету и «Марсианская научная лаборатория» (Mars Science Laboratory , MSL) стоимостью $1,5 млрд — марсоход размером с автомобиль, который должен быть запущен в конце 2009 г. и совершить посадку через год.
Но постепенно ученые вернутся к прямому поиску живых организмов или их остатков. В 2013 г. ESA планирует запустить зонд «ЭкзоМарс» (ExoMars ), оснащенный такой же лабораторией, как у «Викингов», и буром, способным углубиться в грунт на 2 м — достаточно, чтобы достичь слоев, где не разрушаются органические соединения.
Многие специалисты по планетам считают приоритетным направлением изучение породы, доставленной с Марса на Землю. Анализ даже небольшого ее количества даст возможность глубоко проникнуть в историю планеты, как это сделала программа «Аполлон» в отношении Луны. Проблемы с бюджетом NASA отодвинули многомиллиардный проект к 2024 г., но Агентство уже приступило к модернизации аппарата MSL, чтобы он мог сохранить образцы коллекции.
Что касается спутника Юпитера — Европы, то ученые также хотели бы иметь орбитальный аппарат, чтобы измерить, как форма и гравитационное поле спутника откликаются на приливное влияние со стороны Юпитера. Если внутри спутника жидкость, его поверхность будет подниматься и опускаться на 30 м, а если нет — всего на 1 м. Магнитометр и радар помогут заглянуть под поверхность и, возможно, нащупать океан, а фотокамеры позволят составить карту поверхности для подготовки к посадке и бурению.
Естественным продолжением работы «Кассини» вблизи Титана были бы орбитальный и посадочный аппараты. Атмосфера Титана похожа на земную, что позволяет использовать аэростат с горячим воздухом, который время от времени сможет опускаться на поверхность и брать образцы. Целью всего этого, указывает Джонатан Лунин (Jonatan Lunine ) из Аризонского университета, стал бы «анализ находящейся на поверхности органики, чтобы проверить, происходит ли продвижение в самоорганизации вещества, с которого, как думают многие специалисты, началось зарождение жизни на Земле».
В январе 2007 г. NASA приступало к рассмотрению этих проектов. Агентство планирует в 2008 г. сделать выбор между Европой и Титаном. Зонд стоимостью $2 млрд, возможно, будет запущен уже в ближайшие десять лет. Второму небесному телу придется ждать еще лет десять.
В конце концов, может оказаться, что земная жизнь уникальна. Это было бы печально, но вовсе не означало бы, что все усилия затрачены впустую. По словам Брюса Якоски (Bruce Jacosky ), директора Астробиологического центра Колорадского университета, астробиология позволяет понять, насколько разнообразной может быть жизнь, каковы ее предпосылки, и как она зарождалась на нашей планете 4 млрд лет назад.
План действий
- Получение образцов марсианского грунта.
- Подготовка к исследованию Европы и Титана.
4. Разгадка происхождения планет
Как и зарождение жизни, формирование планет было сложным, многоступенчатым процессом. Юпитер был первым и затем управлял другими. Как долго шло это образование? Или он зародился в едином гравитационном сжатии, как малая звезда? Сформировался ли он вдали от Солнца и затем приблизился к нему, как об этом свидетельствует аномально высокое содержание в нем тяжелых элементов? И мог ли он при этом расталкивать на своем пути небольшие планеты? Спутник Юпитера «Юнона», который NASA собирается запустить в 2011 г., должен помочь ответить на эти вопросы.
Разобраться с формированием планет помогло бы и развитие идеи зонда «Стардаст», который в 2006 г. доставил образцы пыли из комы, окружающей твердое ядро кометы. По словам руководителя проекта Дональда Браунли (Donald Brownlee ) из Вашингтонского университета, «Стардаст» показал, что кометы были колоссальными сборщиками вещества протосолнечной туманности на ранней стадии формирования Солнечной системы, которое застыло во льду и сохранилось до наших дней. «Стардаст» доставил замечательные пылинки из внутренней области Солнечной системы, из внесолнечных источников и, по-видимому, даже из разрушенных объектов типа Плутона, но их очень мало». JAXA планирует получить образцы из ядер комет.
Площадкой для астроархеологических исследования может стать и Луна. Она была своеобразным Розеттским камнем для понимания истории столкновений в молодой Солнечной системе, поскольку помогла связать относительный возраст поверхности, определенный путем подсчета кратеров, с абсолютной датировкой образцов, доставленных «Аполлоном» и российской «Луной». Но в 1960-е гг. посадочные аппараты посетили лишь несколько мест. Они не добрались до кратера Эйткен — бассейна величиной с континент на обратной стороне, возраст которого может указывать время окончания формирования планет. NASA сейчас решает вопрос о посылке туда робота, чтобы он взял образцы и доставил их на Землю.
Еще одна загадка Солнечной системы заключается в том, что астероиды Главного пояса, по-видимому, возникли до появления Марса, который, в свою очередь, сформировался раньше Земли. Похоже, что волна формирования планет шла внутрь, вероятно, спровоцированная Юпитером. Но вписывается ли Венера в эту закономерность? Ведь эта планета с ее кислотными облаками, огромным давлением и адской температурой — не самое приятное место для посадки. В 2004 г. NRC рекомендовал забросить туда аэростат, который сможет на короткое время опуститься на поверхность, взять образцы, а затем набрать необходимую высоту, чтобы проанализировать их или отправить на Землю. В середине 1980-х гг. Советский Союз уже посылал на Венеру космические аппараты, а сейчас Российское космическое агентство планирует запуск нового спускаемого аппарата.
Изучение формирования планет в некоторой степени похоже на исследования происхождения жизни. Венера расположена на внутреннем краю зоны жизни, Марс — на внешнем, а Земля — посередине. Понять различие между этими планетами значит продвинуться в поисках жизни вне Солнечной системы.
План действий
- Получить образцы вещества с ядер комет, Луны и Венеры.
5. За переделом Солнечной системы
Два года назад легендарные «Вояджеры» преодолели финансовый кризис. Когда NASA объявило, что собирается закрыть проект, протесты общественности вынудили их продолжить работу. Ничто из созданного руками человека не удалялось от нас настолько, как «Вояджер-1»: на 103 астрономических единицы (а.е.), т. е. в 103 раза дальше, чем Земля от Солнца, и каждый год к этому добавляется по 3,6 а.е. В 2002 или 2004 г. (по разным оценкам) он достиг загадочной многослойной границы Солнечной системы, где частицы солнечного ветра сталкиваются с потоком межзвездного газа.
Но «Вояджеры» были созданы для изучения внешних планет, а не межзвездного пространства. Их плутониевые источники энергии иссякают. Уже давно в NASA думают создать специальный зонд, и доклад NRC по солнечной физике от 2004 г. советует агентству начать работу в данном направлении.
Внешние границы
Межзвездный зонд должен исследовать приграничную область Солнечной системы, где газ, выброшенный Солнцем, встречается с межзвездным газом. Он должен иметь скорость, долговечность и оснащение, которых нет у «Вояджеров» и «Пионеров»
Зонд должен измерить содержание аминокислот в межзвездных частицах, чтобы определить, сколько сложного органического вещества попало в Солнечную систему извне. Ему также необходимо найти частицы антивещества, которые могли родиться в миниатюрных черных дырах или темном веществе. Он должен определить, как граница Солнечной системы отражает вещество, включая космические лучи, способные влиять на земной климат. Еще ему надо выяснить, присутствует ли в окружающем нас межзвездном пространстве магнитное поле, которое может играть важную роль в формировании звезд. Этот зонд можно использовать как миниатюрный космический телескоп для проведения космологических наблюдений, свободных от влияния межпланетной пыли. Он помог бы изучить так называемую аномалию «Пионеров» — необъяснимую силу, действующую на два далеких космических зонда «Пионер-10» и «Пионер-11», а также проверить общую теорию относительности Эйнштейна, указав, где гравитация Солнца собирает лучи света далеких источников в фокус. С его помощью можно было бы детально изучить одну из ближайших звезд, например эпсилон Эридана, хотя чтобы добраться туда, потребуются десятки тысяч лет.
Чтобы достичь небесного тела на расстоянии сотен астрономических единиц за время жизни ученого (и плутониевого источника энергии), нужно разогнаться до скорости 15 а.е. в год. Для этого можно использовать один из трех вариантов — тяжелый, средний или легкий, соответственно, с ионным двигателем, питающимся от ядерного реактора, либо солнечный парус.
Тяжелый (36 т) и средний (1 т) зонды были разработаны в 2005 г. командами под руководством Томаса Цурбухена (Tomas Zurbuchen ) из Мичиганского университета в Анн-Арборе и Ральфа Макнатта (Ralph McNutt ) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Но более приемлемым для запуска выглядит самый легкий вариант. ESA рассматривает сейчас предложение международной команды ученых под руководством Роберта Виммер-Швайнгрубера (Robert Wimmer-Schweingruber ) из университета в Киле, Германия. К этому проекту может присоединиться и NASA.
Солнечный парус диаметром 200 м сможет разогнать пятисоткилограммовый зонд. После запуска с Земли он должен устремиться к Солнцу и пройти как можно ближе к нему (внутри орбиты Меркурия), чтобы поймать мощный напор солнечного света. Как спортсмен-виндсерфингист, космический корабль будет двигаться галсами. Перед орбитой Юпитера он должен сбросить парус и полететь свободно. Но прежде инженеры должны разработать достаточно легкий парус и испытать его в упрощенном варианте.
«Такой полет под эгидой ESA или NASA будет следующим логическим шагом в исследовании космоса», — считает Виммер-Швайнгрубер. На ближайшие 30 лет затраты на этот проект оцениваются в $2 млрд. Исследование планет поможет нам понять, насколько Земля вписывается в общую схему, а изучение наших межзвездных окрестностей позволит выяснить то же самое в отношении всей Солнечной системы.
Во второй половине XX в. человечество ступило на порог Вселенной - вышло в космическое пространство. Дорогу в космос открыла наша Родина. Первый искусственный спутник Земли, открывший космическую эру, запущен бывшим Советским Союзом, первый космонавт мира - гражданин бывшего СССР.
Космонавтика - это громадный катализатор современной науки и техники, ставший за невиданно короткий срок одним из главный рычагов современного мирового процесса. Она стимулирует развитие электроники, машиностроения, материаловедения, вычислительной техники, энергетики и многих других областей народного хозяйства.
В научном плане человечество стремится найти в космосе ответ на такие принципиальные вопросы, как строение и эволюция Вселенной, образование Солнечной системы, происхождение и пути развития жизни. От гипотез о природе планет и строении космоса, люди перешли к всестороннему и непосредственному изучению небесных тел и межпланетного пространства с помощью ракетно-космической техники.
В освоении космоса человечеству предстоит изучит различные области космического пространства: Луну, другие планеты и межпланетное пространство.
Легендарная Тридцатка, маршрут
Через горы к морю с легким рюкзаком. Маршрут 30 проходит через знаменитый Фишт – это один из самых грандиозных и значимых памятников природы России, самые близкие к Москве высокие горы. Туристы налегке проходят все ландшафтные и климатические зоны страны от предгорий до субтропиков, ночёвки в приютах.
Материал из Юнциклопедии
Не так много лет минуло со дня запуска в 1957 г. первого искусственного спутника Земли, но за этот короткий срок космические исследования сумели занять одно из ведущих мест в мировой науке. Ощутив себя гражданином Вселенной, человек, естественно, захотел лучше узнать свой мир и его окружение.
Уже первый спутник передал ценную информацию о свойствах верхних слоев атмосферы Земли, об особенностях прохождения радиоволн через ионосферу. Второй спутник положил начало целому научному направлению - космической биологии: на его борту в космос впервые отправилось живое существо - собака Лайка. Третий орбитальный полет советского аппарата снова посвящался Земле - исследованию ее атмосферы, магнитного поля, взаимодействия воздушной оболочки с солнечным излучением, метеорной обстановки вокруг планеты.
После первых запусков стало ясно, что исследование космоса должно вестись целенаправленно, по долгосрочным научным программам. В 1962 г. в Советском Союзе начались запуски автоматических спутников серии «Космос», число которых в настоящее время приближается уже к 2 тыс. Спутники «Космос» выводятся на близкие и далекие от Земли орбиты, оснащаются научными приборами для изучения ближайших окрестностей планеты и многообразных явлений в верхней атмосфере и околоземном космическом пространстве.
Спутники «Электрон» и орбитальные автоматические обсерватории «Прогноз» рассказали о Солнце и его определяющем влиянии на земную жизнь. Изучая наше светило, мы постигаем также тайны далеких звезд, знакомимся с работой естественного термоядерного реактора, построить который на Земле пока не удается. Из космоса увидели и «невидимое солнце» - его «портрет» в ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучах, которые не доходят до поверхности Земли из-за непрозрачности атмосферы в этих участках спектра электромагнитных волн. Кроме спутников-автоматов длительные исследования Солнца вели советские и американские космонавты на орбитальных космических станциях.
Благодаря исследованиям из космоса мы лучше узнали состав, строение и свойства верхних слоев атмосферы и ионосферы Земли, зависимость их от солнечной активности, что позволило повысить надежность прогноза погоды и условий радиосвязи.
«Космический глаз» позволил не только по-новому оценить «внешние данные» нашей планеты, но и заглянуть в ее недра. С орбит лучше обнаруживаются геологические структуры, прослеживаются закономерности строения земной коры и размещения нужных человеку минералов.
Спутники позволяют в считанные минуты просмотреть и огромные акватории, передать их снимки специалистам-океанологам. С орбит получают информацию о направлениях и скорости ветров, зонах зарождения циклонических вихрей.
С 1959 г. началось изучение спутника Земли - Луны - с помощью советских автоматических станций. Станция «Луна-3», облетев Луну, впервые сфотографировала ее обратную сторону; «Луна-9» осуществила мягкую посадку на спутник Земли. Чтобы иметь более ясное представление о всей Луне, необходимы были длительные наблюдения с орбит ее искусственных спутников. Первый из них - советская станция «Луна-10» - был запущен в 1966 г. Осенью 1970 г. к Луне ушла станция «Луна-16», которая, вернувшись на Землю, привезла с собой образцы пород лунного грунта. Но только длительные систематические исследования лунной поверхности могли помочь селенологам разобраться в происхождении и строении нашего естественного спутника. Такую возможность вскоре предоставили им самоходные советские научные лаборатории - луноходы. Результаты космических исследований Луны предоставили новые данные и об истории происхождения Земли.
Характерные особенности советской программы изучения планет - планомерность, последовательность, постепенное усложнение решаемых задач - особенно ярко проявились в исследованиях Венеры. Два последних десятилетия принесли больше сведений об этой планете, чем весь предыдущий более чем трехвековой период ее изучения. При этом значительная часть информации добыта советской наукой и техникой. Спускаемые аппараты автоматических межпланетных станций «Венера» не раз совершали посадки на поверхность планеты, зондировали ее атмосферу и облака. Советские станции стали и первыми искусственными спутниками Венеры.
Начиная с 1962 г. производится запуск советских автоматических межпланетных станций к планете Марс.
Космонавтика изучает и более удаленные от Земли планеты. Сегодня можно рассматривать телевизионные изображения поверхности Меркурия, Юпитера, Сатурна и их спутников.
Астрономы, получившие в свое распоряжение космическую технику, естественно, не ограничились изучением лишь Солнечной системы. Их приборы, вынесенные за пределы атмосферы, непрозрачной для коротковолновых космических излучений, нацелились в сторону других звезд и галактик.
Идущие от них невидимые лучи - радиоволны, ультрафиолетовое и инфракрасное, рентгеновское и гамма-излучение - несут ценнейшую информацию о том, что происходит в глубинах Вселенной (см. Астрофизика).
