Лунные тайны: почему спутник так важен для земли?
Луна — естественный спутник нашей планеты. Ее влияние настолько велико, что астрономы часто говорят о связке «Земля-Луна» не как о планете и спутнике, а как о двойной планете. До сих пор не утихают споры о ее происхождении. Попробуем в них разобраться.
Что за странная «планета»?
Луна влияет почти на все сферы жизни на Земле, и история человеческой цивилизации не была исключением. Еще охотники на мамонтов вели счет дней по фазам Луны. Для первых цивилизаций спутник Земли был божеством, во власти которого находилось самое важное — сельскохозяйственный цикл. В большинстве древних цивилизаций Луну считали могущественной богиней, которой возводили храмы и приносили жертвы (иногда человеческие). Затмения Луны вызывали ужас — божество в гневе закрыло свой лик, грядут бедствия! В Средние века Луну считали местом обитания ангелов, в эпоху Просвещения предавались мечтам о расе селенитов, живущей на ночном светиле. Научный прогресс быстро разрушил эти наивные представления. Луна оказалась малой планетой, безжизненной и малопривлекательной (с человеческой точки зрения). Но также выяснилось, что влияние нашего спутника на процессы, происходящие на Земле, очень велико — вероятно, без Луны на Земле не могла бы существовать биосфера, и наша планета была бы похожа на Марс или Венеру. Ведь именно наличие Луны определяет важнейший климатический параметр — наклон оси вращения планеты по отношению к плоскости ее орбиты, определяющий характер смены времен года.
Из законов небесной механики известно, что наклон оси вращения планет подвержен колебаниям, примером чему является наш сосед Марс. Как показывают выполненные астрономами расчеты, угол между экватором Марса и плоскостью его орбиты значительно менялся. А ведь поверхность Красной планеты содержит многочисленные признаки иного прошлого — русла, протоки, осадочные породы (следы древних морей!). В далеком прошлом климат планеты был теплее, и на ее поверхности существовала жидкая вода, а возможно, жизнь. Но произошла какая-то катастрофа, и Марс превратился в ледяную пустыню. Исследования показывают, что наиболее вероятной причиной «замораживания» Марса было изменение угла наклона марсианской оси. Для Земли даже ничтожное изменение угла наклона оси к плоскости эклиптики (на величину порядка градуса) может обеспечить ледниковый период. Между тем Марс поворачивался на десятки градусов, поэтому грандиозные климатические катастрофы на нем были неизбежны. А вот у Земли угол наклона оси относительно плоскости орбиты варьировался не более чем на один-два градуса, что обеспечивало поразительную (по меркам иных планет) стабильность климата. Возникает естественный вопрос — а в чем причина уникальной устойчивости нашей планеты?
Как Луна нам помогает
Большинство ученых полагает, что за стабильность земного вращения (и, соответственно, климата) мы должны благодарить Луну — именно благодаря ей хаотические колебания угла наклона Земле не грозят. Гипотетическое отсутствие у Земли крупного спутника создало бы условия для очень сильных колебаний угла между экватором и орбитой, что сделало бы климат на Земле непригодным для жизни.
Благотворная роль Луны этим не ограничилась, способствуя появлению жизни: она вызывала приливы, способствовавшие аэрации морей. Возможно, даже сама жизнь впервые зародилась в приливной зоне! Движение Луны по небу влияет на жизненные циклы многих организмов — ярким примером служат мечехвосты (морские членистоногие, отдаленно родственные ракам и крабам), которые метают икру только при определенной фазе Луны.
Она, несомненно, повлияла и на историю человечества. Как идеальный небесный хронометр, спутник Земли значительно ускорил появление первых календарей. Наблюдения за Луной (самым близким небесным телом) сыграли огромную роль в развитии астрономии. Из них античные ученые сделали вывод о шарообразности планет, а движение Луны и его связь с морскими приливами позволили в XVII веке сформулировать законы всемирного тяготения.
Позднее наблюдения за Луной способствовали развитию науки о планетах — ведь ни одна другая планета (кроме Земли) не была исследована столь подробно! Впрочем, по мере накопления знаний о Луне вставал ряд вопросов. Самой большой тайной оставалось происхождение Луны — гипотез возникновения ночного светила было выдвинуто множество, но ни одна из них не могла объяснить все факты. Каковы основные особенности нашего спутника, которые вызывали такие сложности у ученых?
Перечислим основные из них:
- средняя плотность Луны намного меньше средней плотности Земли, так как у Луны очень маленькое ядро (если у Земли оно около 30% массы планеты, то у Луны — не больше 2—3%);
- на Луне повышено содержание тяжелых элементов (торий, уран, титан);
- а вот соотношение изотопов кислорода в земной и лунной коре практически одинаково (а ведь у разных планет и метеоритов из разных уголков Солнечной системы оно весьма сильно различается);
- лунная кора намного толще земной, что предположительно свидетельствует о том, что все слагающее ее вещество было когда-то расплавлено (а вот Земля, как считается, полностью расплавленной никогда не была);
- наконец, плоскость орбиты Луны не совпадает с экваториальной плоскостью Земли.
Среди многочисленных предположений о механизме происхождения нашего спутника три гипотезы в разное время снискали наибольшую популярность среди ученых. Расскажем и о них.
Гипотезы происхождения Луны
Согласно одной из этих гипотез, наша спутница когда-то была «самостоятельной» малой планетой Солнечной системы, вращавшейся вокруг Солнца. Однако в какой-то момент вольная Луна подошла к Земле слишком близко — и сила притяжения захватила ее и перевела на новую орбиту, где Луне суждено было вращаться вокруг нашей планеты в качестве спутника.
Увы, расчеты показали, что эта гипотеза не может объяснить особенности лунной орбиты, а обнаруженное после полетов на Луну сходство элементов земной и лунной коры поставило на версии «захвата» жирный крест. Другой популярной гипотезой было предположение о совместном формировании Земли и Луны (эту гипотезу выдвинул великий Иммануил Кант). В соответствии с ней, Луна и Земля сформировались одновременно — из одного газопылевого облака. Зародившаяся прото-Земля набрала такую массу, что частички облака начали вращаться уже по своим орбитам вокруг нее, постепенно образовав прото-Луну.
Эту гипотезу отчасти подтверждает сходство изотопов Земли и Луны, но данная модель совершенно не объясняет особенности лунной орбиты.
Чтобы объяснить эти противоречия, американские астрономы Билл Хартманн и Дональде Дэвис в 1975 году выдвинули импактную (т. е. «ударную») гипотезу, которая в настоящее время считается основной. Согласно ей, когда Солнечная система только зарождалась, из газопылевого облака, вращающегося вокруг Солнца, на орбите будущей Земли образовались сразу две протопланеты — одной из них была молодая Земля, а другая (она была меньше, размером примерно с Марс) получила имя Тейя. Под действием притяжения планеты начали сближаться, и 4,4 млрд лет назад наконец произошла грандиозная катастрофа — столкновение планет. Удар, к счастью, пришелся по касательной. Тейя была уничтожена, а расплавленные земные недра от удара выплеснуло на околоземную орбиту. Из этого вещества примерно за сто лет сформировалась Луна. Удар раскрутил Землю — вот откуда быстрая (в сравнении, например, с Венерой) смена дней и ночей. Эта гипотеза хорошо объясняет и наклон лунной орбиты, и сходство изотопов кислорода на Земле и на Луне, и странное внутреннее строение Луны. Однако новые исследования, опубликованные в журнале Nature, наносят смертельный удар по этим взглядам.
Проведя детальное исследование образцов лунных пород, добытых экспедициями кораблей серии «Аполлон» в 70-е годы XX века, специалисты из Вашингтонского университета вынесли отрицательный вердикт импактной гипотезе: «Если бы старая теория была верна, то больше половины лунных пород состояли бы из материала ударившего Землю планетоида. Но вместо этого мы видим, что изотопный состав фрагментов Луны весьма специфичен. Тяжелые изотопы калия, найденные в образцах, могли сформироваться только под воздействием невероятно высоких температур. Лишь очень мощное столкновение, при котором планетоид и большая часть Земли испарились бы при контакте, может вызвать подобный эффект».
В результате ученые предложили новую теорию: вместо колоссального столкновения планет были множественные столкновения с меньшими астероидами. Астероидная бомбардировка «выкинула» на орбиту Земли достаточно обломков, чтобы сформировать несколько маленьких спутников, которые со временем слились в один большой. Эта «Протолуна» продолжила поглощать объекты на орбите, пока не осталась в гордом одиночестве.
Авторы исследования утверждают, что их гипотеза лучше всего соответствует полученным данным. Однако немедленно нашлись скептики, которые указали, что и новая гипотеза возникновения Луны объясняет далеко не все странности ночного светила. Так что точку в спорах о Луне ставить пока рано — спутник Земли по-прежнему сохраняет свою тайну…
Источник
Зачем человечеству нужна Луна?
Исследования, которые проводились в последние годы, показали, что Луна — это просто кладовая природных богатств. Например, на Южном полюсе нашего спутника обнаружены огромные запасы водяного льда. И он может очень хорошо пригодится при создании лунных баз или колоний.
На Луне обнаружены редкоземельные металлы, такие как неодим и лантан. Они широко используются при производстве смартфонов, аккумуляторов и объективов камер. Есть на Луне и множество других полезных металлов. Таких, например, как кремний, титан и алюминий.
Более того, на поверхности Луны имеются огромные запасы редкого изотопа гелия под названием «гелий-3». Его можно использовать в качестве топлива термоядерных реакторов будущего. И некоторые компании уже разрабатывают планы по разработке этого ресурса на Луне. Но каковы будут последствия, если мы захотим использовать все эти ресурсы?
Луна. Новая «золотая лихорадка»
Лунная гонка снова набирает обороты. Однако на этот раз речь идет не о соревновании двух сверхдержав, как это происходило в 1960-х годах. Сегодня в ней участвуют и другие страны. Такие, как Индия и Китай. А также частные компании, такие как SpaceX в Америке и SpaceIL в Израиле.
Эти компании очень хотят найти способ обеспечить свое долгосрочное присутствие на Луне. И они очень заинтересованы в том, чтобы добыча ресурсов на Луне имела экономическую целесообразность. Вы будете удивлены, но в международном законодательстве практически нет положений, регулирующих подобную деятельность.
Договор о Луне
Да, существует так называемый Договор о Луне. Он был открыт для подписания всеми желающими странами в 1979 году. В этом документе Луна признается «общим наследием человечества». Он вступил в силу в 1984 году. Однако ни одна крупная космическая держава его так и не ратифицировала.
В основном такая ситуация объясняется тем, что «общее наследие» подразумевает совместную собственность и справедливое распределение ресурсов. Таким образом, выручка от продажи любых ресурсов, добытых на Луне, должна была бы равномерно распределяться по всей Земле. А не храниться страной или компанией, которая их добыла. И, похоже, лишь очень немногие страны готовы отдать свою прибыль на общее благо.
В упомянутом договоре также содержится призыв к созданию международного органа, который должен управлять эксплуатацией природных ресурсов Луны. Без такого регулирования может сработать принцип «победитель получает все». И это, несомненно, приведет к некоей лунной «золотой лихорадке» между странами и компаниями, которые смогут позволить себе добывать ресурсы на Луне.
Мы могли бы добраться до Марса быстрее
По большому счету все, что нам нужно для производства ракетного топлива — это вода. Процесс, называемый «электролизом», позволяет расщеплять воду на водород и кислород. Которые потом можно использовать в качестве топлива. А если мы попытаемся долететь до Марса, нам понадобится много топлива.
Чтобы преодолеть мощное гравитационное поле нашей планеты, ракета должна развить скорость около 11 км/с. А это требует очень больших энергозатрат. А вот Луна имеет только одну шестую гравитации Земли. И поэтому топлива для разгона к Марсу нужно будет гораздо меньше. Что значительно удешевит стоимость экспедиции.
Капсула времени
Луна — это научная капсула времени. Поскольку у нее практически нет атмосферы, там не происходит выветривания или эрозии поверхности. Поверхность Луны — это 4,5 миллиарда лет чистейшей астрономической истории. Мы потеряли эту древнюю геологическую историю на Земле из-за эрозии и бесконечных изменений поверхности планеты в результате тектоники плит. На Луне мы сможем понять, как формировалась наша звездная система. И даже то, какие стадии эволюции пережило наше Солнце.
Луна спешит на помощь
Есть одна вещь, которую Луна имеет в абсолютном изобилии: пыль. И это весьма неприятная штука. Это очень абразивный материал. Поэтому он быстро изнашивает любую поверхность и повреждает уплотнения. Лунная пыль темная и чрезвычайно липкая субстанция. И поэтому сразу же покрывает все, что оказывается на поверхности Луны. К тому же она очень токсична. И представляет опасность для здоровья любого космонавта, который вдохнет ее.
Однако этот всепроникающий порошок может быть чрезвычайно полезным: его можно использовать для спасения Земли от изменения климата. В 2007 году астрофизик Кертис Струк из Университета штата Айова изучил возможность использования лунной пыли для защиты Земли от солнечного света.
Струк предложил распылять лунную пыль в определенных местах околоземной орбиты. По мнению ученого, она будет поглощать определенную часть солнечной энергии. Что позволит снизить температуру нашей планеты.
Согласитесь. Сумасшедший, но весьма оригинальный план!
Источник
Научный руководитель Института астрономии: зачем нужна Луна
Борис Шустов рассказал о лунных амбициях, их причинах и о проблеме космического мусора
Москва. 22 января. INTERFAX.RU — Вопросы космических полетов и обеспечения их безопасности становятся все более актуальными. Проблема уже не только в надежности самого космического аппарата, но и в том, как избежать столкновения с огромным количеством космического мусора. Эта проблема обсуждалась на первом в этом году заседании президиума Российской академии наук, где докладчиком был член-корреспондент РАН, научный руководитель Института астрономии Борис Шустов.
Корреспондент «Интерфакса» Вячеслав Терехов побеседовал с ним о космических полетах и о том, как избежать угрозы столкновения. Кроме того, мы не смогли не поинтересоваться и результатами исследования китайскими учеными обратной стороны Луны. Это вызывает большой интерес не только у ученых, но и у простых граждан.
Есть ли жизнь на Луне?
— Пока мы не летали в космос, мы не знали о том, что такое космический мусор. Но с развитием цивилизации эта проблема становится все более и более насущной. Так что мы сами себе устроили головную боль. Но прежде чем приступить к беседе на нашу основную тему, хотел бы затронуть вопрос, который сегодня интересует очень многих: что делают китайцы на обратной стороне Луны? Вы же помните, что последние годы, если не десятилетия, была очень распространена тема о том, кто построил на обратной стороне Луны космическое поселение? Китайцы обнаружили что-нибудь подобное? Откуда вообще пошли эти слухи?
— Сказку про Незнайку писателя Носова помните? Вот он и виноват. Конечно, это все фантазии. Но человеку хочется верить. Есть такое философское выражение «ужас бытия». Когда человек понимает, что он в этом мире гость, и как лампочка — включили-выключили и всегда перегорает — некоторых охватывает, мягко говоря, беспокойство. Как с этим жить? Вот и уходят в фантазии, в мечты. Это один из способов ухода от реальности. Как Пушкин говорил: «Ах, обмануть меня не трудно, я сам обманываться рад». Это касается не только любви!
— Но слухи, как я понимаю, идут и от астронавтов, которые якобы видели это все.
— Вы имеете в виду Базза Олдрина, который говорит, что видел что-то подобное на орбите. Здесь лучше пусть психологи свое слово скажут. У Олдрина действительно были сбои в психике после полета. Это не так просто — слетать в космос! Мой хороший коллега, товарищ, земляк, космонавт Виктор Савиных на вопрос: «Что чувствовал в космосе?» ответил: «Пойми, когда ты видишь черноту с этими звездами, то даже «тертые» люди, подготовленные космонавты испытывают стресс. Хочется верить, что ты в космосе не один».
— Хорошо, китайцы сейчас исследуют обратную сторону Луны. Что они там увидели?
— В значительной степени этот китайский эксперимент — даже не столько научно-технический, сколько демонстрационный: Китай показывает свою технологическую зрелость. Россия, конечно, космическая держава, но в жизни все динамично и сейчас наша роль уже не первая. Китай еще 10 лет назад продемонстрировал свою технологическую, военную зрелость: они разбили ракетой свой спутник на высоте 800 км — это была демонстрация. Они показали, что они могут. И они постоянно показывают свой флаг. Каждый год они делают серьезную политическую заявку: вот никто не смог, а мы сделали.
Конечно, никаких городов там они не увидели. Конечно, они провели биологические эксперименты, выращивали какие-то растения, то есть научные цели есть. Ученые смотрят, что возможно на Луне, а что нет. Это те самые детские шаги, из которых потом что-то вырастет. Если, например, поселения создавать, то нужно всю технологию иметь на месте: никаких магазинов на Луне не будет, естественно. Обратная сторона Луны действительно отличается по рельефу от видимой стороны. Это результат формирования и эволюции нашего спутника. Процессы непростые и мы пока в них еще до конца не разобрались.
China National Space Administration releases video recording of entire soft landing on moon’s far side by China’s #ChangE4 probe pic.twitter.com/bbp1ul2gq7
Чем еще важна для астрономов обратная сторона Луны? А тем, что оттуда Землю не видно. Земля, как известно, излучает радиоволны больше, чем Солнце. Если посмотреть на Землю в радиотелескоп из межзвездного пространства, то на коротких волнах (пример, в диапазоне телевещания) Земля будет ярче светить, чем даже Солнце. Астрономам это очень мешает. Это все равно, если пытаться наблюдать звезды днем через облака: шумы, рассеянный свет создают сильные помехи. У радиоастрономов есть мечта наблюдать Вселенную на сверхдлинных радиоволнах, но для этого нужно отгородиться от Земли. Вот поэтому и родилась идея разместить на обратной стороне Луны радиотелескоп. Он будет экранирован от Земли, и тогда можно будет изучать реальные излучения из космоса.
— А чья эта идея?
— У нас есть несколько авторов: у хороших идей всегда много отцов. В России эту работу продвигает Астрокосмический центр ФИАН. Но надо иметь в виду, что это очень затратная идея. На поверхности Луны надо разложить гектары приемных устройств, а для этого их нужно туда доставить. Даже, если пользоваться сверхтяжелыми носителями, которые еще разрабатываются, то даже они должны будут сделать не один полет. Так что пока это только мечта.
Зачем нужна Луна?
— Значит Луна интересует лишь как возможность «послушать космос»?
— Отнюдь нет. В лунной гонке участвуют многие страны: и США, и Индия, и Китай. Китай катается на своих «нефритовых зайцах» — у них так называются «роверы» — уже по двум сторонам Луны. Многие страны участвуют в лунной программе с очень далеким прицелом на лунные ресурсы. Дело в том, что когда-то в начале прошлого — конце позапрошлого века была золотая лихорадка. Мы все мальчишками читали Джека Лондона. Сейчас примерно такая же вещь начинается в космосе. Она, естественно, с более отдаленными перспективами и речь идет не о золоте, а о космических ресурсах. Нам кажется, что ресурсов на Земле много. Но это только кажется. Причем речь сейчас идет даже не о золоте и о нефти с газом.
Все прозаично: в каждом из гаджетов, например, много платины. А гаджетов только в России многие десятки миллионов. В то же время, по разным оценкам, платины на Земле осталось на срок от 30 до 1000 лет. Если брать пессимистичную оценку — 30 лет, то уже сейчас надо искать ее новые источники. А такого рода материалы, как платина, и другие — присутствуют в астероидах. Мы можем обнаружить их в метеоритах, упавших на Землю. А на Луне их если не залежи, то, по крайней мере, очень много, там же никто не занимался их добычей. Значит, через некоторое время платину и другие материалы будет выгодно получать там. Вот одна из практических целей лунной гонки.
Платина также присутствует во всех самых эффективных катализаторах, без которых химия не может работать: есть вещества, которые без таких катализаторв просто не синтезируются. Катализатор — это некий материал, который сам в реакции не участвует, но без него реакция не идет. Такая своеобразная молекулярная «сваха». Учитывая строение платины, на ее «гористой» электрической поверхности молекулы газа и жидкости имеют отличные условия для вступления в реакцию, и тогда вы получаете новое вещество. Без этого процесса невозможно развивать современную химию.
В России изучением роли катализа для получения новых веществ очень серьезно занимаются ученые Института катализа имени Борескова Сибирского отделения РАН.
Мы затронули только один пример — платину. А если уж говорить про другие ресурсы, то важнейшим космическим ресурсом, как ни странно, является вода. Вода, которая находится в тех же астероидах. В кометах вода тоже есть, скорее всего, кометы воду и на Землю тоже принесли. Но кометы летают слишком быстро. Нужно потратить гигантское количество топлива, чтобы, грубо говоря, ее догнать для забора оттуда воды. А с астероидами дело проще: скорости намного ниже.
— В чем разница между кометой и астероидом?
— Кометы — это тела каменисто-льдистые, то есть с большим количеством льда, а твердое вещество может присутствовать в виде пыли или каких-то мелких кусочков. Что такое «звездные дожди»? Это когда лед в комете испарился, а оставшиеся камушки — их целый рой — летят в межпланетном пространстве и, натыкаясь на Землю, сгорают в атмосфере.
Астероид более монолитный, более каменистое вещество, с меньшим содержанием льда. Но льда может не быть в чистом виде, вода может быть в виде гидратов. Есть, например, такие углистые хондриты (один из видов метеоритов — ИФ), которые могут содержать до 30% воды. Эксперименты по удалению из них воды уже проводятся. Берется вещество — углистый хондрит, помещается в термокамеру, нагревается, вода испаряется и собирается. Это своего рода подготовка для извлечения воды в космосе.
Зачем нужна вода в космосе? Не только для того, чтобы пить — бытовые вещи понятны. Самое главное в том, что вода — это топливо для двигателей межпланетных кораблей. Не сама вода, H2O, конечно, а ее составляющие. Если у вас есть энергия (в космосе солнечная), есть время, вы разлагаете воду на водород и кислород с помощью электролиза, с помощью солнечной энергии, и у вас получается два компонента – водород и кислород. При соединении получим мощный водородный двигатель. Это считается сейчас основным фактором для обеспечения возможности распространения человечества по Солнечной системе! Нужно топливо, а с собой много топлива с Земли не возьмешь — это очень дорого. Да к тому же для такой операции нужна гигантская конструкция. А вот если научиться находить воду в космосе и использовать ее, как топливо — это один из перспективных разрабатываемых методов. Можно сказать, что «золотая лихорадка» превращается в «водную».
— Получается, что астрономия — это не только фундаментальная наука, а и прикладная.
— Конечно. Вот, например, когда мы говорим о космических угрозах, прикладной аспект абсолютно очевиден. Когда нам говорят: а что вы, астрономы, людям даете, кроме этой самой романтики, которая нашу короткую нашу жизнь украшает? Мы можем перечислить массу практических нужд, которые решает астрономия.
Не мусорить в космосе!
— Теперь перейдем к теме космического мусора. Недавно было заседание Президиума РАН, на котором речь шла о космическом мусоре. Называлась даже число — 23 тысячи обломков мусора. В вашем докладе отмечалось, что космический мусор как угроза стоит на первом месте. Если мусор будет самопроизвольно размножаться в результате взаимного столкновения на орбите, то все околоземное пространство будет засорено космическими обломками. И летать просто будет невозможно. Но космическая сфера — это экономическое понятие, потому что в ее развитие вкладываются гигантские средства. Вы говорили, что оценка стоимости всех аппаратов и всех услуг, которые связаны с космической деятельностью, достигает $1 трлн.
— Все совершенно правильно. Главная угроза в космосе для полетов — это космический мусор. Он разделяется на три класса: от 0,1 до 1 см величиной, от 1 до 10 см и более 10 см. Крупных объектов более 10 см и насчитывается примерно 23 тыс. А более мелких, конечно, намного больше.
— Откуда берется этот мусор? Это космическая пыль? Остатки комет?
— И то, и другое, но есть и третье. Третье – это рукотворное. В ранние периоды космической эпохи довольно часты были просто взрывы космических аппаратов. Взрыв аппарата — это сразу огромное количество обломков. А летают они, эти обломки, с большими скоростями — 8, а то и более километров в секунду. А на этих скоростях, я могу вспомнить Высоцкого, — «на этих скоростях песчинка обретает силу пули». Как ни странно, это примерно так. Мелкая частица весом 0,01 грамма, можно сказать, пылинка, но на той скорости в космосе приобретает убойную силу 10 граммовой пули. Считается, что убийца космических аппаратов на низких орбитах — это любой обломок размером более 1 см.
— А низкая орбита — это сколько?
— По классификации — до 2 тыс. км. Но большая часть аппаратов летает на еще более низких, ниже 800 км. И здесь скорости порядка 8 км/с. Поэтому даже маленький, сантиметровый кусочек, , обладает такой энергией, чтобы уничтожить космический аппарат. На геостационарной орбите скорость ниже, уже не 8, а 3 км/с. Там опасность грозит от столкновения с кусочком побольше — размером в 3 см и более. Фрагмент космического мусора такого объема может обладать энергией, сравнимой с убойной силой меньшего обломка на нижней орбите. Так вот, мы пока наблюдаем более-менее уверенно только обломки размером более 10 см. Их и насчитывается около 23 тысяч. А обломков, которые больше 1 см и которые, и как мы говорим, могут быть убийственными, — их под миллион. А более мелких еще больше. Они тоже имеют свои, скажем так, гадкие свойства. Ну, например, мелкие обломки портят солнечные панели, портят иллюминаторы станций, иногда обшивку, хотя и нефатально.
— Известны случаи крупных столкновений с нашими станциями?
— Сколько угодно. Но не со станциями, а со спутниками. Станции охраняются особо. Окружающий их космос очень внимательно мониторится. А вот со спутниками были и прямые столкновения. Совсем недавно наш, правда, мертвый, спутник «Космос» столкнулся с «Иридиумом». «Иридиум» — это американский спутник из системы вещания. Их много, целое созвездие. Столкновение произошло над Сибирью. В результате появилась куча обломков. Таких ситуаций много. Некоторые даже сняты на камеру. На американском аппарате дистанционного зондирования Земли «Сентинел» камера зафиксировала удар об этот аппарат очень маленькой частицы, массой всего 0,2 грамма. Крохотная. Но она выбила 5% солнечной панели и немного изменила орбиту. Конечно, она спутник не убьет. Но если в космонавта попадет, то может его скафандр прошить.
— Как же планировать уход от них станции МКС?
— МКС каждый год совершает несколько маневров уклонения от опасных частиц, соответствующие службы с помощью инструментов наземного и космического базирования следят за полетом таких частиц, вернее, вычисляют их траекторию. Пока в основном все расчеты опираются на данные наблюдений с Земли. Поскольку высота полета станции небольшая, примерно 400 км, то можно наблюдать радарами. На больших высотах радары объект уже не достают. Маневр уклонения совершается, если есть заметная вероятность столкновения с обломком более 1 см. Более определенно — если вероятность такого столкновения больше, чем одна десятитысячная, принимается решение о маневре.
— А при запуске ракеты-носителя, какие предпринимаются меры предосторожности?
— Когда заключается контракт на запуск космического аппарата, то обязательный пункт содержит гарантию, что ваш аппарат не должен производить мусор сверх неизбежного. Если раньше не особо заботились о том, что что-то при запуске могло отлетать — например, крышечки отстреливались, всякие зажимы и так далее — то сейчас это не допускается. Все части, которые могут отлетать, фиксируются так, чтобы, если крышка отскочила, то она никуда не могла улететь. И так далее. Нужно соблюдать эти правила, иначе вы лицензию на запуск можете не получить.
Еще один пункт — спутник обязательно должен иметь запас топлива на борту. Если у вас, например, геостационарный спутник, вы его после использования должны увести из этой зоны. Хоть космос и большой, но сама эта зона ограничена. Поэтому запас должен быть иногда до 10% топлива от того, что необходимо для совершения маневров, чтобы увести аппарат на последнюю орбиту, так называемую орбиту захоронения. Геостационарная орбита имеет высоту 36 тыс. км. Если вывести аппарат на 200-300 км выше, то там этот аппарат будет тысячи лет крутиться, не угрожая столкновением. А если низкий спутник, то делают по-другому, стараются не увести повыше, а снизить, чтобы он вошел в атмосферу и сгорел.
— Но мусор появляется и самопроизвольно, разбиваясь друг от друга. Это не на Земле: машиной не соберешь и погрузчиком не отгрузишь. Как быть?
— Вы по-другому как раз и формулируете так называемый «синдром Кесслера»: если ничего не делать, то через некоторое время опасных обломков будет столько, что мы не сможем летать в космос. Что делать? Часть мусора на низких орбитах постепенно снижается, входит в атмосферу и сгорает. Самоочистка работает только для самых низких орбит, а выше, например, в зоне расположения ГЛОНАСС, GPS и других спутников и тем более на геосинхронных орбитах атмосферы нет совсем.
Так что в целом, конечно, сейчас есть понимание, что чистить нужно. Прежде всего не надо мусорить (это так называемый пассивный способ очистки), но в каких то важных зонах надо и чистить, то есть уводить опасные объекты из этих зон.
Забросил космонавт «сеть» и вытащил.
— Есть на Земле такая табличка: «Чисто не там, где убирают, а где не мусорят».
— Точно! Если при запусках обеспечивать недопустимость появления мусорных объектов в космосе, то уже будет чище. И спутник после использования должен уйти в область захоронения. Это и есть пассивный метод.
Активными называют те методы, когда применяются меры с использованием наземных средств воздействия на мусор. Например, лучом лазера или другим методом можно уничтожить или изменить орбиту небольшого обломка. Или применить специальные космические аппараты. В наши дни прорабатываются новые экспериментальные системы. Например, RemoveDebris — это аппарат, который был запущен летом прошлого года, а уже в сентябре выполнил очень интересный эксперимент в космосе. Этот аппарат сделан командой британского университета Surrey при поддержке различных фондов. Основной спутник массой 100 кг выпустил микроспутник массой 3 кг. Когда микроспутник удалился от основного на некоторое расстояние, то основная матка выстрелила сетью и поймала эту модель объекта космического мусора. Сеть конечно «на веревке», за которую основной спутник утащит «мусор» в плотные слои атмосферы в этом году.
— Это не фантазия?
— Я сам этот фильм видел в интернете, он снят в космосе аппаратом, установленным на основном спутнике. Сеть охватила вот этот самый микроспутник, который играл роль мусора. Это один из методов. Затратный, конечно. Его можно использовать только в очень серьезных случаях, когда это действительно очень необходимо. По мелким обломочкам сетью не настреляетесь. А вот по крупному аппарату — да.
Есть другие методы для крупных объектов: их можно не хватать сетью, а прикрепить к этому объекту надуваемую оболочку. Оболочка после прикрепления раздувается и ее площадь увеличивается, точнее увеличивается лобовое сечение объекта, и он быстрее сваливается в плотные слои атмосферы, где сгорает.
Есть и другие виды. Паруса разные ставят и прочее. А наши физики работают над двумя другими методами. Смысл одного такой: на объект направляется лазерный луч, он должен быть хорошо сфокусирован, чтобы в том пятне, куда он попадает, началось испарение вещества, а испарение означает отток вещества. Пары вещества мишени отлетают, а раз они отлетают, то получается ракетный эффект. То есть вы с помощью лазерного луча создаете реактивный эффект на этом объекте. И он уходит с орбиты.
Лазер против мусора
— Применительно к МКС этот метод действует?
— Тут идея такая: чтобы МКС не уклонять с пути, так как это дорого, то как только появляются в поле зрения мелкие, но угрожающие объекты — направлять в них лазер. Лазер бортовой, он не очень мощный. С огромным куском, конечно, ничего не сделаешь, и тогда надо уходить, а вот на мелкий можно направить лазер, с тем, чтобы изменить его орбиту и не допустить столкновения.
Над этим методом использования лазера работают не только в России, но и в других странах. Есть хорошая кооперация — Россия, Франция, Италия, Япония. Один член из команды Франции даже получил недавно Нобелевскую премию, но не за этот проект. Он работал по лазерам в частности с нашими физиками из Института прикладной физики РАН.
— Наши радары — насколько они мощные и можно ли на них положиться в поисках этого мусора, чтобы фиксировать его?
— Все низкие объекты и даже мусор в основном отслеживаются радарами, но только низкие. Мощные радары в сотни мегаватт — это поисковые радары, они ищут, и в основном не мусор, а военные объекты. У них другие цели. На недавнем заседании президиума РАН отмечалось, что нам нужны радары гражданского назначения, которые могли бы по мусору работать, в Штатах они есть. Поисковые радары эффективны только в самом ближнем космосе, на высотах до нескольких тысяч километров. Что касается более далеких объектов, то поиск и мониторинг объектов космического мусора, как и опасных астероидов, идет в оптическом диапазоне с помощью наземных средств. Хотя у американцев есть и спутники. Для отслеживания мусора у них работают шесть спутников.
Поверьте, очень нужно 250 млн рублей!
— Что касается российских наземных средств, то хочу отметить, что у нас есть мощный обзорный телескоп. Это телескоп оптический, диаметром 1,6 метра, с большим полем зрения, он отличается от обычных телескопов. Обычный телескоп, даже шестиметровый, не пригоден для обнаружения, так как у него очень маленькое поле зрения. Он в данный момент видит лишь крохотный участок неба, совсем крохотный. А поиск — это означает обзор всего доступного неба и нужно применять сканирование. А для того, чтобы небо быстро сканировать, нужно, чтобы поле зрения телескопа было побольше.
Наши ученые, технические специалисты, промышленность построили хороший телескоп АЗТ-33ВМ, он стоит в обсерватории, расположенной в местечке Монды в Бурятии, и принадлежит Институту солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН. Все бы хорошо, но самую главную часть — приемники излучения (детекторы) мы закупаем за рубежом. Высококачественные приемники — это высокие технологии. В вашем фотоаппарате (например в смартфоне) тоже есть такой приемник. Маленький, меньше 1 см. Он преобразует световые импульсы, то есть картинку, которую строит объектив на приемнике, в электрические сигналы, которые можно передать на компьютер. Там они реализуется в виде картинки. Так вот поле этого телескопа больше 20 сантиметров, а в нем работает всего один детектор, а нужно еще 23. Тогда поле уже будет покрыто более-менее прилично. А пока мы считываем информацию только с одного детектора и телескоп имеет эффективность не более 5%. На детекторы просто нет денег.
— Сколько стоило создание этого телескопа?
— Американские аналоги стоят до $100 млн. Наши построили за гораздо меньшие деньги, потому что есть такое понятие как «энтузиазм»! В основном за академические деньги Сибирского отделения, некоторую сумму «Роскосмос» выделял. Но, чтобы закупить детекторы и закончить строительство этого телескопа, требуется 200 — 250 млн рублей. Если это будет, тогда у нас появится полномасштабный обзорный инструмент мирового уровня.
Если. Два года мы не можем найти деньги.
Эпилог
— В качестве эпилога я решил поставить ответ на мой вопрос, каково сейчас положение в космической науке?
— Космическая наука, несмотря на различные громкие слова, которые произносят ответственные руководители, сейчас не в приоритете. На самом деле ситуация такова: последняя версия Федеральной космической программы, где есть раздел «космическая наука», выглядит так, что финансирование на 2020-2021 года сокращено более чем в два раза по космическим научным проектам. Именно поэтому ученые, занимающиеся космической наукой, сейчас высказывают озабоченность судьбой нашей лунной программы и других проектов. Я работаю в проекте «Спектр-УФ» (ультрафиолет) — это фактически российский Хаббл: чуть поменьше телескоп, но тоже очень могучий. На «Спектр-УФ» финансирование сократили на 2020 год в 15 раз! Когда мы задали вопрос «Роскосмосу»: что вы делаете? — ответ прозвучал как детский: «Вы не волнуйтесь, общая сумма федеральной программы рассчитана до 2025 года и общая сумма практически сохранилась, правда подрезана немножко. Но что это означает? Вот сейчас мы вам денег не даем, а в 2025 году дадим сразу все. Разве можно при этом рассчитывать, что вся работа будет сделана?! Это же совершенно несерьезно! Понятно, что в стране могут быть другие приоритеты, вызванные всякими ситуациями, но все-таки при каком-то долгосрочном планировании хоть что-то должно быть стабильным! Или никакого нормального планирования у нас нет? Тогда и нельзя сравнивать результаты в космической науке не только с американцами, но и с европейцами, японцами и китайцами.
Источник