В погоне за Солнцем (другой перевод)
Шрифт:
В январе 1958 года президент Эйзенхауэр создал Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (НАСА), а ЛРД была переведена под его контроль. Тогда же на орбиту был выведен Explorer 1 – “к единодушному вздоху облегчения обеспокоенной американской публики” [895] . Делая оборот вокруг Земли каждые 113 мин, этот аппарат радировал данные о температуре, метеоритах и радиации. Еще больше приборов устанавливалось на стратосферных воздушных шарах, высотных самолетах и ракетах, а ученые, занимающиеся Солнцем, получили новые телескопы или значительно усовершенствовали старые [896] . Между 1957-м и 1975-м сообщество физиков Солнца приблизительно удвоилось: в 1967 году появился журнал Solar Physics: A Journal for Solar Research and the Study of Solar Terrestrial Physics, который вскоре начал публиковать более двухсот статей в год. Начиная с 1959 года американская и советская программы посылали все более и более сложные космические аппараты во все более и более продолжительные полеты [897] .
895
Цит. в: Michael Sims, Apollo’s Fire: A Day on Earth in Nature and Imagination. New York: Viking, 2007.
896
Wilford, Remembering When the U. S. Finally (and Really) Joined the Space Race. Первая американская попытка, Vanguard TV3, запущенный 6 декабря 1957 года, стала поразительным провалом, обрушившись несколькими футами в стороне от посадочной площадки, его немедленно прозвали “флопник” (от англ. flop – провал. – Прим. пер.).
897
Разработка Explorer I велась в ЛРД под большим секретом под кодовым названием Project Deal. Как объяснял после запуска “спутника” администратор проекта Джек Фролих, игрок в покер, “после того как сорван большой куш, победитель сидит и глупо шутит, а проигравший кричит: “Deal!”. Названия не всегда подходят; позднее, когда Америка работала над высадкой человека на Луну, эта программа была названа “Аполлон”.
7 марта 1962 года НАСА запустило Орбитальную солнечную обсерваторию – 1, которая получала энергию от солнечных фотоэлементов и своей средней секцией постоянно ориентировалась на Солнце. Это было безусловным успехом, но в начале 1964-го космическая программа претерпела серьезное сокращение финансирования, связанное с разрушительной неисправностью одного сателлита в Космическом центре Джона Ф. Кеннеди, когда погибли три инженера, и с неудачным запуском третьей орбитальной обсерватории, когда ракета дала импульс раньше, чем нужно. В конце 1965 года проект Advanced Orbiting Solar Sattelite был свернут, в течение еще четырех лет администрация Никсона завершила программу, в рамках которой строилась лунная ракета “Сатурн-5”, одним движением отказав человечеству “в вездесущем присутствии по всей солнечной системе” [898] .
898
См. онлайн-историю Лаборатории реактивного движения (редактор и ведущий автор – Фрэнклин О’Доннелл): www.jpl.nasa.gov/jplhistory
Но от использования космических аппаратов для наблюдений за Солнцем было невозможно отказаться, и вскоре НАСА возобновило программу, запустив “Солнечную лабораторию – 3”, а также приступив к наиболее амбициозному проекту – управляемой людьми космической обсерватории Skylab Apollo Telescope Mount. Автоматическая версия “Скайлэб” была запущена в мае 1973 года, она несла на борту четыре прибора – спектрограф ультрафиолета и спектрогелиограф (стоимостью 40,9 млн долларов), спектрогелиометр ультрафиолета (34,6 млн), коронограф белого света (14,7 млн) и рентгеновский телескоп (относительно дешевый, всего 8,3 млн). Расходы такого уровня означают, что практически все финансовые вливания в астрономию были сделаны за последние сорок лет.
Впрочем, именно в эту декаду (1971–1980) национальные приоритеты сместились в сторону от науки по двум основным причинам. Во-первых, по экономической: расходы на войну во Вьетнаме, рост цен на нефть в странах ОПЕК, расходы, требуемые на социальную программу и вопросы окружающей среды, вызывали сомнение в целесообразности финансирования всяких внеземных технологий. Вторая была политической: ученые часто оказывались в жесткой оппозиции американской внешней и военной политике, что поднимало вопрос, не тратятся ли деньги на поддержание непатриотических элементов. Физика Солнца пострадала особенно сильно: в официальном докладе отмечалось, что к концу 1970-х она превратилась в изолированную область исследований, недофинансировалась и оставалась недостаточно изученной. Астрономы в целом оставались “в значительной степени в неведении или их это не волновало” [899] . Финансовые проблемы и сокращения программ продолжались, ситуация еще сильнее обострилась в январе 1986-го, когда над Флоридой взорвался космический челнок “Челленджер” вместе со всей командой. НАСА на четыре года отложило запуск “Улисса”, космического аппарата для наблюдений над солнечными полюсами, и отменило разработку крупного солнечного телескопа, которую планировало ранее.
899
Carolyn Porco, NASA Goes Deep. The New York Times. 2007. 20 февраля. A19.
Европа тоже не отставала от Америки в сокращении космических программ: еще в далеком 1976 году Гринвичская обсерватория прекратила фотографирование солнечных пятен после ста двух лет беспрерывной работы, а четырьмя годами позже правительство Швейцарии закрыло центр сбора статистики по солнечным пятнам. Но исследователи все равно не сдавались и с 1970-х годов сделали немало замечательных открытий. Самым заметным из всех стало то, что позже назвали солнечным ветром.
Вернемся немного назад. В 1951 году немецкий астроном Людвиг Бирман (1907–1986) предположил, что хвосты комет постоянно повернуты от Солнца не в результате действия света, а благодаря потоку частиц, которые отражают ионы кометных хвостов. Отталкиваясь от идеи Бирмана, физик-теоретик Юджин Н. Паркер (р. 1927) из Чикаго предположил, что такой поток частиц вызван постоянным колоссальным расширением короны (на миллионы миль в час), которое он назвал солнечным ветром, чтобы подчеркнуть динамический характер процесса. Этот ветер движется внутрь на северном полюсе Солнца и вовне – на южном. Как утверждает Паркер, на яркость солнечной поверхности особенно воздействуют вертикальные течения. Воздействие ветра на Землю крайне слабо в сравнении с солнечным излучением (от него не шевельнется даже волосок на голове), но он воздействует на магнитные поля в межпланетном пространстве, продолжая силовые линии короны вглубь солнечной системы. Среди различных гипотез Паркера была и такая: собственное магнитное поле Земли было “вытянуто” этими ветрами таким образом, что стало по форме ближе к капле, чем к сфере.
В конце 1950-х немецкий геофизик Юлиус Бартельс сопоставил солнечный ветер с его потенциальным источником на Солнце – “М– областями” (М здесь вполне уместно, от англ. mystery – тайна), зонами необъяснимо низкой корональной эмиссии. Ученые в МТИ (Массачусетском технологическом институте) предприняли попытки измерить эти области с помощью зонда, запущенного с Explorer 1 25 февраля 1961 года; он замерял плотность потока, его скорость и направление. Mariner 2, запущенный годом позже, установил, что Солнце постоянно извергает на скорости 400–700 км / с (иногда доходя до 1250 км / с) потоки плазмы, температура которой растет или падает вместе со скоростью. У короны оказалось достаточно энергии, чтобы выплескиваться далеко в космос.
За этим в исследованиях последовала заметная пауза, в том
900
Karl Hufbauer, Exploring the Sun. Baltimore: Johns Hopkins University Press, 1993. Р. 245. Летом 2005 года я побывал в главной обсерватории Пекина и беседовал там с энергичной молодой ученой Чэнь Цзе, которая заканчивала диссертацию по корональным петлям, пересекающим солнечный экватор. Она с огромным уважением отзывалась о докторе Паркере: “Когда наконец дадут Нобелевскую премию за физику Солнца, она по праву должна достаться ему”. До сих пор этого не случилось, может быть, доктор Паркер пока не произвел “выдающейся работы” или физика Солнца постоянно оказывается вне благосклонности мудрых мужей из Стокгольма.
В 1978 году в докладе для Совета по космическим исследованиям Национальной академии Паркер заявил: “Наше дневное светило находится на пороге того, чтобы открыть нам ряд явлений, на первый взгляд не поддающихся рациональному объяснению… но в конечном итоге стимулирующих понимание новых процессов… как в физике, так и в астрофизике”. В более поздней работе он заключил, что физика Солнца – “мать астрофизики” [901] . Ведь
температура, светимость, масса и радиус Солнца должны были стать известны прежде, чем появились серьезные основания утверждать, что далекие звезды также являются солнцами. Так и газообразная природа Солнца установилась прежде, чем концепция светящейся газовой сферы, самоподдерживающейся и воздействующей на самое себя гравитацией, смогла получить количественное развитие и позволить оценить физические условия в глубине звезды [902] .
901
A. K. Dupree, J. M. Beckers и др., Report of the Ad Hoc Committee on the Interaction Between Solar Physics and Astrophysics. 1976. June 18. См.: Hufbauer, Exploring the Sun. Р. 191–192.
902
См.: E. N. Parker, C. G. Kennel, L. J. Lanzerotti, eds., Solar System Plasma Physics. Amsterdam: North-Holland, 1979. 1:3–49.
Если вкратце, наблюдается естественный прогресс в постижении Солнца. Этот прогресс значительно ускорился полувековой чередой открытий. Когда Паркер писал эти слова, ученые уже создали трехмерные модели, разметили на них межпланетные магнитные линии и начали исследовать динамику солнечных бурь. Voyager 1 (запущенный через две недели после своего преемника, 5 сентября 1977 года) до сих пор действует, хотя и уходит все дальше от Солнца, находясь от него уже на расстоянии в 15,5 млрд км. Он вошел в зону гелиопаузы, где солнечный ветер находится в равновесии с окружающей межзвездной средой. Около 2015 года он покинет солнечную систему и направится в открытое межзвездное пространство [903] .
903
Покидающий солнечную систему Voyager 1 (как и Voyager 2, который последует за ним в 2017 году) несет сообщение для любой разумной жизни, которая его обнаружит. Мне показывали в ЛРД копию золотой пластинки не больше обеденной тарелки, закрепленной на обоих аппаратах. Там содержится восемьдесят семь изображений, представляющих человечество: наши тела, наш образ жизни, наше взаимодействие с планетой, а также инструкция по созданию проигрывателя для пластинки. Делегаты ООН записали приветствия на практически всех известных языках мира – от “Навестите нас, когда будет время” до “Да возлягут почести утра на ваши головы”. Нашлось место и для музыки – от Бетховена до рок-н-ролла (Чак Берри), от песнопений австралийских аборигенов до хора кузнечиков и лягушек, а также для звука поцелуя.
Сейчас почти каждый год запускается по новому аппарату. Вероятно, самой важной из всех солнечных миссий стал проект SOHO (декабрь 1995-го) – среди множества его функций было раннее предупреждение о массовых выбросах, могущих повредить астронавтам, а также предупреждение (за три дня) о солнечных волнениях, направленных в сторону Земли [904] . Проект TRACE (Transition Region and Coronal Explorer, 1998) фотографирует солнечную фотосферу, переходную зону и корону. Stardust (1999) вернулся на Землю в начале 2006 года с миллионом пылинок (весящих в совокупности не больше нескольких крупинок соли), собранным за время трех оборотов вокруг Солнца; Cluster 2 (2000), совместный проект НАСА и европейских космических структур, запустил четыре аппарата для анализа происхождения солнечных пятен, а также наблюдения за взаимодействием солнечного ветра и прочих намагниченных частиц. В августе 2003-го, после двадцати трех лет подготовки, на орбиту был выведен космический телескоп “Спитцер”. Эта четвертая и последняя из крупнейших обсерваторий НАСА мониторит тепло, излучаемое небесными телами, и фиксирует то, как первичная материя образует галактики: одна из галактик, Сомбреро, предположительно содержит 800 млрд солнц [905] . Впоследствии, в конце 2006 года, к ним присоединились еще две: STEREO (Solar Terrestrial Relations Observatory – Обсерватория солнечно-земных отношений, два космических аппарата НАСА, которые в стереорежиме отслеживают масштабные солнечные электромагнитные бури), и японская Hinode (“Восход”; в японской традиции спутники получают имя только после благополучного выхода на орбиту). Телескоп Hinode вскоре начал посылать эффектные изображения солнечных пятен и бурь, одни из самых красивых в истории. В 2010 году НАСА запустило Обсерваторию солнечной динамики, спроектированную для изучения причин вариабельности Солнца и его воздействия на Землю; это был первый запуск в рамках программы “Жизнь со звездой” (Living with a Star, LWS).
904
E. N. Parker, Solar Physics in Broad Perspective в The New Solar Physics: Proceedings of an AAAS Selected Symposium 17, ed. John Eddy. Boulder, Colo.: Westview Press, 1978. Р. 3.
905
См.: Alex Wilkinson, The Tenth Planet, The New Yorker. 2006. 24 июля. Р. 50–59.