воскресенье, 30 ноября 2008 г.

Проект Лэндиса "Новые амазонки"

Geoffrey Landis - известный писатель-фантаст представил в 2002 году на на ежегодной встрече членов Американской ассоциации развития науки (American Association for the Advancement of Science) свой проект, который условно можно назвать "Ноев ковчег" - интересные отличительные свойства его проекта от других подобных проектов "звездолетов-поколений" - то, что по его мнению в полет вполне можно отправить только одних женщин, а вместо мужчин - пробирки с замороженной спермой.
Полный текст статьи, откопанной в дебрях мембранны:
В своем сенсационном докладе учёный Джеффри Лэндис (Geoffrey Landis) описал подробности проекта, который условно можно назвать "Ноев ковчег". 180 добровольцев детородного возраста будут отправлены в космос, практически не имея возможности вернуться: "Это билет в один конец", — заявил Лэндис.
Предположительное время путешествия — 200 лет, за это время должно смениться около десяти поколений. Путешественники будут сами производить еду, когда закончатся запасы пищи: для этого на корабле будут оборудованы парники. Также астронавты смогут разводить животных. Корабль будет иметь размеры маленького города и сможет перевозить около миллиона тонн груза. Системы очистки воздуха и жизнеобеспечения будут черпать энергию из ядерного генератора.
По мнению Джона Мура (John Moore), демографа из Калифорнийского Университета (University of Florida), оптимальная численность населения корабля — от 150 до 180 человек. Когда образуются пары, каждый ребёнок нового поколения сможет выбирать себе партнера в среднем из 10 человек. Приблизительно через 50 лет на корабле сложится свой социум, традиции, история и культура.
В стартовую группу должны войти люди, которые психологически обладают жертвенностью первых колонистов, готовые терпеть лишения и жить верой в будущее. И это несмотря на то, что само участие в проекте выглядит, как завуалированный суицид. Кроме того, само собой, они должны быть людьми отважными, толерантными и выдержанными.
По мнению Лэндиса, не исключено, что команда путешественников будет состоять в основном из женщин, а на борту будет находиться небольшой банк спермы. Таким образом, стартовая группа может сократиться почти вдовое — когда придёт время "плодиться и размножаться", колонистки произведут искусственное оплодотворение.
По словам Сары Томсон (Sarah Thomason), профессора лингвистики из Мичиганского Университета (University of Michigan), в стартовую группу "родоначальников" должны войти люди с разнообразным этническим и генетическим составом, однако все они должны говорить на английском, "потому что английский — это язык интернационального общения".
Томсон считает, что со временем пионеры начнут говорить на своём собственном космической диалекте английского, который будет значительно отличаться от всех земных вариантов. Причём, через некоторое время разница между земным английским и космическим английским станет столь разительной, что во время сеансов связи (если таковые случатся), найти общий язык "с базой" станет невозможно.
Любопытно, что, несмотря на долгосрочность проекта — он сможет осуществиться лишь как минимум через 50 лет, его организаторы исключают возможность замены людей киборгами или криогенной заморозки пионеров. Они говорят о том, что обычная человеческая семья — самая устойчивая и надежная организация, способная преодолеть тяжесть путешествия.
Судя по докладу Лэндиса, нынешний уровень технического развития позволяет, используя солнечный парус, лазерные установки и "двигатели на антиматерии" (anti-matter drive) вывести громадный космический корабль за пределы Солнечной системы.
Космический корабль будет сконструирован на орбите (мы уже писали о проекте создания на орбите космических гостиниц) и по функциональному разнообразию будет представлять собой небольшой городок, движущийся со скоростью 1/10 скорости света — 108 миллионов километров в час.
Солнечный парус из светоотражающего вещества обладая высокой маневренностью, сможет двигаться под воздействием лазерного луча, который будет "выстреливать" с земной орбиты или с Луны. Не исключено, что путешественники сумеют использовать "ветер" других звезд и вернутся на Землю.
Кроме того, солнечный парус способен двигаться навстречу так называемому солнечному ветру, используя гравитационные волны планет. Парус может "подсвечиваться" лучом лазера и зеркалами концентратора солнечной энергии. Когда парус будет проходить сквозь скопления космической пыли, он будет ярко освещаться.
По информации журнала The Advertiser пионеры отправятся в одну из ближайших звёздных систем — Proxima Centauri или Alpha Centauri, у которой есть все шансы стать второй родиной для землян или местом первой космической войны против колонизации, где землянам будет отведена роль "плохих".
Дело в том, что система Alpha Centauri считается основным претендентом на место обитания разумной жизни. Главная причина, позволяющая полагать, что в Alpha Centauri кто-то есть — это наличие так называемого "пояса жизни" — орбиты, на которой могут быть планеты с условиями для жизни.
Для того, чтобы система считалась обитаемой, она должна отвечать пяти требованиям. Первый критерий — зрелость звезды и стабильность, которые предоставляют жизни время для последовательного развития. Солнце и все три компонента Alpha Centauri (система состоит из трех звёзд) отвечают этому требованию.
Для того, чтобы жизнь могла существовать, звезда должна иметь "правильный" спектральный тип, определяющий количество выделяемой энергии. Более горячие звёзды со спектральными типами O, B, A, и F быстро "сгорают". "Прохладные" звёзды со спектральными типами М и K не могут производить достаточное количество энергии, чтобы поддерживать жизнь — в частности, в этих звёздных системах на планетах не может быть воды в жидком состоянии.
Звезды типа G, к которому относится Солнце, могут обеспечить необходимой энергией жизнь, подтверждение чему — наше существование. Звёзды типа F на поздних этапах своего существования и типа K — на ранних — также могут обеспечить условия для появления жизни. Alpha Centauri A принадлежит к тому же спектральному типу, что и Солнце.
Alpha Centauri B — это звезда типа K1, и она ярче и "жарче", чем большинство звёзд типа K, поэтому говорить о том, возможна ли жизнь в её системе, пока трудно. Красный карлик Proxima Centauri в расчёт не берётся — он абсолютно ничем не может помочь зарождающейся жизни.
Третий признак обитаемости системы — стабильная яркость звезды. По данным астрофизиков, несмотря на то, что в системе Alpha Centauri активно взаимодействуют две звезды, температурные колебания не настолько значительны, чтобы помешать появившейся жизни стабильно развиваться. Четвёртое условие — возраст звёзд. Звезда должна быть достаточно зрелой, чтобы жизнь могла развиться. Солнцу приблизительно 4,6 миллиардов лет. Alpha Centauri A and B гораздо старше Солнца.
Пятое условие — наличие тяжелых элементов, таких, как углерод, азот, кислород и железо, в которых нуждается биологическая жизнь. Солнце — это, прежде всего, водород и гелий, но 2 процента от веса Солнца составляют металлы. Несмотря на скромную цифру, этих двух процентов хватило для образования пригодных для жизни ландшафтов и появления, собственно, жизни. Alpha Centauri A and B — богатые металлом звёзды.
До сих пор наверняка неизвестно, есть ли планеты в этой системе, но считается, что их должно быть как минимум четыре, причем на двух из них должна быть вода в жидком состоянии.
Очевидно, что проект — многоцелевой: во-первых, человечеству пора начинать поиск дополнительной базы. BBC, рассказывая о проекте Лэндиса, приводит его слова о том, что "срок жизни Земли ограничен: Солнце постепенно сожжёт все свои запасы топлива и остынет, и человечеству придется искать себе новый дом". Во-вторых, колонизаторские амбиции и надежды множатся на исследовательский азарт — ведь увидев Солнечную систему снаружи, можно более обосновано строить гипотезы о ее происхождении. Существующие на сегодняшний день модели очень гипотетичны и построены по аналогии — в сравнении с другими звездными системами.
В-третьих, интегральное использование новейших космических технологий — это первая мощная проверка их дееспособности и жизнедеятельности.
В-четвертых, впервые будет задействована столь многочисленная группа астронавтов. "Сердце" проекта — это люди, от которых требуется только одно — жить земной жизнью в неземных условиях, рожать детей и — когда придет время — умирать. Кстати, по мнению антропологов, в результате долгой "репродуктивной изоляции" на корабле появится совершенно новая человеческая раса. К сожалению, скорее всего, о происходящем на "Ноевом ковчеге" земляне так не узнают.
В-пятых, не исключено, что Alpha Centauri, действительно, упоминается не только для того, чтобы обозначить путешественникам хоть какую-то цель, которая будет освещать их 200-летний путь. Слабая надежда на то, что "Ковчег" достигнет системы Centauri есть.
В-шестых, идея с "Новыми Амазонками" не так уж абсурдна — и в этом случае будет поставлен беспрецедентный опыт по созданию космического матриархального социума. Кроме того, генетическое разнообразие спермы, которую можно взять на борт, в N-ное количество раз превосходит разнообразие "свежего" материала. А — как известно — генетические вариации в маленькой группе "доноров" означают высокую вероятность патологий у детей. И тогда разумные осьминоги, которых встретят вторые колонисты, могут оказаться генетическими потомками первых колонистов Alpha Centauri.

суббота, 29 ноября 2008 г.

Как обнаружить межзвездные космические корабли?

Проект Дедал
В своем блоге Ray Villard задается вопросом - можно ли с помощью астрономических наблюдений обнаружить инопланетные межзвездные корабли:
В романе 1972г Артура Кларка "Свидание с Рамой", астрономы обнаруживают огромный цилиндрический инопланетный космический ковчег, входящий в солнечную систему. Сначала астрономы просто каталогизируют этот объект, как комету из глубокого космоса. Затем они обнаруживают, что этот объект не изменяется по яркости, в то же время вращаясь, что означает, что он должен быть противоестественно симметрическим и гладким. Наконец, космический корабль пролетающий рядом фотографирует явно искусственный объект, который является цилиндрическим по форме. Цилиндр, размером с типичный город, из измеренной по параметрам орбиты массы оказывается полым.
Я убежден, что если когда-нибудь мы обнаружим свидетельство внеземной разумной жизни, то сделано это будет из-за некоторой аномалии, на которую мы наткнемся в результате стандартных астрономических наблюдений. Каждый раз, когда мы видим что-то фантастическое в космосе, мое воображение тайно возвращается к неправдоподобному по общему мнению сценарию "что, если..." если явление не является природным по происхождению.
На этой неделе астрономы сообщили о наблюдении таинственной концентрации космических лучей, прибывающих изнутри нашей галактики, возможно от источника очень близкого к Земле. Источник этих космических лучей совершенно неизвестен. (Термин "космический луч" является неправильным употреблением, так как это не фотоны, найденные в электромагнитном спектре,а субатомные частицы, ускоренные до скоростей, близких к скорости света). Схема излучения мини-квазара
Команда полагает, что космические лучи могли прийти из соседней черной дыры, нейтронной звезды, или от микроквазара, который является черной дырой излучающей от падающей в нее материи. Все эти объекты - компактные "гравитационные машины" приспособленные к производству и ускорению частиц до околосветовых скоростей. Источник должен быть в пределах приблизительно 3 000 световых лет, потому как эти высокоскоростные частицы очень быстро теряют энергию, по мере движения в межзвездном пространстве.
Еще более спекулятивное предположение - то, что частицы прибывают из массива "темной материи", невидимой формы материи, составляющей до одной трети всей массы Вселенной. Идея в том, что когда две частицы из темной материи встречаются друг с другом - они разрушают друг друга и испускают космические лучи. Но это чистое, ничем не обоснованное предположение - мы никогда не идентифицировали частицы темной материи, и не встречали свидетельств, что скрытая масса имеет существенной значение во внутригалактическом масштабе.
Энергии космических лучей наблюдались в диапозоне от 300 до 800 миллиардов электронных вольт (энергии достижимые Большим Андронным Коллайдером). "Нет ничего, что мы знаем о в высокоэнергетической физике или астрофизике, которая случается в этом диапазоне энергии," говорит исследователь John Wefel, который наблюдал выброс космических лучей с датчиков на воздушных шарах, запущенных в Антарктиде.Карта распределения космического излучения
Я не мог не задаться вопросом, не могла ли такая аномалия быть приписана некому экстравагантному техническому проекту внеземной цивилизации. Впрочем энергии кажутся значительно более высокими, чем могли бы быть произведенными любой вообразимой технологией, необходимой для получения энергии или для межзвездной транспортировки.
Однако оказывается, что аэрокосмический инженер Robert Zubrin, лидер движения колонизации Марса, опубликовал работу по этой идее в середине 1990-ых. Он задался вопросом, могла ли бы инопланетная технология, обладающая межзвездными космическими кораблями, быть обнаружена с помощью астрономических наблюдений. Межзвездное путешествие в разумный отрезок времени требует огромного количества энергии, и эту энергию можно обнаружить по сопутствующему излучению.
Если космический корабль был приведен в движение реакцией аннигиляции – одной из воображаемых технологий сериала "Star Trek" – Zubrin вычислил, что это произведет выбросы гамма-излучения в 130-350 миллионов электронных вольт. Фактически, когда таинственные гамма-лучи из космоса были впервые только обнаружены, среди некоторых астрофизиков стала ходить шутка , что мы де видим след от космического корабля, идущего сквозь Галактику. Но Zubrin вычислил, что гамма-лучи от аннигиляционного двигателя на антивеществе будут настолько слабы, что они были бы потеряны на фоне гамма-излучения вселенной.
Однако, Zubrin оценил так же, что аннигиляционные двигатели имели бы очень большую светимость в видимом свете, если бы сопло было нацелено в сторону Земли в пределах конуса в 30 градусов. Космический телескоп НАСА "Хаббл" мог бы обнаружить излучение двигателя на расстоянии до 300 световых лет, на котором это будет похоже на слабую звезду 28-й величины.Космический телескоп Хаббл
Этот диапазон охватывает объем, содержащий около 100 000 звезд; дом для по крайней мере пары дюжин цивилизаций исходя из моих собственных оценок. Свет от сопла корабля можно было бы отличить от слабой звезды по характерному спектру, так как в нем не будут присутствовать следы водородного газа, присущего звездам.
Но идентификация такой искусственной звезды походила бы на обнаружение иголки в стоге сена размером с континент. Можно вообразить так же нахождение "звезды" с необычно высоким собственным движением. Если бы Вы смогли измерить радиальную скорость такой звезды, и она окажется скажем в 90 процентов скорости света, Вы бы точно узнали бы, что объект действительно фантастический... Но дело в том, что в отсутствии любых спектральных линий, необходимых для измерения Доплеровского сдвига, Вы не сможете узнать скорость объекта или сказать, приближается он или удаляется, а у аннигиляционного двигателя должен быть именно такой спектр.
Еще более проблематично, то, что Вы должны поймать аннигиляционные двигатели, работающие во время сравнительно краткого промежутка времени - в период ускорения или торможения. При постоянном ускорении 1же космический корабль достиг бы маршевой скорости в 95 процентов скорости света в течение приблизительно года, и затем скорее всего просто отключил бы двигатели.
Таким образом я не предлагаю, чтобы НАСА начала высматривать любой экзотический оптический компонент у таинственного источника космических лучей (у которого к тому же еще не определено местоположение на небе). Однако, "независимо от того, что это, это может быть удивительным," говорит Jim Adams, ведущий исследователь в Антарктическом проекте.

понедельник, 24 ноября 2008 г.

С помощью закона Мура ученые пообещали найти внеземную жизнь к 2025 году.


Главный астроном проекта по поиску внеземного разума SETI@home Сет Шостак (Seth Shostak) считает, что он может быть обнаружен к 2025 году, сообщает портал The Register. Однако ученый подчеркивает, что прогноз оправдается только в случае, если микроэлектроника продолжит развиваться по закону Мура.
В рамках проекта SETI@home на компьютерах его участников происходит анализ информации, собранной радиотелескопами. Участники проекта ищут в приходящих из космоса радиошумах сигналы, которые могут быть произведены приборами, созданными другими разумными цивилизациями. SETI@home является примером проекта, использующего распределенные вычисления: анализ данных происходит на компьютерах участников, находящихся во всех уголках Земли, которые скачали специальное программное обеспечение.
Закон Мура предполагает, что каждые 18 месяцев производительность компьютерных процессоров удваивается. В настоящее время индустрия микропроцессоров развивается в соответствии с этим законом. Шостак считает, что если эта тенденция продолжится, то к 2025 году радиотелескопы смогут "услышать", что происходит в космическом пространстве на расстоянии 500 световых лет от Земли (световой год соответствует расстоянию, которое свет преодолевает за год). В этом случае вероятность засечь сигнал, произведенный другими разумными существами, очень высока.
Последний вывод сделан на основании формулы, предложенной в 1960 году американском журналистом Фрэнком Дрейком (Frank Drake). При определенном значении параметров она предполагает, что в нашей Галактике обитает около десяти тысяч разумных цивилизаций, способных создавать радиопередатчики.
Основным прибором, на который надеются участники проекта SETI@home, является система телескопов Allen Telescope Array. Она была создана при участии одного из основателей корпорации Microsoft Пола Аллена (Paul Allen). Если закон Мура продолжит действовать, к 2025 году система телескопов достигнет необходимой мощности.
Проект SETI@home не раз подвергался критике. Одним из главных аргументов скептиков является утверждение, что формула Дрейка является бессмысленной, так как она содержит несколько параметров, значение которых установить невозможно. Изначально поиск внеземной жизни был начат NASA, однако в 1990-е годы американское космическое агентство прекратило его финансирование из-за отсутствия значимых результатов. В настоящее время основной финансирующей организацией является частный некоммерческий Агентством по поиску внеземного разума (Search for Extraterrestrial Intelligence - SETI)

воскресенье, 16 ноября 2008 г.

Парус на антиматерии

Этот космический корабль смешивает в причудливой форме самые разные идеи, когда-либо предлагавшиеся для межзвёздных путешествий. Называется он "Парус на антиматерии" (Antimatter Sail) и разрабатывается на деньги самого "безбашенного" из институтов NASA.
Идея использовать антиматерию в качестве источника энергии для движения скоростного межпланетного или межзвёздного корабля (беспилотного зонда) – стара и заманчива.
Такие аппараты могли бы ускорить космические полёты в разы, однако на их пути стоит досадное препятствие — наработка 1 грамма антиматерии стоит сейчас $10 триллионов.
Причём на огромных ускорителях и прочих "игрушках" физиков-ядерщиков антипротоны сейчас производят в количестве чуть менее 85 нанограммов в год (суммарно во всём мире). Охлаждает пыл? Не так ли?
Но вот небольшая компания Hbar Technologies из Иллинойса получила грант в $75 тысяч от Института перспективных концепций аэрокосмического агентства США (NASA Institute for Advanced Concepts — NIAC) на предварительную проработку межпланетного комбайна, который мог бы использовать для полёта антивещество, собранное в пределах нашей Солнечной системы.
Невероятно? Надо напомнить, что это за институт такой, необычный.
Он финансирует и продвигает разработки радикальных технологий, которые совсем не обязательно приведут к каким-либо практическим результатам в течение целого десятилетия.
Из других экзотических исследовательских работ, финансируемых этим институтом, нужно отметить армию сумасшедших роботов для уничтожения опасных астероидов и скафандр-кожу. А ещё среди проектов, отобранных на днях NIAC для дальнейшего исследования — пищевой репликатор, подсмотренный в фантастических фильмах, который мог бы создавать разнообразную еду из очень небольшого числа компонентов, или, скажем, кабельная система, способная раскладывать в космосе телескоп колоссальных размеров.
Но вернёмся к антиматерии.
Антивещество рождается в Солнечной системе естественным образом, когда заряженные частицы из глубин Вселенной, называемые космическими лучами, сталкиваются с заряженными частицами, идущими мощным потоком от Солнца.
Несколько из финансируемых институтом проектов "размышляют" о сборе этого дарового антивещества, чтобы потом использовать его в космических кораблях.
Например, антивещество можно поймать, используя три концентрических электропроводных заряженных сферы.
Первая, диаметром 16 километров, отражала бы протоны солнечного ветра и привлекала бы отрицательно заряженные антипротоны.
Они тогда затормозились бы, пробив среднюю сферу, и оказались бы пойманными в меньшей сфере, всего 100 метров в диаметре, где должна быть установлена электромагнитная ловушка.
"В основном всё, что нужно сделать — это произвести сеть, точно так же, как при рыбной ловле", — шутит Джеральд Джексон (Gerald Jackson), один из лидеров данного проекта.
Сохранённое антивещество можно тогда направить узким потоком на солнечный парус корабля.
Аннигиляция антипротонов с нормальной материей паруса может донести небольшой аппарат до Плутона, используя только 30 миллиграммов антивещества.
17 граммов антиматерии обеспечили бы полёт небольшого исследовательского зонда к Альфе Центавре, утверждает Джексон.
И он полагает, что есть достаточно антивещества вокруг. Приблизительно 80 граммов можно выловить между орбитами Венеры и Марса, а ещё 20 килограммов могли бы быть собраны в пределах орбиты Сатурна.
Сколько миллионов кубических километров нужно просеять для этого – авторы проекта не уточняют, но пишут, что это вопрос эффективности техники "сбора урожая".
Межзвёздный зонд с приводом из паруса на антиматерии (Antimatter Sail) имеет (в проекте компании) стартовую массу 280 килограммов, из которых 10 килограммов приходится на научное оборудование.
Запас антивещества на борту — 60 миллиграммов, а урана – 109 килограммов.
Зачем уран? Этим ураном предложено покрывать поверхность карбонового паруса (его диаметр – 5 метров) и бомбардировать его микроскопическими зарядами из антиматерии (точнее — это будут микроскопические шарики из замороженного антиводорода).
Они хранились бы в наборе кремниевых пластин, пронизанных туннелями с облицовкой из электродов. Система полей удерживала бы заряды внутри.
Схема космического аппарата с парусом на антиматерии: 1 — парус, 2 – система хранения антиматерии, 3 – антипротонный электрогенератор, 4 – полезный груз (иллюстрация с сайта hbartech.com).

По проекту этого корабля, антивещество (его небольшая доля) также будет использоваться для выработки электроэнергии – для нужд бортового оборудования. Соответствующий конвертор также (в общих чертах) разработан компанией.
Другие подробности вы можете найти в этом pdf-документе.
Добавим лишь, что по расчётам Hbar Technologies, такой зонд мог бы улететь от Земли на 250 астрономических единиц за 10 лет.
Напомним, самый дальний искусственный космический объект — аппарат Voyager 1 — находится от нас на расстоянии примерно 95 астрономических единиц, куда добирался 28 лет.
Понятно, что возможность вблизи исследовать пояс Койпера или, чем чёрт не шутит, даже облака Оорта — стоит того, чтобы поломать голову и над сбором дарового антивещества, и над облучаемым им урановым парусом.
Любопытно, что похожий принцип работы космического паруса предлагали американские учёные, братья Грегори и Джеймс Бенфорды (Gregory, James Benford). Только в их проекте не было антиматерии, но зато также было предусмотрено испарение некоторой части от массы паруса для создания реактивной силы.
Завершая же рассказ о парусе на антиматерии, нужно добавить, что в своих материалах Hbar Technologies упоминает предложение — как увеличить производительность по наработке антивещества на ускорителях в тысячу раз, устроив некую рециркуляцию протонного луча через цель.
Для такой сравнительно "скромной" миссии, как полёт к поясу Койпера, это позволило бы отказаться от фантастического сбора антипротонов в космосе. И даже запустить целый ряд подобных миссий.
Но ведь мы смотрим куда дальше. А значит, и идею межпланетного комбайна отбрасывать нельзя.

понедельник, 10 ноября 2008 г.

Люди будут покорять дальний космос во сне

Фантасты давно освоили эту тему — "консервация" экипажа в длительных рейсах к другим звёздам или внешним планетам Солнечной системы. А теперь и специалисты космической отрасли понемногу "готовят почву" для претворения таких фантазий в реальность.
Вариантов "консервации" предлагалось множество — от заморозки тел до разных шуток с пространством-временем.
Первое оставим пока в стороне — до сих пор непонятно, как гарантированно сохранить человека живым после такой процедуры, ведь замёрзшая вода разрывает клетки.
Различные химические "антиобледенители" — это пока из области экспериментов.
"Непонятно что", происходящее с кораблём и экипажем в результате действия каких-нибудь "антиплюсбетаионостатов" — также оставим пока фантастам.
Но вот есть ещё один способ "консервации", который куда ближе к реальности. Гибернация — глубокий-глубокий сон с многократным замедлением обмена веществ.
По замыслу сторонников такой технологии, этот сон должен быть похож на зимнюю спячку медведей. Сон длительный, однако, вовсе не приводящий к необратимым изменениям организма.
Европейское космическое агентство (European Space Agency) работает в этом направлении.
По его заказу ряд европейских учёных из разных университетов занимается изучением гибернации и способов введения в такое состояние людей.
Один из таких учёных — Марко Биджиоджера (Marco Biggiogera) из итальянского университета Павии (Universita di Pavia).
Недавно он и его коллеги подобрали вещество под названием DADLE (в чём-то сходное по структуре с опиумом), которое оказывает на субклеточные процессы удивительное действие.
Хорошо медведям — их сон запрограммирован генами, но что делать с людьми? Вводить им специальный препарат и заставлять их "спать" не просто как мы спим, с изменением ритмов мозга, но спать на клеточном уровне.
Астронавт ESA Ваббо Окелс (Wubbo Ockels) демонстрирует специальный "космический" спальный мешок (фото с сайта space.com).

Оказалось, DADLE резко замедляет копирование генетического материала и процессы считывания кода — что является ключом к синтезу белков и жизни клетки.
В результате клетка переходит в состояние глубокого сна с замедлением собственного обмена веществ.
Пока итальянские биологи "плотно" работали с клеточными культурами, но недавно перешли на крыс.
Трудности перехода от клеток к животным и к человеку — очевидны. Чем более сложный организм, тем сложнее просчитать все эффекты столь необычной технологии "суперсна".
Но начало обнадёживает. А когда же человечество сможет применить эти открытия на практике?
Ещё в 2002 году NASA прорабатывало концепцию гигантского корабля Human Outer Planets Exploration (HOPE) Callisto.
Это были лишь самые общие наброски, показавшие, что, теоретически, реально отправить шестерых людей в пятилетний полёт на Каллисто, одну из лун Юпитера, включая 30 дней пребывания на её поверхности.
Такой рейс мог бы стать реальностью где-нибудь после 2045 года.
Процесс этот обратимый и не имеет, насколько сейчас видно, побочных эффектов.
Европейские эксперты подчеркнули, что именно для такого полёта и было бы разумно использовать гибернацию. В то время как сравнительно короткий рейс к Марсу такого усложнения миссии не оправдает.
Однако представители американского аэрокосмического агентства сказали, что в настоящее время их подразделение космической медицины не занимается изучением длительного бездействия организмов.
Так или иначе, ко второй половине века подобная техника может развиться в нечто материальное. ESA мечтает о специальных спальных капсулах на борту межпланетного корабля, где автоматика поддерживала бы необходимые параметры среды и контролировала состояние спящих людей.
Кстати, такой полёт ставит особые требования к надёжности корабля и его способности автоматически реагировать на нештатные ситуации, типа пожара.
Но разве с нынешним темпом развития электроники и робототехники это будет проблемой?
Зато сколько выгоды: для глубоко спящих людей нужно меньше кислорода, воды, на всю экспедицию (включая активную часть) меньше пищи, сами помещения корабля могут быть меньше.
Ведь в очень длительном полёте, проходящем обычным образом, говорят специалисты, эти помещения необходимо существенно расширять уже только по одним психологическим причинам.
А компактные, но толстостенные "сонные капсулы" могут стать для людей и хорошей защитой от космических лучей. Так что плюсов такого подхода немало.
Но интересно, что ESA думает не только о космосе. Достижения в гибернации могут помочь во многих случаях и на Земле.
Например, в такое состояние можно было бы помещать тяжело раненого солдата или человека, пострадавшего от несчастного случая — до тех пор, пока его не доставят в госпиталь. Это повысит шансы пострадавшего на выживание.
Аналогичные вещества, тормозящие субклеточные процессы, можно было бы вводить в органы, предназначенные для трансплантации — что сохранило бы их гораздо лучше, чем одно только охлаждение.
А раз так — есть шанс, что на волне решения куда более близких и приземлённых проблем, учёные создадут нечто пригодное и для покорения космоса. Во сне.

воскресенье, 9 ноября 2008 г.

Гибридные ядерно-аннигиляционные двигатели

Учёные пристально изучают любые технологии, не противоречащие законам физики, которые могли бы помочь человечеству достичь дальних уголков космоса. Среди плеяды вариантов межзвёздного привода корабли, использующие аннигиляцию, являются, пожалуй, самыми фантастическими из реальных и самыми реальными из фантастических.
Двигатели, использующие в качестве топлива антивещество, могут обеспечить существенно лучшие энергетические параметры корабля, чем ядерный привод, но в отличие от разнообразных "прокалывателей пространства и времени", аннигиляционный привод вполне можно построить в ближайшие десятилетия.
Теоретические и даже практические работы в этом направлении уже ведутся.
В частности, университет Пенсильвании (Pennsylvania State University) в сотрудничестве с NASA уже много лет работает над проектами космических кораблей, использующих энергию аннигиляции.
Известно, что в 0,1 грамма антивещества скрыто столько же энергии, сколько в топливных баках шаттла. Дело за малым: получить это вещество, научится его хранить и использовать где и когда нужно.
Что до получения, то антивещество успешно создают в таких лабораториях, как Fermilab в Чикаго и CERN в Швейцарии.
Однако годовая наработка антивещества исчисляется в нанограммах (при цене $10 триллионов за грамм), что крайне мало даже для межпланетных путешествий, несмотря на чудовищную мощность аннигиляции.
Реально работающий "бак" для антиматерии, созданный в университете Пенсильвании (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Однако выход найден. Университет Пенсильвании разработал два проекта "дальнобойных" космических кораблей, в которых аннигиляция используется совместно с классическими ядерной и термоядерной реакциями. Такой гибрид, оказалось, сулит массу выгод. Например, выяснилось, что добавление небольшого количества антивещества в зону реакции расщепления позволяет намного полнее использовать потенциал традиционного ядерного (расщепляющегося) топлива.
В общих чертах: всевозможные цепочки превращений адронов, мюонов и пионов протекают тут несколько иначе, повышая КПД процесса.
Первый тип двигателя, который использует этот эффект называется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), то есть микрореакция расщепления катализируемая антипротонами.
Его удельный импульс — 13,5 тысяч секунд.
ICAN-II может примерно в шесть раз сократить срок перелёта по маршруту Земля-Марс (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Разработанному в университете Пенсильвании пилотируемому кораблю по имени ICAN-II, оснащённому движком ACMF, для быстрого 40-дневного перелёта к Марсу потребовалось бы всего 140 нанограммов антивещества (на дорогу в один конец) и несколько тонн обычного ядерного горючего (урана).
Такое количество антивещества уже можно было бы произвести в разумные сроки при постройке необходимых установок.
Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа) подрывались бы в "камере сгорания" корабля совместно с микроскопическими количествами антивещества.
Как и в случае с "Орионом", силу взрывов примет на себя некая амортизирующая конструкция, которая к тому же постепенно испаряется от воздействия мощного излучения, а вылетающие с её поверхности с огромной скоростью атомы создают реактивную тягу.
Схема ICAN-II (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

По замыслу разработчиков, двигатель ACMF использовался бы 800-тонным кораблём для старта с околоземной орбиты к Марсу и для торможения около него.
На Красную планету опустился бы аппарат с традиционным химическим двигателем. Возвращение происходило бы, соответственно, в обратном порядке.
Тот же корабль в принципе мог бы доставить людей в систему Юпитера. На всю экспедицию, включая дорогу туда и обратно, и трёхмесячное пребывание у цели, ушло бы 1,5 года.
Напомним, тот же срок сейчас рассматривается как продолжительность марсианской пилотируемой миссии, выполняемой на корабле с комбинированным химическим/ионным двигателем.
Бак антивещества (жёлтое кольцо в центре первого рисунка) и двигатель ICAN-II (второй рисунок) (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Второй вариант гибридного звёздного привода называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM), то есть — это инициированные антипротонами реакции деления и синтеза. Он очень похож на предшествующий, но здесь уже в зоне реакции идёт и расщепление, и синтез (главное горючее — дейтерий плюс тритий, либо дейтерий плюс Гелий-3).
Удельный импульс AIM — 61 тысяча секунд.
На основе этого двигателя разработан эскизный проект беспилотного и сравнительно лёгкого (примерно 30-40 тонн) корабля AIMStar, который мог бы улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и значительно приблизиться к облаку Оорта (хотя оно простирается гораздо дальше) всего за 50 лет, из которых пять лет займёт разгон.
Максимальная скорость корабля составит 0,003 от скорости света или 900 километров в секунду.
У ракеты на химических ЖРД (реально достижимая скорость 15-25 километров в секунду) на такой полёт ушло бы примерно 2-2,5 тысячи лет.
Для полёта к границам межзвёздного пространства зонду AIMStar потребуется от 30 до 130 микрограммов антивещества.
Полезная нагрузка AIMStar — научный зонд весом менее 100 килограммов (иллюстрация с сайта engr.psu.edu).

Все эти проекты возможны, прежде всего, потому, что люди уже научились хранить сколько-нибудь значимое количество антипротонов в течение долгого срока. Например, 100 миллиардов штук в течение недели. Или несколько меньшее количество — месяцы.
Этих параметров ещё не достаточно для построения корабля, но в общих чертах уже ясно, как достичь желаемых параметров "баков" для антивещества, которые будут выполнены в виде криогенных электромагнитных ловушек.
По оценке специалистов университета Пенсильвании, такие корабли человечество смогло бы начать строить в ближайшие три десятилетия.
Разумеется, оценка затрагивает только научные и технические возможности человечества и не учитывает политические или финансовые проблемы.

Гипердвигатель перенесёт корабль в параллельные Вселенные

Концепция межзвёздных полётов за счёт перехода корабля в параллельные миры, на первый взгляд, является вольной фантазией, только написанной в псевдонаучном стиле. Но эксперты, прочитавшие работу двух физиков из Австрии и Германии, пришли к выводу, что дыма без огня не бывает.
Американский институт аэронавтики и астронавтики (American Institute of Aeronautics and Astronautics — AIAA) каждый год награждает авторов лучших теоретических бумаг по своему "аэрокосмическому" профилю. Как пишет New Scientist, недавно, в категории "Будущий полёт" приз AIAA заслужила очень спорная и необычная работа: "Руководящие принципы для космического привода, основанного на квантовой теории Хайма" (Guidelines for a space propulsion device based on Heim's quantum theory — PDF-документ).
Если изложенные в бумаге идеи окажутся верными, человечество сможет строить корабли, способные достичь Луны за считанные минуты, а Марса — за 2,5 часа. И что ещё удивительнее, к звезде, лежащей в десятке световых лет от Земли, на такой машине можно будет долететь всего за 80 дней по земному и корабельному времени (и никаких парадоксов близнецов).
Такое вопиющее нарушение законов физики, по мнению авторов бумаги — Вальтера Дрёшера (Walter Dröscher) из университета Инсбрука (Leopold-Franzens Universiträt Innsbruck) и Йохима Хойезера (Jochem Häuser), ведущего учёного в германской компании HPCC-Space GmbH и профессора университета прикладной физики в Зальцгиттере (University of Applied Sciences) — лишь кажущееся.
Да, всё это может оказаться ошибкой, но перспективы уж больно заманчивые, чтобы пройти мимо этого труда. Итак, начинаем.
Самое поразительное во всей этой истории то, что работа двух физиков отталкивается от квантовой теории немецкого учёного Буркхарда Хайма (Burkhard Heim), которую он разработал ещё в 1950-х годах, и которая, тем не менее, до сих пор не слишком-то известна даже в кругу физиков, не говоря уж о широкой публике.
Именно Хайм и начал обдумывать принципы космических полётов "на гипердвигателе", с полным обоснованием в рамках своей теории. И что интересно: это фантастическое на вид приложение теории родилось как "побочный продукт" попытки немецкого физика соединить квантовую механику и общую теорию относительности Эйнштейна, которые до сих пор, в некотором роде, не хотят "дружить", хотя бы потому, что по-разному "относятся" к пространству.
Буркхард Хайм
Буркхард Хайм получил определённую известность в 1950-х, но вскоре все поняли, что от "бумаги" до звездолёта на принципах Хайма, если он вообще возможен, пройдут десятилетия и десятилетия. И о Хайме почти забыли (фото с сайта info.uibk.ac.at).

Если в ОТО четырёхмерное пространство-время — это нечто вроде "активной ткани" (говоря упрощённо, разумеется), искажения которой проявляются в виде гравитации (популярная аналогия — шарик (то есть масса), проминающий натянутый платок), то в квантовой механике пространство — неподвижное и пассивное "нечто", просто арена для фундаментальных частиц и их взаимодействий.
В начале 1950-х Хайм начал переписывать уравнения общей теории относительности так, чтобы "примирить" их с квантовой механикой. Он привлёк идею Эйнштейна о том, что гравитация – это видимое проявление искажений в ткани пространства-времени, но предложил, что все фундаментальные взаимодействия, аналогично, могли бы являться проявлением целого набора пространственных измерений.
Первоначально физик ввёл четыре дополнительных измерения, но позже по ряду причин отказался от двух из них.
Так или иначе, Хайм показал (или, корректнее говорить — считал, что показал): в его шестимерном (включая время) пространстве гравитация и электромагнетизм объединяются, словно проявления одного и того же, и что при определённых условиях гравитационная энергия может обращаться в электромагнитную, и наоборот.
Даже эксперты, хорошо разбирающиеся в таких материях, спорят до сих пор — удалось ли Хайму достичь своей цели (соединения квантовой механики и ОТО) или нет. К тому же этот учёный никогда не учил английский язык (соответственно, и не публиковал свои выкладки на нём). Более того, Хайм отказывался раскрывать все детали своей теории без постановки "решающего" эксперимента, а такой опыт никак не удавалось поставить — как из-за нехватки денег, так и в силу ограниченных возможностей техники.
Буркхард умер в 2001 году, так и не добившись общего признания своей теории. Но в наши дни его работа получила продолжение.
Дрёшер, вообще-то, начал интересоваться идеями Хайма ещё в 1980-х годах. В своих работах он вернул 7-е и 8-е измерение, отвергнутое Хаймом, и составил мощное математическое описание восьмимерной Вселенной — пространства Хайма-Дрёшера. В котором "появились" два новых взаимодействия.
Тут можно было бы вспомнить про бритву Оккама и над "лишними" взаимодействиями посмеяться, но ускорение разбегания галактик заставляет повременить с этим.
Из новых выкладок Дрёшера, недавно объединившегося в своих изысканиях с мистером Хойезером, следует: комбинация из быстровращающегося кольца и кольцевого электромагнита при очень сильном магнитном поле (определённой формы) способна "протолкнуть" корабль в другие измерения, где вполне (по рассуждению Дрёшера) могут быть другие значения природных констант, в том числе — скорость света.
Вращающееся кольцо и сильнейшее магнитное поле определённой конфигурации — таким видят межзвёздный привод физики из Австрии и Германии (иллюстрация с сайта hpcc-space.de).

А это, продолжают рассуждать соавторы бумаги, позволит такому аппарату "превысить" скорость света с точки зрения оставшихся в привычном для нас мире. Да, это же самое устройство сможет создавать антигравитацию, передвигая корабль в обычном пространстве.
Авторы работы честно в ней пишут, что "данная бумага содержит недостатки" в смысле "математической безупречности" и также предлагает два "спекулятивных понятия". Однако, по их мнению, любой тип полевого привода для космических кораблей будущего обязательно должен "превысить привычные физические понятия".
Первое из допущений: полная геометризация физики, расширяющая картину Эйнштейна на все физические взаимодействия, что и потребовало 8-мерного пространства. Второе допущение: понятие о возможности перехода материального объекта в так называемое параллельное пространство (авторы пишут "другие Вселенные") и возврат его назад.
Авторы полагают, что их вольности косвенно могут быть оправданы, так как хорошо согласуются с поиском ответа на современные вопросы: где тёмная материя, и что же такое тёмная энергия?
Что же — революция? Ещё нет. Готовя публикацию, журнал New Scientist связывался для консультации с некоторыми физиками, и многие из них отвечали, что не нашли "никакого смысла" в работе Дрёшера и Хойезера. Однако другие добавляли, что даже сама теория Хайма, и без учёта свежих дополнений, — интересная и перспективная вещь. Её трудно увязать с современной физикой, однако, она, быть может, является тем направлением, куда физика пойдёт вскоре.
Вот так противоречиво.
Нужно добавить, что современная техника едва ли способна дать такую напряжённость поля, а также — скорость вращения кольца, которые требуются для "прокола пространства" в рамках версии Дрёшера и Хойезера.
Разве только так называемая Z-машина (Z Machine) в американской национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) может тут помочь. Это один из самых мощных в мире "импульсных" источников магнитного поля и самый сильный на земле генератор рентгена.
Электрические разряды, бегущие по Z-машине во время её работы. Есть осторожное предположение, что опыты с ней могут подтвердить некоторую часть предположений Буркхарда Хайма о строении мира (фото с сайта sandia.gov).

Однако, чтобы привлечь этот агрегат-монстр к каким-либо опытам, имеющим отношение к теории Хайма, нужно убедить её владельцев в том, что обсуждаемое "бумажное" исследование справедливо, и что огромные затраты на опыты хоть что-то дадут.
Потому, если даже Дрёшер и Хойезер правы, в ближайшее время они едва ли кому-то докажут свою правоту на практике. А что до формул — тут тем более специалисты будут ломать копья ещё долго.
Желающие сами могут попробовать понять – как воззрения соавторов исследования соотносятся с современными общепринятыми положениями физики и популярной теорией струн (тоже предполагающей дополнительные измерения пространства). Даём ссылку на подробные расчёты Дрёшера и Хойезера ещё раз (PDF-документ).
И можно было бы на этом поставить точку. Но следует сделать важное примечание.
Почему к теории Хайма следует отнестись с вниманием? Ещё в 1982 году вычисления на суперкомпьютере, выполненные в соответствии с уравнениями этой теории, дали массы фундаментальных частиц (выведенные из других их параметров), которые соответствовали известным "взвешенным" значениям в пределах ошибки измерений.
Массы оказались посчитаны так точно, как только позволяла точность принятых значений фундаментальных констант. А в 2003 году один ученик Хайма пересчитал эти массы в соответствии с более точным значением гравитационной постоянной и получил ещё большее соответствие эксперименту.
В то же время стандартная модель, общепринятая теория элементарных частиц, просто не способна к предсказанию "на кончике пера" масс частиц с такой высокой точностью.
А это значит, что выбор AIAA не безоснователен. И авторы работы теперь говорят об интересе к ним со стороны NASA.

Минимальная численность звездолетов-поколений

Магическое число, определяющее минимальную численность экипажа звездолета, способную воспроизводить себя на протяжении смены многих поколений и обеспечивать решение поставленных задач, удалось определить американским исследователям. Оно оказалось равным 160 - примерная численность населения маленькой деревни. Использование некоторых методик социальной инженерии позволит снизить его до 80.
Исследование, проведенное антропологом Джоном Муром (John Moore) из университета Флориды совместно со специалистами по космическим полетам, позволило выработать методики космических путешествий продолжительностью в сотни лет. Если прежде в подобных случаях рассматривались криогенные методики, создание банков спермы и полувоенная организация экипажа, то теперь г-н Мур предложил организовать экипаж в качестве семьи - института, обеспечивающего воспроизводство населения на протяжении миллионов лет.
В ходе исследования, в котором изучались небольшие мигрирующие группы и использовалось специально разработанное программное обеспечение для моделирования социально-этнических процессов, удалось установить, что для космического путешествия продолжительностью 200 лет, или от 8 до 10 поколений, необходим экипаж численностью 160 человек. Это позволит для каждого члена экипажа обеспечить выбор из примерно 10 партнеров для создания семьи.
Рассматриваются две стратегии первоначальной комплектации экипажа - во-первых, он должен состоять на момент старта из молодых бездетных пар, и, во-вторых, откладывать появление потомства до 35-40 лет, что позволит снизить численность экипажа до 80 человек, однако может повысить степень медицинских рисков.
Риск генетических нарушений вследствие близкородственных браков, по мнению специалистов, невелик для 200-летнего путешествия. Значительно большую опасность может представлять наличие потенциально опасных генотипов у членов экипажа, так что, возможно, потребуется генетическая селекция (genetic screening).
Еще одну опасность для длительных полетов может представлять рост социальной напряженности, которая часто отмечается в небольших изолированных коллективах - на антарктических станциях, и даже при семейном путешествии на автомобиле, которые, как всем известно, могут чрезвычайно быстро достигать опасного накала

суббота, 8 ноября 2008 г.

Привод деформации пространства обманывает Вселенную

Полёты со скоростями на порядки выше скорости света, не нарушающие притом никаких известных законов физики, — возможны. Таков общий вывод теоретического исследования, проведённого недавно в США. Практическая реализация такого привода после этой работы не стала ни на йоту ближе, чем до неё. Но и "фундамент" для такого прорыва согреет романтика, чья душа восстаёт против тирании межзвёздных расстояний.
Героями на этот раз стали Джеральд Кливер (Gerald Cleaver) и Ричард Обоуси (Richard Obousy) из университета Бэйлора (Baylor University). Учёные из Техаса, опубликовавшие свою работу (а вернее — основные её выводы и положения) на сервере ArXiv.org, утверждают: гиперскоростной привод для космического корабля можно создать, опираясь на явления, "вытекающие" из Общей теории относительности и теории струн.
В пользу справедливости последней, кстати, говорит ряд открытий последних лет. К примеру, обнаружение непостоянства мировых констант (мю и альфы) или косвенные свидетельства наличия дополнительных пространственных измерений.
Свою работу американцы вели, отталкиваясь от концепции "Двигателя деформации пространства" (Warp Drive), предложенной мексиканским физиком Мигелем Алькубиерре (Miguel Alcubierre) в 1994 году.

Привод Алькубиерре. Большой красной стрелкой показано направление движения корабля. Виден пузырь, окружающий аппарат (иллюстрация с сайта orbitalvector.com).

Напомним вкратце: Warp Drive создаёт вокруг корабля замкнутый пузырь с отдельным "куском" пространства-времени, позади же него привод заставляет пространство-время расширяться, а впереди — сжиматься. Это приводит к перемещению пузыря вперёд со скоростью, которая может быть выше скорости света.
При этом условие, что скорость света физически нельзя превысить, — выполняется. Луч, находящийся вблизи корабля с включённым приводом (то есть внутри пузыря), точно так же улетит вперёд, как и в обычной ситуации.
Однако сам пузырь с изолированным куском пространства сможет прибыть к какой-нибудь удалённой звезде намного раньше, чем туда доберётся свет, стартовавший с Земли одновременно с Warp-кораблём.
Удивительно, но с точки зрения Природы, "надзирающей" над соблюдением своих законов, Warp-звездолёт будет неподвижен в течение всего рейса. И его кинетическая энергия даже при превышении скорости света останется такой же, какой она была до старта.
Возможно ли такое расширение пространства-времени в принципе? Тут физики вспоминают один из ранних этапов развития Вселенной после Большого взрыва — период космической инфляции, когда экспоненциально расширялась не просто материя молодой Вселенной, но сама ткань пространства.
"Мы воссоздаём инфляционный период Вселенной позади судна", — поясняет общую идею Warp Drive Кливер.
Чтобы поместить корабль в такой пузырь, сообщают физики, требуется экзотическая отрицательная энергия (кстати, позарез нужная физикам и для создания машины времени). На рисунке с приводом Алькубиерре она показана голубоватым цветом.
Откуда её взять? У авторов работы есть ответ. Посмотрите на эффект Казимира!
Между двумя близко расположенными телами (например, плоскими гладкими поверхностями), находящимися в вакууме, возникает притяжение (не гравитационное). Производит его разность в числе виртуальных фотонов, постоянно рождаемых вакуумом. Вследствие определённых резонансных явлений между пластинами таких фотонов появляется намного меньше, нежели снаружи.

Эффект Казимира: между двумя проводящими пластинами, расположенными на расстоянии порядка нескольких десятков или сотен нанометров, рождаются только виртуальные фотоны с длинами волн, кратными расстоянию. Вне пластин — любые виртуальные фотоны. Так флуктуации вакуума толкают пластины навстречу друг другу (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).

Эффект этот подтверждён экспериментально. И он (в теории) мог бы помочь космическим путешественникам, поскольку, утверждают Кливер и Обоуси, физическая интерпретация эффекта Казимира такова: во внутренней области между пластинами как раз существует отрицательная энергия.
Ещё физики указывают на родство искомой "субстанции" и космологической константы, а говоря упрощённо, — тёмной энергии — таинственным пока "чем-то", обуславливающим ускорение расширения Вселенной в настоящее время.
Понимание космологической постоянной (и причин расширения Вселенной), считают американские исследователи, является ключом к Warp Drive. Фактически этот привод должен воспроизводить тот же самый эффект в малом пространственном масштабе, но зато сам темп расширения пространства позади корабля должен быть на много порядков выше, чем скорость "раздувания" Вселенной.

Дополнительное пространственное измерение, "свёрнутое" до очень малой величины, на примере линии (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).

Другой вопрос — как заставить пространство позади нашего пузыря расширяться? Тут нужно задействовать манипулирование дополнительными пространственными измерениями, рассматриваемыми теорией струн.
Как их представить упрощённо? "Проведите" через пространство линию. С нашей точки зрения она состоит из точек. Однако вообразите, что при очень сильном увеличении каждая точка такой линии становится кольцом. Это и есть проявление дополнительного измерения.
Физики полагают, что в дополнительных измерениях пространства также рождаются виртуальные фотоны, причём — с длиной волны, позволяющей этим частицам резонировать в соответствии с размером измерения (длиной окружности кольца в нашем примере с линией). Дополнительные измерения тут выступают в роли пластинок, как в эффекте Казимира, поясняют физики, но только — в другом масштабе.
Регулируя вблизи корабля размер дополнительных измерений, сообщают американцы, мы могли бы изменять в окрестностях пузыря, несущего корабль, саму космологическую константу, а значит, — определять, как будет вести себя пространство-время.
Зависимость тут такая: расширение дополнительных пространственных измерений заставляет сжиматься наше пространство-время и наоборот, сжатие дополнительных измерений приводит к "инфляции" куска пространства в данной области. Вот и готов привод Алькубиерре.

Warp Drive по версии Кливера и Обоуси. Вверху — управление измерениями, внизу — результат для пространства (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).

Авторы исследования отмечают: чтобы запустить Warp Drive, нужно потратить порядка 1045 джоулей. Это столько, сколько содержится во всей массе Юпитера, если его перевести в энергию по знаменитой формуле Эйнштейна (E = mc2).
Несколько остужает пыл.
Но, во-первых, учёные, столь свободно манипулирующие космологической константой и измерениями пространства (пусть только в уме), вполне возможно, придумают когда-нибудь — откуда взять для своего корабля эту энергию. А во-вторых, "успокаивают" нас авторы работы, прежние оценки и вовсе показывали, что для одного Warp Drive нужно столько энергии, сколько содержится во всей массе Вселенной. Потому новая оценка — колоссальный скачок к более реальным величинам.
Кливер также приводит теоретически вычисленный предел скорости для аппарата с Warp Drive, обусловленный самой структурой пространства — 1032 c!
Правда, учёный тут же поправляет, что эта величина даже близко не достижима, с учётом всех мыслимых технологий будущего. Поскольку тут уж одним аннигилированным Юпитером не обойтись. Но ведь нас и тысяча скоростей света вполне устроят.
А куда полетим?
Например, на планету Gliese 581 c, делятся соображениями американские учёные. Это первая пригодная для жизни планета, открытая людьми. Расположена она на расстоянии 20,4 световых года от Земли. Сила тяжести там вполне умеренная (1,6 g), температура тоже (0-40 градусов по Цельсию).
Впрочем, парниковый эффект тут может огорчить колонистов. Но не беда: если последняя версия климата Gliese 581 c окажется верна, астронавтам нужно будет просто немного перенацелить свой звездолёт — на планету Gliese 581 d, находящуюся в той же самой системе.

Сравнение нашей системы и системы Gliese 581. Недавно открытая планета в последней находится в пригодной для жизни зоне (иллюстрация Gerald Cleaver, Richard Obousy).

Конечно, нам паковать чемоданы едва ли придётся. "Привод деформации невыполним в настоящее время и, вероятно, не будет выполнимым в ближайшие несколько тысячелетий", — говорит Кливер. Вот так. Может, до Gliese 581 c лучше махнуть по старинке, ракетами…
Огорчены? Ну кто знает, что смогут по этому же поводу сказать учёные лет через двадцать или тридцать.
А ещё на Warp Drive можно посмотреть совсем с другой стороны.
"Если есть дополнительные измерения и мы могли бы манипулировать ими, это открыло бы захватывающие перспективы, — прокомментировал работу коллег Лоуренс Форд (Lawrence Ford) из университета Тафтса (Tufts University). — Я не думаю, что это сразу привело бы нас к Warp Drive, но вижу другие интересные возможности в области фундаментальных научных исследований".

пятница, 7 ноября 2008 г.

Miguel Alcubierre.Движитель искажения пространства: сверхбыстрое перемещение в пределах Общей Теории Относительности (1994)

Miguel Alcubierre
Max Planck Institut fur Gravitationsphysik, Albert Einstein Institut, Schlaatzweg 1, D-14473 Potsdam, Germany.
Published in: Class. Quantum Grav. 11-5, L73-L77 (1994)
Оригинал статьи на английском здесь.


Из Специальной Теории Относительности, мы узнаем, что ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме. Этот факт остается верным и в Общей Теории Относительности, но нужно сделать одно уточнение: в Общей Теории Относительности ничто не может двигаться быстрее света в местной системе отчета.
Исходя из нашего повседневного опыта, основанного на Евклидовом пространстве, будет естественным предположить, что если в местной системе отчета нельзя превысить скорость света, тогда если даны две точки, расположенные на расстоянии D друг от друга, то невозможно совершить путешествие из одной точки в другую и обратно за время меньшее, чем 2D/c (где с - скорость света). Конечно, из теории относительности, мы знаем, что личное время путешественника может быть сколько угодно малым, в зависимости от того, насколько близко к скорости света он путешествует. Но факт в том, что при соблюдении Общей Теории Относительности, мы можем без привлечения нестандартной топологии (червоточин и т.п.) совершить путешествие туда и обратно в максимально короткий срок не только по времени путешественника, но и по времени наблюдателя.
Здесь я приведу простой пример, как это можно осуществить. Основную идею легко понять, представив ранние часы нашей расширяющейся Вселенной и двух наблюдателей в ее разных частях, которые непрерывно удаляются друг от друга с громадной скоростью. Легко убедиться, что если мы определяем скорость расширения, как норму изменения расстояния в местной системе отчета по местному времени, то мы получим скорость, намного большую скорости света. Это не означает, что наши наблюдатели будут путешествовать быстрее света, они всегда будут двигаться в своих локальных световых конусах. Огромная скорость удаления друг от друга возникает непосредственно от расширения пространства-времени.
Предыдущий пример показывает как можно использовать расширение пространства-времени для удаления от какого-либо объекта. Таким же самым способом можно использовать сокращение пространства-времени для приближения к какому-либо объекту на произвольно большой скорости. Это основа для сверхбыстрого перемещения, которое я хочу предложить: нужно создать локальную деформацию пространства-времени, которая произведет расширение пространства-времени позади корабля и сжатие пространства-времени перед ним. Таким образом космический корабль будет удаляться от Земли и непосредственно приближаться к отдаленной звезде. Аналогично нужно инвертировать процесс, чтобы вернуться обратно.
Ну и сейчас я представлю математическое обоснование вышеизложенного процесса.
Я сделаю это, пользуясь представлением 3+1 пространства [1], [2] в Общей Теории Относительности, так как это позволит чисто интерпретировать результаты. В этом представлении пространство-время описано как разложение пространственных гиперповерхностей по постоянной координате времени t. Геометрия пространства-времени при этом дается в терминах следующих величин:
3-мерная γij гиперповерхности, функция отклонения α , дающая интервал собственного времени между ближайшими гиперповерхностями, измеренный "Эйлеровыми" наблюдателями (т.е. наблюдателями, чья 4-мерная скорость является нормалью к гиперповерхности), и вектор смещения βi связывающий пространственные координатные системы на различных гиперповерхностях. Используя эти величины метрику пространства-времени можно записать так:
ds2 = -dτ2 = gαβ dxα dxβ
= -(α2 - βiβi) dt2 + 2βidxidt + γijdxidxj. (1)

Обратите внимание, что на всем протяжении метрики, в которой γij положительно определена для всех значений t пространство-время гарантировано будет глобально гиперболическим. Поэтому любое пространство-время описанное в представлении 3+1 не будет иметь никаких замкнутых причинных кривых. Предположим теперь, что наш корабль движется вдоль оси х декартовой системы координат. Мы хотим найти функцию, которая протолкнет наш корабль по траектории описанной произвольной функцией времени xs(t). Функция, имеющая это свойство выводится из (G = c = 1) :
α = 1 , (2)
βx = - υs(t)ƒ(rs(t)), (3)
βy = βz = 0, (4)
γij = δij, (5)

где:
υs(t) = dxs(t)/dt, rs(t) = [ (x - xs(t))² + y² + z² ]½,
и где ƒ это функция:
, (6)
с произвольными параметрами R>0 и σ >0
. Обратите внимание, что для больших значений σ функция приближается к быстрым цилиндрическо-подобным функциям:
, (7)
С вышеупомянутыми определениями мы можем переписать метрику (1):
ds2 = - dt2 + (dx - υsƒ(rs)dt)2 + dy2 + dz2. (8)
Геометрию нашего пространства-времени легко понять из предыдущих уравнений.
Сначала, из уравнения (5), мы видим, что 3-мерная геометрия гиперповерхностей всегда плоская. Кроме этого факт того, что отклонение α=1, говорит что времeниподобные кривые являются нормалью к гиперповерхностям, то есть, "Эйлеровы" наблюдатели находятся в свободном падении. Впрочем, пространство-время не совсем плоско из-за присутствия неравномерного сдвига. Однако, так как сдвиг вектора обращается в ноль для rs>>0, мы видим, что в любой момент времени t пространство-время будет чрезвычайно плоским всюду , кроме области с радиусом порядка R с центром в точке (xs(t), 0, 0).
Так-как 3-мерная геометрия гиперповерхностей плоская, информация о кривизне пространства-времени будет содержаться во внешнем тензоре кривизны Кij. Этот тензор описывает, как 3-мерные гиперповерхности включены в 4-мерное пространство-время, и определен как:
, (9)
где Di обозначает ковариантное дифференцирование относительно 3-мерной γij. Из определения α и γij нетрудно увидеть, что формула сводится к:
Kij = 0,5 (∂iβj + ∂jβi) (10)
Расширение θ объема пространства, связанного с "Эйлеровыми" наблюдателями, в терминах Кij выглядит как:
θ = - α Tr K . (11)
Откуда легко показать, что:
, (12)
Рисунок (1) показывает график функции θ от x и ρ = (y2 + z2)1/2, в частном случае, когда ρ = 8 и R = υs = 1. Центр возмущения соответствует положению космического корабля xs(t). Мы можем ясно увидеть как объем пространства расширяется перед кораблем и сжимается позади него.

Рисунок 1
Чтобы доказать, что траектория корабля действительно является времениподобной кривой, независимо от значений υs(t), мы заменяем x = xs(t) в метрике (8). . Так легко увидеть, что для траектории космического корабля мы будем иметь:
dτ = dt, (13)
Это подразумевает не только то, что космический корабль двигается по времениподобной кривой, но также и что его время собственное эквивалентно времени координатной системы. Так как время системы координат также равно времени собственному отдаленных наблюдателей в некоторой плоскости, мы заключаем, что космический корабль не подвергается никакому замедлению времени, покуда он перемещается. Также просто доказать, что космический корабль двигается по геодезической прямой. Это означает также, что даже при том, что ускорение в координатной системе может быть произвольной функцией времени, соответствующее ускорение вдоль траектории космического корабля всегда будет нолем. Кроме того, не трудно убедиться, что когда параметр σ является большим, деформирующие силы в непосредственной близости космического корабля являются очень небольшими (при условии, что R является большим чем размер космического корабля). Конечно, в области, где rs~ R деформирующие силы могут быть действительно очень большими .
Чтобы увидеть, как можно использовать эту метрику, чтобы совершить путешествие туда и обратно к отдаленной звезде в произвольно небольшой интервал времени, позвольте нам рассмотреть следующую ситуацию: Две звезды A и B разделены интервалом D в плоском пространстве-времени. Во время t0, космический корабль начинает удаляться от нее на скорости υ < 1 используя ракетные двигатели. Когда космический корабль остановится на расстоянии d от A, предположим, что d:
R << d << D , (14)
Именно в этой точке возмущение пространства-времени вневписанного типа, по центру от положения космического корабля, появляется впервые. Это возмущение таково, что корабль оказывается отодвинутым от точки A с ускорением относительно системы координат, которое внезапно превратилось из 0 в константное значение α. Так как корабль изначально находился в покое s = 0) возмущение будет гладко развиваться из плоского пространства-времени (см. формулу 8).
Когда корабль будет на половине пути между A и B возмущение изменится таким образом, что ускорение внезапно поменяется с α на - α . Если ускорение во второй половине пути будет противоположно тому, что мы имели в первой половине, то космический корабль в конечном счете окажется в покое на расстоянии d от B в этот момент возмущение пространства-времени исчезнет ( снова υs=0 ). Полет таким образом завершен, корабль снова перемещается в пространстве со скоростью υ.
Если изменение направления ускорения будет очень быстрым, то время путешествия в системе координат наблюдателя будет по сути равняться:
, (15)
Так как обе звезды остаются в плоском пространстве, их время собственное равно времени системы координат. Собственное время, прошедшее на космическом корабле будет:
, (16)
c γ = (1 - υ2)-1/2. Мы видим, что замедление времени присутствует только в начальной и конечной стадии пути, когда корабль движется сквозь обычное плоское пространство-время. Теперь, если будет соблюдаться условие (14), мы будем иметь:
, (17)
Теперь ясно видно, что Т может быть насколько угодно маленьким, в зависимости от значения α. Так как путешествие туда и обратно к звезде будет всего лишь в два раза дольше, мы можем заключить ,что корабль может вернуться назад к звезде A за произвольно маленький промежуток времени как с точки зрения экипажа, так и сточки зрения звезды. Скорость корабля при этом будет намного быстрее скорости света. Однако, как мы уже говорили, корабль будет оставаться на времениподобной траектории, то есть в своем локальном световом конусе: луч света тоже будет перемещен искажением пространства-времени. Механизм двигателя, основанного на локальном искажении пространства сам напрашивается на знакомое название из научной фантастики: "двигатель искажения пространства" (warp drive).
Метрика, только-что описанная мною, имеет впрочем один важный недостаток: она нарушает все три энергетических условия (слабое, энергодоминантное и сильное [3]). Оба - и слабое, и энергодоминантное энергетических условия требуют, чтобы энергетическая плотность была положительной для всех наблюдателей. Если Вы вычисляете Эйнштейновский тензор из метрики (8) и используете тот факт, что 4-мерные скорости "Эйлеровых" наблюдателей дают:
nα = (1/α)(1,-βi) , nα = (-α,0) , (18)
Откуда можно показать, что эти наблюдатели будут видеть энергетическую плотность:
, (19)
Факт, что это выражение всюду является отрицательным, означает, что слабое и энергодоминантное условия нарушены. Подобным способом можно показать, что сильное энергетическое условие тоже нарушено.
Отсюда мы видим, что так же, как в случае с червоточинами, мы нуждаемся в экзотическом веществе, чтобы путешествовать быстрее скорости света. Однако, даже если Вы полагаете, что экзотическое вещество запрещено классическими законами, известно, что квантовая теория поля разрешает существование областей с рассеивающими энергетическими плотностями при некоторых специальных oбстоятельствах (как, например, при эффекте Casimir [4]). Потребность в экзотическом веществе поэтому не обязательно отбрасывает возможность использования искажения пространство-времени так, как описано выше, для сверхбыстрого межзвездного перемещения.
В заключение, хочу добавить, что даже при том, что пространство-время, описанное метрикой (8) является глобально-гиперболическим, и следовательно не содержит никаких закрытых причинных кривых, вероятно не очень трудно создать пространство-время, которое действительно содержит такие кривые, используя идею подобную той, что представлена здесь.
Автор хочет поблагодарить Bernard F. Schutz и Gareth S. Jones за множество полезных комментариев.

Сылки

[1] C.W. Misner, K.S. Thorne and J.A. Wheeler, Gravitation, W.H. Freeman, 1973.

[2] J.W. York, “Kinematics and Dynamics of General Relativity” in: Sources of Gravitational Radiation, ed. L.L. Smarr, pp. 83-126, Cambridge University Press, 1979.

[3] S.W.
Hawking and G.F.R. Ellis, The Large Scale Structure of Spacetime, Cambridge
University Press, 1973
.

[4] B.S. DeWitt, in General Relativity: An Einstein Centenary Survey, edited by S.W. Hawking and W. Israel, Cambridge University Press, Cambridge, 1979.

четверг, 6 ноября 2008 г.

Плазменный щит

Никогда за время полётов в космос, за исключением сравнительно коротких лунных экспедиций, человек не оказывался достаточно далеко от Земли, чтобы выйти из-под влияния её магнитосферы, прикрывающей нас от солнечных вспышек. А для рейсов на Марс или дальше инженерам придётся решать задачу защиты экипажа от губительной радиации. Возможно, выходом окажется "магнитоплазменный щит", прообраз которого недавно испытали учёные.
Астронавтам из миссий Apollo просто повезло. Все экспедиции пришлись на те дни, когда солнечный ветер был не очень силён. Хотя в те годы и случались вспышки, в которых поток заряженных частиц от Солнца возрастал настолько, что мог бы поставить под угрозу не только здоровье, но даже жизнь покорителей космоса.
С Международной космической станцией дело обстоит проще. Во-первых, в значительной степени её защищает земная магнитосфера. Во-вторых, пусть и крайне разреженная атмосфера планеты, всё ещё присутствующая на высоте полёта МКС (примерно 400 км), тоже способствует защите. В-третьих, у космонавтов и астронавтов есть возможность на время вспышек укрываться в отсеке с более толстой изоляцией.
(И всё равно британцы предлагают пристыковать к МКС дополнительное убежище с ещё более мощными противорадиационными стенками.)
Основная опасность солнечного ветра проистекает от высокоэнергетических (10-100 мегаэлектрон-вольт, а в отдельных случаях до 1010 эВ) частиц, 90% которых составляют протоны, ещё 9% — альфа-частицы, а остальное в основном электроны, хотя попадаются также самые разнообразные ядра тяжёлых элементов.
Поток этот крайне разрежен, но зато несётся со скоростью от 300 до (в отдельные моменты времени) 1200 км/с, что позволяет частицам легко проникать через стенки корабля, вонзаться в тела астронавтов, повреждая клетки и, что особенно опасно, ДНК.

Даты полётов Apollo (голубые вертикальные линии с номерами экспедиций) и уровни потока протонов от Солнца (жёлтые вертикальные чёрточки). Нелинейная шкала справа – доза радиации в единицах REM. Горизонтальные линии отмечают уровни для сравнения: светло-жёлтая – средняя годовая доза на уровне Земли, жёлтая – годовая доза работников АЭС и других производств, связанных с радиацией, оранжевая — лучевая болезнь, красная – смертельная доза (иллюстрация NASA).

И главное — это плазменное течение непостоянно, а сильно зависит от погоды на Солнце. Потому в длительных межпланетных полётах (добираться до Марса придётся порядка восемнадцати месяцев) попасть в удачное "окно", как в случае с "Аполлонами", — не получится. Наращивать слои биозащиты? Это очень заметно увеличит массу корабля, которую инженеры стараются снизить всеми возможными способами.
А может, воспользоваться "патентом природы"? Коли земная магнитосфера так хорошо защищает нас от солнечных вспышек, можно ли воспроизвести её в маленьком масштабе на борту космического корабля?
Идее этой самой по себе — много лет. Но не всё с ней так просто. Ещё в 1960-х годах учёные посчитали, что только приличных размеров (более 100 километров в поперечнике) магнитный пузырь мог бы оказаться достаточно эффективным, чтобы уводить тяжёлые заряженные частицы в сторону от корабля.
Для создания такого поля на пилотируемый аппарат пришлось бы ставить столь крупные и тяжёлые катушки индуктивности и столь мощные источники электроэнергии (не вполне понятно — какие), что вся затея теряла смысл — проще было бы банально нарастить стенки.

Слева: простая стальная защита (или из иного плотного материала) недостаточна, даже при толщине в несколько сантиметров. Высокоэнергетические частицы солнечного ветра проникают сквозь неё либо производят вторичную радиацию. Справа: простое магнитное поле заставляет протоны и электроны закручиваться вокруг своих силовых линий. Это разнонаправленное вращение создаёт разделение зарядов, которое генерирует электрическое поле, в конечном итоге тормозящее ионы. Увы, для защиты корабля по такой схеме магнитное поле должно быть очень и очень сильным (иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Поэтому от магнитной защиты отказались. Но не навсегда. Ныне с новыми знаниями и новыми техническими возможностями к ней вернулись вновь.
Международная группа учёных во главе с Рут Бамфорд (Ruth Bamford) из британской лаборатории Резерфорда и Эплтона (Rutherford Appleton Laboratory — RAL) разработала проект "Мини-магнитосферы" (Mini Magnetosphere), которая могла бы закрыть корабль от космических лучей.
Исследователи посчитали, что чистый магнитный барьер действительно не справился бы с задачей (как и чистая электростатическая защита или "голый" плазменный барьер), но мини-магнитосфера, сходная с природной, — вполне сработала бы.
Это должно быть не просто магнитное поле, но сочетание поля с плазменным барьером, контролируемым этим самым полем. Такой барьер образуется из самих частиц солнечного ветра, набегающего на корабль, и этот же барьер взаимодействует с остальным потоком, а также с магнитным полем Солнца (очень слабым, но всё равно присутствующим даже на расстоянии, разделяющем Землю (или Марс) и наше дневное светило).

С учётом взаимодействия всех ингредиентов (потока высокоскоростной плазмы от Солнца, плазмы в барьере вокруг корабля, магнитного поля Солнца и поля корабля, а также токов, наводимых в плазме) магнитный щит может генерировать компактную диамагнитную полость вокруг космического аппарата, в которую солнечные космические лучи проникать практически не будут (иллюстрации Rutherford Appleton Laboratory).

Предыдущие исследования упускали из виду сложное взаимодействие сил в динамической квазинейтральной плазме, пронзаемой магнитным полем, — утверждают нынешние экспериментаторы. Везде, где есть плазма с различными по плотности и температуре областями, есть и собственные её локальные поля, поясняют учёные.
Прогресс в области токамаков — прообразов реакторов синтеза, где взаимодействию плазмы и поля уделяется огромное внимание, – позволил исследователям из Британии, Португалии и Швеции по-новому взглянуть на проблему магнитного щита для космических кораблей. Он фактически должен включать в себя все три активные защиты, рассмотренные ранее (плазменную, магнитное и электрическое поля), причём именно взаимодействие всех трёх приводит к желаемому результату.
В прошлом году участники проекта провели компьютерное моделирование, показавшее, что магнитный пузырь с поперечником порядка сотни метров (всего-то, сравните со 100 км в предыдущих работах) мог бы закрыть экипаж от действия солнечной радиации. Этот вывод был подтверждён в лаборатории, где команда Mini Magnetosphere построила миниатюрный прототип такой защиты.
Тут, кстати, надо сказать, что хотя и галактические космические лучи тоже способны нанести вред здоровью экипажа, главную угрозу путешественникам несут всё же солнечные космические лучи, интенсивность которых резко возрастает во время вспышек.

Один из участников эксперимента Джон Брэдфорд (John Bradford) из RAL наблюдает за опытной установкой, создающей "солнечный ветер в бутылке". Магнит внутри этой трубы воспроизводит в миниатюрном масштабе защитное поле нашей планеты (справа) (фото и иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Для опыта учёные воспользовались аппаратом LinX, ранее задействованным в экспериментах по изучению взаимодействия плазмы с рядом деталей токамаков. В основе установки — вакуумная труба диаметром 24 сантиметра и длиной 1,5 метра.
В ней имеется экспериментальная камера, в которую исследователи помещали постоянный или электрический магнит, имитирующий защиту корабля, а вдоль трубы специальный насос направлял сверхзвуковой (скорость больше 3 М) поток плазмы (H+, H2+ и H3+ в пропорции 90%, 5% и 5%).
Специальные катушки вокруг установки генерировали внутри поле (0,07 тесла), имитирующее межпланетное магнитное поле. Наконец, в роли генераторов поля корабля выступали по очереди постоянный цилиндрический магнит (на 0,2 тесла) и импульсный электромагнит (с напряжённостью поля на полюсах более 2 тесла).
Магниты крепились при помощи рычагов, позволявших сдвигать их относительно потока плазмы в разных направлениях.
Для снятия данных применялись различные датчики, фиксирующие распределение потока плазмы в пространстве, а также — высокоскоростная (50 тысяч кадров в секунду) видеокамера (работающая в видимом диапазоне волн), снимавшая происходящее через прозрачное окно.

Схема установки (иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Изначально у исследователей не было уверенности — а будет ли это всё же работать. Слишком много предшественников убеждали всех: действовать щит против столь высокоэнергетических частиц может только в планетарном масштабе, или около того. Однако когда установку включили — она сразу заработала, как и было задумано.
Более того, крошечная искусственная магнитосфера показала способность к саморегуляции, подобной таковой у магнитосферы Земли. "Когда она получает сильный толчок от плазмы, пузырь становится меньше. Видео показывает, что по мере повышения давления "солнечного ветра" щит становится меньше, но при этом ярче", — рассказывает Рут Бамфорд.
Экспериментаторы тщательно снимали параметры миниатюрной магнитосферы внутри аппарата, в том числе изменение плотности ионов во всех плоскостях и направлениях.
Эти данные позволили сделать вывод, что в первом приближении сравнительно простой (но довольно сильный) магнит может прикрыть себя от ударов частиц солнечного ветра. Впрочем, тонкостей тут — хоть отбавляй. (Этому опыту, кстати, посвящена статья вышедшая на днях в журнале Plasma Physics and Controlled Fusion.)

Несколько кадров опыта. Вверху: поток плазмы идёт слева. В ходе тестов учёные плавно меняли как энергию плазменного луча, так и положение защитного поля "корабля". Граница крошечной искусственной магнитосферы исправно смещалась в соответствии с балансом сил. Ударный фронт в месте резкого торможения плазмы визуализировался благодаря световой эмиссии, происходящей главным образом от взаимодействия плазмы с нейтральным газом (на врезке поток идёт справа). Внизу: вид на защитный пузырь сверху с наложением цвета, показывающего плотность плазмы (фотографии и иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).

Бамфорд заявила: "Первые эксперименты показали, что таким способом можно было бы защитить астронавтов от смертоносной космической погоды".
Итак, небольшие искусственные дыры в солнечном ветре — это всё необходимое, чтобы люди могли безопасно путешествовать к нашим ближайшим соседям (на Луну и Марс). Но до появления полномасштабных магнитных щитов, пригодных для установки на корабли, по прогнозу Бамфорд, пройдёт ещё 10-15 лет.
За это время исследователям предстоит понять, как лучше использовать такую защиту. Ведь существует ещё много нерешённых вопросов: каков будет вес конечной установки, как будет осуществляться контроль за её работой, какова окажется её надёжность.
К тому же существует выбор между вариантом монтажа магнитоплазменной защиты на самом корабле или на целом созвездии миниатюрных станций сопровождения, раскрывающих "зонтик" над пилотируемым аппаратом, когда это необходимо (да и на самом планетолёте подобная защита может работать временно, включаясь при появлении угрозы, то есть после вспышек на Солнце).
"Я не думаю, что установка сократится вплоть до всего лишь "магнита для холодильника", закреплённого на внешней поверхности космического аппарата", — смеётся Рут. Но, с другой стороны, вспомним, что раньше учёные полагали, будто генератор магнитного щита для межпланетного корабля окажется по размеру и массе едва ли не больше самого защищаемого звездолёта.