В золотой век космонавтики, в самый разгар космической гонки в 1950-1970-х годах, беспрецедентный технологический рывок человечества прямо в космическое пространство сопровождался соответственным взлетом инженерной мысли. Идей о том, как нам на практике стоит осваивать космос, идей красивых, масштабных и далеко не всегда утопичных, тогда появилось множество; свое развитие получили и грандиозные замыслы более раннего прошлого.
Реализованы из них были скромные единицы. Астрономические проекты то ли оказывались неосуществимыми для тогдашнего уровня развития технологий, то ли слишком дорогими для бюджетов обеих сверхдержав вместе взятых. Однако маховик космического романтизма так просто не остановить: подняла голову мечтательная дочь науки – футурология, которая и продолжила транслировать в массы все новые концепты прекрасного будущего человека в космосе. Помогали ей в этом и авторы научной фантастики.
Naked Science решил рассказать о некоторых мегапроектах, которые будоражили умы людей на заре космической эпохи, и которые, возможно, все-таки воплотятся в непредсказуемой реальности будущих поколений.
Звездные машины
В 1964 году советский астрофизик Николай Кардашев предложил критерий, по которому можно было бы объективно определить технологический уровень развития той или иной цивилизации. Так появилась известная по обе стороны Атлантики шкала Кардашева, в основе которой лежит степень распоряжения энергетическими ресурсами космоса.
Согласно шкале, внеземные цивилизации можно разделить на три типа. Цивилизация I типа использует все ресурсы своей планеты; представители цивилизации II типа способны направить в нужное русло всю энергию, которую излучает звезда в их планетной системе; а цивилизация III типа способна управиться с энергией целой галактики.
Наша цивилизация, очевидно, приближается лишь к первому типу. Однако если энергетическая экспансия – действительно локомотив, который неизбежно движет цивилизацию вперед, то есть если это наше объективное будущее, то почему бы не помечтать, как практически можно собрать энергию, скажем, целой звезды?
Так была рождена концепция звездных машин – мегаконструкций астрономических масштабов, которые могли бы ловить излучение сразу всей поверхности Солнца для выработки энергии на нужды человечества.
Музыка небесных сфер, колец и пузырей
Ярким представителем звездной машины является Сфера Дайсона – гипотетическая шаровидная структура размером с планетарную орбиту, в центре которой находится Солнце. Она представляет собой тонкую оболочку, внутренняя сторона которой впитывает энергию звезды, а внешняя подготовлена для заселения. В каком-то роде это гигантская и искусственная полая планета, предназначенная для совсем уж плодовитых цивилизаций (по расчетам Дайсона, до 1 квадриллиона человек).
Популяризировал идею Сферы американский физик-теоретик Фриман Дайсон (сам, в свою очередь, частично позаимствовал ее из романа «Создатель звезд» Олафа Стэплдона), за что снискал невиданную цитируемость в произведениях писателей-фантастов, а также критику со стороны научного сообщества: идею Дайсона разгромили расчетами, по которым Сфера в реальности была бы неминуемо разрушена разностью в центробежной силе на ее полюсах и экваторе.
На этом, однако, концепция Сферы не умерла, но получила свое развитие в виде разных модификаций. Одни предлагали изменить ее форму – сделать Сферу более вытянутой к полюсам, а также добавить на них отверстия, чтобы избежать разрушения; другие предлагали окружить звезду отдельными автономными спутниками в виде «Роя Дайсона» или «Пузыря Дайсона», в зависимости от взаимного расположения спутников; третьи предлагали полностью отказаться от сферической формы и ограничиться своеобразными поясами-кольцами, окружающими звезду.
Теоретическая конструкция Сферы Дайсона радиусом в 1 астрономическую единицу
©Wikimedia Commons
Двигатель всех двигателей
К разновидности Сферы Дайсона также можно отнести еще один гипотетический тип звездных машин – «Двигатель Шкадова», названный в честь разработавшего его концепцию советского ученого Леонида Шкадова. Двигатель позволяет, ни много ни мало, переместить целую планетную систему в нужном направлении при нулевых энергетических затратах.
Такого, казалось бы, фантастического эффекта в стиле пресловутого вечного двигателя позволяет достичь довольно простая конструкция: достаточно разместить рядом с Солнцем гигантское зеркало, световое давление на которое компенсировалось бы гравитационным притяжением звезды. Таким образом, излучение поверхности Солнца станет ассиметричным, и звезда – а вместе с ней и гравитационно привязанные к ней планеты, включая Землю – начнет неспешное движение с ускорением в сторону зеркала-двигателя, и будет продолжать его до тех пор, пока в ее недрах не прекратятся термоядерные реакции, и оно не перестанет светить.
По расчетам, если зеркало будет отражать половину солнечной энергии, миллиард лет такого ускорения обеспечит Солнцу скорость в 20 км/c, и удаление от первоначальной точки на 34 тыс. световых лет – то есть более чем на треть нашей галактики.
Есть ли жизнь в космических бубликах?
Как укротитель звезд Сфера Дайсона, конечно, хороша. А что насчет ее внешней стороны, предназначенной для расселения людей? Тут Сфера пересекается с еще одним крупным направлением астроинженерной мысли, а именно «городами-бубликами» – проектами искусственных космических поселений в виде гигантских торов, или, если проще, бубликов.
Первым, кто предложил устроить космические колонии в виде тороидальных полых конструкций, обеспечивающих внутреннюю гравитацию собственным вращением, был еще Циолковский. В течение XX века учеными, писателями и футурологами было предложено множество вариантов подобных структур, одним из самых известных является «Стэнфордский тор» (на рисунке). Однако основные элементы замысла остались неизменными: тор, вращение вокруг своей оси и люди, живущие на внутренней стороне тора.
Американский писатель Ларри Нивен написал целую серию научно-фантастических книг «Мир-Кольцо», где совместил идею города-тора со Сферой Дайсона; во вселенной Нивена «бублик» построен вокруг Солнца, а его обращенная к светилу сторона использует солнечную энергию для обеспечения жизнедеятельности внутри космической колонии. За свои теоретические наработки Нивен получил одобрение не только мировой публики, но и внимание научного сообщества и самого Фримена Дайсона.
Концепция была сильно популяризирована не только в литературе. Поселения в виде торов появились в кино («Космическая Одиссея 2001 года», из последних фильмов – «Элизиум»), а потом и в видеоиграх (к примеру, в трилогии Mass Effect).
«Города-бублики», конечно, не являются проектом идеального космического поселения: критики объясняют фатальную уязвимость населенных торов такими угрозами, как астероиды и солнечная радиация.
Стэнфордский тор. Слева на рисунке можно увидеть его внешнюю часть, справа - внутреннюю, заселенную людьми. Концепт представлен студентами Стэнфордского университета в 1975 году. В более детальных версиях разработан учеными Вернером фон Брауном и Джерардом О'Нилом
©Wikimedia Commons
Двери закрываются, следующая остановка – геостационарная орбита
Самой во всех смыслах приземленной астроинженерной конструкцией является космический лифт. Суть проста: доставка полезных грузов с поверхности Земли на орбитальную станцию через подъемник, или трос, который связывает станцию с планетой. Со стороны он будет выглядеть как тонкая башня, правда, высотой в 36 тыс. км над уровнем моря.
Как и в случае с городами-торами, первым эту идею предложил еще Циолковский аж в конце XIX века, однако широко популяризирована она была только в научной фантастике, в частности, Артуром Кларком в заключительной книге его «Космической одиссеи».
Космический лифт – один из вариантов безракетной доставки грузов в космос, причем не такой фантастический, как кажется. Уже сейчас есть материал – углеродные нанотрубки – который теоретически обладает прочностью более чем достаточной, чтобы построить из него первый космический лифт.
Учитывая современные цены на доставку грузов с помощью ракет, эта технология может значительно облегчить финансовое бремя космических держав и стимулировать развитие космонавтики. К примеру, легко представить, во сколько раз дешевле станут проекты орбитальных станций или космических колоний, если их модули можно будет выводить в космос на лифте, а не по одному на ракету.
Они уже там?
Если вновь подумать о шкале Кардашева, то в голову приходит очевидная мысль: если развитым цивилизациям приходится обуздывать энергию своих звезд или окружать их гигантскими орбитальными городами, то почему бы не изучить космос в поисках следов подобных конструкций? Вдруг их уже построил кто-то другой?
Действительно, выискивание проявлений астроинженерной деятельности в космическом пространстве – одно из основных направлений в поиске внеземных цивилизаций. Когда Фримен Дайсон впервые описывал уже известную нам Сферу, он не поленился упомянуть, что подобная мегаструктура должна излучать в специфическом инфракрасном диапазоне, и если настроить радиотелескопы определенным образом, ее можно найти.
Члены американского проекта по поиску внеземного разума SETI серьезно восприняли рекомендации Дайсона и регулярно изучают данные, получаемые с радиотелескопов. Одно из крупнейших подобных исследований было проведено в 2004 году Фермилабом. Ученые проанализировали панорамные снимки всего неба, полученные инфракрасным космическим телескопом IRAS, и обнаружили 17 кандидатов на Сферу. Авторы анализа, впрочем, настаивают, что кандидаты получились довольно «слабые». Аналогичное исследование 2012 года также не привело к значительным результатам.
Карта Вселенной, на которой по результатам работы аппарата IRAS были отмечены наиболее подходящие на роль Сферы Дайсона объекты (красным цветом, совсем никудышные претенденты - синим)
©Fermilab
В поисках астроинженерных конструкций заинтересована и Россия. К 2016 году планируется разработать, а к 2018 году – запустить в космос российский космический комплекс астрофизических исследований Спектр-М (Миллиметрон), который, помимо прочего, сможет делать снимки в инфракрасном диапазоне. Среди предполагаемых направлений будущих исследований официально значится «поиск наличия внеземной астроинженерной деятельности в Галактике и во Вселенной».
Пока что можно сказать, что астроинженерия внеземных цивилизаций все еще остается неразличимой для современной науки и технологий. Означает ли это, что мы все-таки одни во Вселенной? Определенно ответить невозможно.
«Предположим, что некий астроинженер «подключил» текст «Гамлета» к мощной звезде через соответствующие кодирующие устройства. Затем этот инженер, а также все разумные существа в космосе умерли. Кодирующее устройство «читает» «Гамлета», то есть превращает его текст – буква за буквой – в импульсы, вызывающие строго определенные изменения в звезде. Звезда, выбрасывая протуберанцы, сокращаясь и расширяясь, передает «Гамлета» своими огненными пульсациями… Можно предположить, что излучение, посылаемое звездой при «передаче» сцены убийства Полония, вызывает взрывы соседних звезд. Пусть в результате взрывов вокруг этих звезд возникают планеты, и пусть к моменту смерти Гамлета на этих планетах появляются зачатки жизни: передаваемые звездой в виде очень жесткого излучения последние сцены трагедии увеличивают частоту мутаций в наследственной плазме этих живых существ, из которых со временем образуются первообезьяны» – писал Станислав Лем в «Сумме Технологии».
Перспективы того, что мы можем найти в своих поисках, бесконечно прекрасны. Не правда ли?
