 |
Ищем жизнь повсюду: Калибровка
|
|
|
|
В настоящее время земные космические корабли уже облетели десятки планет, спутников, комет и астероидов. Корабли оснащены фотокамерами, приборами для измерения потоков тепла и радиоволн, спектрометрами для определения химического состава и массой других устройств. Мы не нашли ни намека на существование жизни в других мирах Солнечной системы. Но можно скептически относиться к тому, насколько мы вообще в состоянии найти жизнь где бы то ни было, особенно если она отличается от той жизни, которая нам известна. Только недавно мы провели самый очевидный калибровочный тест: вывели современный межпланетный зонд на околоземную орбиту и проверили, сможет ли он обнаружить нас. Все изменилось 8 декабря 1990 г.
«Галилео» – космический зонд НАСА, сконструированный для исследования гигантской планеты Юпитер, его спутников и колец. Аппарат был назван в честь героического итальянского ученого, сыгравшего столь важную роль в низвержении геоцентризма. Именно он впервые рассмотрел Юпитер как отдельный мир, открыл четыре его больших спутника. На пути к Юпитеру зонд должен был пролететь вблизи Венеры (один раз) и мимо Земли (дважды), чтобы ускориться под действием гравитации этих планет. В противном случае ему не хватило бы энергии, чтобы добраться до цели. Поскольку мы были вынуждены спроектировать его траекторию именно таким образом, мы смогли впервые систематически осмотреть Землю именно так, как ее наблюдали бы пришельцы.
«Галилео» прошел над Землей всего в 960 км от нее. За немногими исключениями, большинство из описанных в этой главе орбитальных снимков – в том числе фотографии с объектами мельче 1 км и ночные фотографии – на самом деле были сделаны с «Галилео». При помощи «Галилео» мы смогли зафиксировать кислородную атмосферу, воду, облака, океаны, полярные льды, жизнь и разум. Когда приборы и протоколы, разработанные для исследования других планет, были применены для отслеживания экологического состояния нашей собственной планеты (в НАСА эту задачу решали вполне серьезно), данный проект с подачи астронавтки Салли Райд получил название «Миссия на планету Земля».
|
|
|
Другими членами исследовательской группы НАСА, вместе с которыми мы работали над проектом поисков жизни на Земле при помощи аппарата «Галилео», были: докторант В. Рейд Томпсон (Корнеллский университет), Роберт Карлсон (ЛРД), Дональд Гарнетт (Университет штата Айова) и Чарльз Хорд (Университет штата Колорадо).
Поскольку нам действительно удалось обнаружить жизнь на Земле при помощи «Галилео», не давая зонду никакой предварительной информации о том, какова должна быть эта жизнь, мы можем быть тем более уверены, что, если не сможем найти жизнь на других планетах, это будет именно отрицательный результат. Является ли такое суждение антропоцентрическим, геоцентрическим, провинциальным? Не думаю. Мы искали не только нашу биологию. Любой распространенный фотосинтезирующий пигмент, любой газ, сильно выбивающийся из равновесия с остальной атмосферой, любые поверхностные структуры, имеющие выраженные геометрические формы, любые группы огней, стабильно возникающие в ночном полушарии, любые неастрофизические источники радиоизлучения выдали бы наличие жизни. Разумеется, на Земле мы нашли только жизнь нашего типа, но в других местах могут быть обнаружены и разнообразные иные формы жизни. Мы их не нашли. Такая проверка третьей планеты подкрепляет предположение о том, что из всех миров Солнечной системы обжит лишь наш.
Мы только приступили к поискам. Может быть, жизнь кроется на Марсе или Юпитере, на Европе или Титане. Может быть, Галактика полна миров с такой же разнообразной жизнью, как и на Земле. Возможно, мы уже на пороге подобных открытий. Но если говорить о наших современных знаниях, то в настоящий момент Земля уникальна. До сих пор не известно, чтобы в других мирах обитали даже микробы, не говоря уже о технологических цивилизациях.
|
|
|
Глава 6
Триумф «Вояджера»
Отправляющиеся на кораблях в море, производящие дела на больших водах, видят дела Господа и чудеса Его в пучине.
Псалтирь, 106: 23 (ок. 150 г. до н. э.)
Образы, которые мы предлагаем нашим детям, определяют их будущее. Поэтому важно, что это за образы. Зачастую они становятся пророчествами, которые сбываются сами по себе. Мечты – это карты.
Я не считаю зазорным изображать даже самые суровые варианты будущего. Если мы хотим избежать их, то должны знать, что такие сценарии возможны. Но где альтернативы? Где те мечты, которые мотивируют и вдохновляют? Мы хотим получить реалистичную карту мира, которую могли бы с гордостью вручить нашим детям. Где картографы человеческого предназначения? Где образы оптимистичного будущего, таких технологий, которые были бы инструментом для улучшения человека, а не приставленным к виску дулом ружья со спусковым крючком, срабатывающим от малейшего прикосновения?
НАСА, занимаясь своей обычной работой, предлагает такие образы. Но в конце 1980-х и начале 1990-х многие воспринимали американскую космическую программу скорее как череду катастроф: так, семеро отважных американцев погибли в ходе миссии[19], основная цель которой заключалась в выводе на орбиту телекоммуникационного спутника, причем этот спутник можно было запустить за меньшие деньги, никем не рискуя. А космический телескоп, отправленный на орбиту и оказавшийся страшно близоруким? Еще один случай – у зонда, запущенного к Юпитеру, не раскрылась антенна, необходимая для передачи данных на Землю. Один космический аппарат был потерян буквально перед тем, как должен был выйти на орбиту вокруг Марса. Некоторые люди содрогаются всякий раз, когда НАСА описывает очередное исследование, и мысленно посылают группу астронавтов в крошечном модуле на высоту больше 300 км, где эта капсула бесконечно вращается, а затем исчезает в никуда. По сравнению с блестящими достижениями роботизированных миссий просто поразительно, как редко пилотируемые космические экспедиции приводят к фундаментальным научным открытиям. Если не считать ремонта недоброкачественных или барахлящих спутников или запуска спутников, которые с тем же успехом можно было вывести в космос на беспилотной ракете-носителе, уже с 1970-х пилотируемые полеты, казалось, не могли выдавать таких результатов, которые были бы сопоставимы со стоимостью экспедиций. Кто-то рассматривал НАСА в качестве «подставной» организации для реализации грандиозных схем по доставке оружия в космос, несмотря на то что во многих обстоятельствах оружие на орбите – легкая мишень. В самом НАСА проявлялись многочисленные симптомы старения, атеросклероза, чрезмерной осторожности, постылой бюрократии. Возможно, сейчас эта тенденция начинает меняться.
|
|
|
Но такая критика – во многом совершенно обоснованная – не должна помешать нам увидеть и триумфы НАСА, достигнутые в тот же период: первые исследования систем Урана и Нептуна, ремонт телескопа «Хаббл» прямо на орбите, доказательство того, что существование галактик согласуется с теорией Большого взрыва, первые наблюдения астероидов крупным планом, составление карты Венеры от полюса до полюса, наблюдение за разрушением озонового слоя, демонстрация существования черной дыры в центре соседней галактики (причем масса этой дыры в миллиарды раз превышает солнечную), а также исторические начинания по совместным космическим проектам США с Россией.
Космические программы обладают долгосрочным, пророческим и даже революционным потенциалом. Телекоммуникационные спутники связывают отдельные регионы планеты, играют ключевую роль в глобальной экономике, а при помощи телевидения ненавязчиво доносят до нас важнейший факт: мы живем в глобальном обществе. Метеорологические спутники прогнозируют погоду, спасают людей от ураганов и торнадо, ежегодно позволяют экономить миллиарды долларов, которые раньше тратились из-за потерь урожаев. Спутники военной разведки и аппараты, отслеживающие выполнение международных договоров, способствуют безопасности отдельных наций и всей мировой цивилизации; на планете, где есть десятки тысяч боеголовок, эти спутники остужают пыл горячих голов и параноиков по любые стороны конфликтов. Спутники – важнейший инструмент выживания в этом неспокойном и непредсказуемом мире.
|
|
|
Спутники для наблюдения за Землей, особенно аппараты нового поколения, которые вскоре будут выведены на орбиту, отслеживают сохранность глобальной окружающей среды: парниковый эффект, эрозию плодородных почв, истончение озонового слоя, океанские течения, кислотные дожди, воздействие наводнений и засух, а также новые опасности, которые мы пока не обнаружили. Это настоящая планетарная гигиена.
Уже существуют системы глобального позиционирования, позволяющие определить ваше местоположение путем триангуляции с нескольких спутников. Вооружившись небольшим инструментом, не превышающим по размеру современный коротковолновый радиоприемник, вы можете с высокой точностью определить широту и долготу, под которыми находитесь. Больше не потеряется рухнувший самолет, корабль в тумане и на мели, водитель в незнакомом городе.
Астрономические спутники, чьи объективы направлены за пределы земной орбиты, ведут потрясающе точные наблюдения. Они проводят самые разнообразные исследования – от возможного существования планет у ближайших звезд до происхождения и судьбы Вселенной. Планетные зонды с близкого расстояния изучают роскошную россыпь миров Солнечной системы, сравнивая их судьбы с нашей.
Все эти исследования являются перспективными, воодушевляющими, волнующими и экономически выгодными. Ни одна из этих программ не требует пилотируемых экспедиций. Основная проблема, определяющая перспективы НАСА и являющаяся ключевой темой этой книги, – насколько последовательны и резонны те аргументы, которые сегодня выдвигаются в пользу пилотируемых космических полетов. Стоит ли игра свеч?
Но сначала давайте рассмотрим перспективы оптимистического будущего, которые вырисовываются благодаря космическим аппаратам, прокладывающим путь среди планет.
«Вояджер-1» и «Вояджер-2» – это космические зонды, открывшие человеческому роду Солнечную систему, проторившие путь для будущих поколений. До запуска этих аппаратов в августе и сентябре 1977 г. мы практически ничего не знали о большинстве планет Солнечной системы. За последовавшие двенадцать лет «Вояджеры» предоставили нам первые детальные данные о многих новых мирах, изучив их с близкого расстояния. Некоторые из этих миров ранее были известны лишь как размытые диски, которые мы наблюдали через окуляры наземных телескопов, другие казались просто светящимися точками, а о существовании третьих мы даже не подозревали. «Вояджеры» по-прежнему посылают нам массу данных.
|
|
|
Эти аппараты поведали нам о чудесах других миров, об уникальности и хрупкости нашего, о рождениях и закатах. Они открыли нам самые отдаленные уголки Солнечной системы. Именно они впервые исследовали тела, которые, возможно, станут родиной наших далеких потомков.
Современные американские ракеты-носители слишком слабы, чтобы за считаные годы доставить подобный зонд к Юпитеру и дальше на одной лишь энергии ракетного двигателя. Но если подойти к делу с умом (и если повезет), мы можем поступить иначе. Можно (как и в случае с «Галилео», совершившим такой вираж спустя несколько лет) пролететь вблизи одной из планет, воспользоваться эффектом гравитационной пращи так, чтобы сама планета подтолкнула зонд к следующей. Это называется «гравитационный маневр». Практически никаких затрат, только изобретательность. Все равно что ухватиться за стойку движущейся мимо карусели, чтобы она ускорила вас и забросила в каком-то новом направлении. Ускорение корабля компенсируется за счет замедления орбитального движения планеты вокруг Солнца. Но поскольку планета невероятно массивна по сравнению с кораблем, ее торможение остается совершенно незаметным. Каждый из «Вояджеров» получил от Юпитера дополнительную скорость более 64 000 км/ч. Соответственно, орбитальное движение Юпитера вокруг Солнца замедлилось. Но насколько? Спустя 5 млрд лет, когда Солнце превратится в разбухший красный гигант, Юпитер из-за встречи с «Вояджером» пройдет по своей орбите на 1 мм меньше.
«Вояджер-2» воспользовался редким расположением планет. Близкий пролет мимо Юпитера позволил ему добраться до Сатурна, таким же образом зонд полетел от Сатурна к Урану, от Урана к Нептуну и от Нептуна отправился к звездам. Но такой маневр нельзя совершить когда заблагорассудится: предыдущая возможность сыграть в такой небесный бильярд могла представиться только в годы президентства Томаса Джефферсона[20]. В те времена мы исследовали мир еще только верхом, на каноэ и парусниках. Совсем немного оставалось до изобретения пароходов – новой революционной технологии.
Поскольку финансирования не хватало, Лаборатория реактивного движения НАСА могла сконструировать аппарат, который гарантированно смог бы функционировать лишь до Сатурна. Что будет дальше – оставалось только гадать. Однако, поскольку инженерная часть проекта была выполнена безупречно, а также потому, что специалисты, которые вели корабль при помощи радиосигналов, учились быстрее, чем начинала сдавать техника, оба «Вояджера» смогли исследовать и Уран, и Нептун. На момент написания этой книги «Вояджеры» передают данные от самой далекой из известных планет Солнечной системы.
Как правило, мы гораздо больше слышим об изумительных открытиях, чем о кораблях, которые их принесли, либо о корабелах. Так было всегда. Даже в исторических книгах, восторженно описывающих путешествия Христофора Колумба, почти ничего не рассказывается о тех, кто построил «Нинью», «Пинту» и «Санта-Марию», либо об устройстве каравеллы[21]. Эти корабли, их конструкторы, плотники, навигаторы и техники позволяют оценить истинные возможности науки и инженерии, ничем не стесненной в достижении четко поставленных мирных целей. Эти ученые и мастера должны быть примерами для Америки, стремящейся к совершенству конкурентоспособности. Их лица должны быть на наших марках.
Пролетая мимо каждой из четырех планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, один или оба зонда исследовали саму планету, ее кольца и спутники. В 1979 г., достигнув Юпитера, они попали под настоящий град захваченных планетой заряженных частиц, в тысячу раз интенсивнее облучения, смертельного для человека. Окунувшись в такую радиацию, «Вояджеры» открыли кольца гигантской планеты, на спутнике Ио первые действующие вулканы, обнаруженные за пределами Земли, а также на спутнике Европа, возможно, подледный океан в безвоздушном мире – и это лишь немногие из массы удивительных находок. Минуя Сатурн (в 1980-м и 1981 г.), зонды прорвались сквозь ледяные вихри и нашли не несколько, а тысячи колец. Они исследовали замерзшие спутники, которые по загадочным причинам подтаивали сравнительно недавно, а также большой мир, где, вероятно, имеется океан, состоящий из жидких углеводородов и укрытый облаками органических веществ.
25 января 1986 г. «Вояджер-2» вошел в систему Урана и сообщил о целой череде чудес. Контакт с Ураном продолжался всего несколько часов, но данные, исправно переданные на Землю, произвели революцию в наших знаниях об этой аквамариновой планете, ее 15 спутниках, угольно-черных кольцах и поясе из захваченных высокоэнергетических заряженных частиц. 25 августа 1989 г. «Вояджер-2» промчался через систему Нептуна, запечатлел слабо освещенные далеким Солнцем калейдоскопические узоры облаков и удивительный спутник, где через невероятно тонкую атмосферу проносятся струйки мельчайших органических частиц. В 1992 г., пролетая мимо самой отдаленной из известных планет Солнечной системы, оба «Вояджера» зафиксировали радиоизлучение. Предполагается, что оно исходит от еще более отдаленной гелиопаузы – того места, где солнечный ветер уступает место звездному.
Поскольку мы прикованы к Земле, приходится рассматривать далекие звезды через искажающий их воздушный океан. Большая часть испускаемого ими ультрафиолетового, инфракрасного излучения и радиоволн не проникает через нашу атмосферу. Вполне понятно, почему космические аппараты произвели такую революцию в изучении Солнечной системы: они выходят в кристально-чистый космический вакуум, приближаются к интересующим нас целям, пролетают мимо них, как «Вояджер», либо выходят на их орбиты или даже садятся на небесные тела.
Эти космические зонды передали на Землю 4 трлн бит информации, что эквивалентно 100 000 энциклопедических томов. В книге «Космос» я описывал контакты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» с Юпитером и его спутниками. Ниже я подробнее расскажу об их встречах с Сатурном, Ураном и Нептуном.
НЕПОСРЕДСТВЕННО ПЕРЕД ТЕМ, КАК «ВОЯДЖЕР-2» должен был войти в систему Урана, в проекте миссии предусматривался последний маневр: краткий запуск бортовых реактивных двигателей для корректировки курса корабля, чтобы он смог пройти по заранее заданному пути среди стремительных спутников. Но оказалось, что корректировать курс не требуется. Аппарат уже находился в пределах 200 км от заданной траектории, успев к этому времени пройти по дуге длиной более 5 млрд км. Это все равно что с расстояния 50 км попасть булавкой в игольное ушко либо выстрелить из винтовки в Вашингтоне и попасть в яблочко в Далласе[22].
По радио на Землю была передана бесценная информация о далекой планете. Но к тому моменту, как радиотелескопы поймали сигнал, пришедший от Нептуна, «Вояджер» был уже так далеко от Земли, что мощность сигнала составила всего 10–16 Вт (пятнадцать нулей и единица после запятой). Этот сигнал настолько же слабее света обычной настольной лампы, насколько диаметр атома меньше расстояния от Земли до Луны. Все равно что услышать шажок амебы.
Миссия задумывалась в конце 1960-х. Первое финансирование поступило в 1972-м. Однако проект не был одобрен в окончательном виде (в частности, не предусматривал контактов с Ураном и Нептуном) до тех самых пор, пока зонды не завершили исследование Юпитера. «Вояджеры» были запущены в космос на ракете-носителе «Титан-Центавр» одноразового использования. «Вояджер» весит около тонны, он мог бы полностью занять небольшой домик. Каждый зонд потребляет около 400 Вт энергии – существенно меньше, чем среднее американское домовладение, – и питается от генератора, вырабатывающего энергию на основе распада радиоактивного плутония. Если бы корабль работал на солнечных батареях, то доступная ему энергия постоянно оскудевала бы по мере удаления аппарата от Солнца. Если бы не ядерная энергия, «Вояджер» не передал бы вообще никаких данных с границы Солнечной системы и, возможно, смог бы что-нибудь сообщить только о Юпитере.
Электрический ток, пронизывающий оборудование зонда, порождает достаточно сильное магнитное поле, которое совершенно не позволило бы чувствительным приборам измерять межпланетные магнитные поля. Поэтому магнитометр был установлен на конце длинной штанги, как можно дальше от источника электрических помех. Так что под определенным углом «Вояджер» немного похож на дикобраза. Камеры, спектрометры, работающие в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах, а также прибор под названием фотополяриметр расположены на гиростабилизированной сканирующей платформе, вращением которой можно дистанционно управлять – так, чтобы нацелить ее на то или иное небесное тело. Чтобы данные можно было прицельно ретранслировать на Землю, аппарат должен иметь ее координаты и ориентировать по ним свою антенну. Он также должен знать, где находится Солнце и как минимум одна яркая звезда, чтобы ориентироваться в трехмерном пространстве и аккуратно прицеливаться на любое космическое тело, мимо которого пролетает. Если нет возможности точно сориентировать камеру, то нет нужды и пересылать изображения на миллиарды километров.
Каждый из этих космических зондов стоит примерно столько же, сколько современный стратегический бомбардировщик. Но в отличие от бомбардировщика «Вояджер» после запуска уже нельзя вернуть в ангар и отремонтировать. Соответственно, компьютеры и электроника этих аппаратов проектировались с большим запасом. Основное оборудование, в том числе критически важный радиоприемник, имеют как минимум одно дублирующее устройство, ожидающее вызова до тех пор, пока не возникнет такая необходимость. Когда любой из «Вояджеров» сталкивается с проблемами, бортовые компьютеры задействуют разветвленную логику решения нештатных ситуаций, чтобы выработать адекватный план действий. Если это не помогает, зонд отправляет в ЦУП сигнал о помощи.
По мере того как «Вояджеры» все дальше уходят от Земли, увеличивается и длительность обмена радиосигналами. К тому моменту, как «Вояджер» достиг орбиты Нептуна, это время уже достигает около 11 часов. Соответственно, в случае аварии зонд должен «суметь» самостоятельно перейти в ждущий режим до тех пор, пока не получит инструкций с Земли. По мере износа оборудования сбои должны происходить все чаще, как в аппаратном, так и в программном обеспечении «Вояджера». Однако до сих пор не наблюдается никакой серьезной деградации аппарата – образно говоря, «механической болезни Альцгеймера».
Это не означает, что «Вояджер» безупречен. Бывали в его работе и критические накладки, ставившие под угрозу всю миссию. Во всех подобных случаях собирается специальная группа инженеров – некоторые из них участвуют в программе «Вояджер» с самого начала – и приступает к проработке проблемы. Специалисты ищут причины ее появления, а также опираются на уже имеющийся опыт работы с неисправными подсистемами. Ставятся эксперименты на оборудовании, идентичном тому, что установлено на «Вояджере», но никогда не покидавшем Земли. Иногда даже изготавливается множество экземпляров отказавшего компонента, чтобы рассмотреть нештатную ситуацию со статистической точки зрения.
В апреле 1978 г., почти через восемь месяцев после запуска, на подходе к поясу астероидов аппарат пропустил команду с Земли (это была человеческая ошибка), в результате чего его бортовой компьютер переключился с основного радиоприемника на резервный. В ходе следующего сеанса связи между ЦУП и зондом резервный приемник не смог захватить сигнал с Земли. Отказал конденсатор автоподстройки частоты. Через семь дней, в течение которых «Вояджер-2» оставался недоступен, его программа защиты от отказов внезапно приказала резервному приемнику выключиться, а основному – снова включиться. Удивительно – причина этого до сих пор неизвестна, – но через несколько секунд отказал основной приемник. Он так больше и не заработал. В довершение всего бортовой компьютер теперь упрямо пытался использовать именно основной приемник. В результате этой злосчастной череды человеческих и машинных ошибок корабль находится в серьезной опасности. Никто не мог придумать, как вновь настроить «Вояджер-2» на работу с резервным приемником. Но даже если бы это удалось сделать, резервный приемник не смог бы получать команды с Земли из-за того самого сломавшегося конденсатора. Многие участники проекта тогда решили, что все пропало.
Но спустя неделю, в течение которой упрямо игнорировались все команды, инструкции по автоматическому переключению между приемниками были приняты и запрограммированы в норовистом бортовом компьютере. В течение той же недели инженеры ЛРД разработали новую последовательность управления частотами команд, чтобы убедиться, что важнейшие «приказы» будут правильно интерпретированы поврежденным резервным приемником.
Инженерам удалось восстановить связь с аппаратом, пусть и на примитивном уровне. К сожалению, теперь резервный приемник немного «поплыл», чувствительно реагируя на изменение температуры, вызванное включением-выключением разнообразных компонентов аппарата. В течение следующих месяцев инженеры ЛРД разработали и провели тесты, позволившие подробно изучить температурные тонкости большинства эксплуатационных режимов корабля: в каких условиях могут или не могут приниматься команды, поступающие с Земли?
Располагая этой информацией, удалось полностью обойти проблему с резервным приемником. Впоследствии корабль успешно принял с Земли все команды с инструкциями, как собирать информацию в системах Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Инженеры спасли миссию. Чтобы перестраховаться, в течение большей части дальнейшего полета «Вояджера-2» номинальный объем данных о следующей по курсу планеты обязательно заносился в бортовой компьютер – на случай, если корабль вновь «оглохнет».
Еще одна жуткая поломка произошла в августе 1981 г., сразу после того, как «Вояджер-2» показался из-за Сатурна (если смотреть с Земли). Сканирующая платформа интенсивно вращалась, фокусируясь на кольцах, спутниках и самой планете – период близкого контакта был очень недолгим. И вдруг платформу заклинило. Это было ужасно: мы знали, что корабль пролетает мимо невиданных чудес, которые мы не сможем увидеть в ближайшие годы или десятилетия, а злосчастный аппарат вперился в пустоту, игнорируя все на своем пути.
Вращение сканирующей платформы обеспечивают специальные приводы, работающие на зубчатых передачах. Поэтому для начала инженеры ЛРД организовали имитацию миссии и запустили привод, идентичный тому, что был на корабле. Привод отказал через 348 оборотов; между тем на корабле такой же привод успел совершить 352 оборота. Оказалось, что проблема связана со смазкой. Отлично – и что дальше? Естественно, нельзя было доставить на «Вояджер» масленку.
Инженеры решили проверить, удастся ли запустить отказавший привод, попеременно нагревая и остужая его. Может быть, из-за такого термического воздействия детали привода будут расширяться и сжиматься с разной скоростью и система разблокируется? Эта гипотеза была протестирована в лаборатории на специально изготовленных приводах, и результат оказался триумфальным: действительно, таким образом можно сдвинуть с места сканирующую платформу в космосе. Кроме того, технологи разработали способы заблаговременной диагностики других процессов, которые могли бы спровоцировать отказ привода, чтобы при их возникновении заранее решить проблему. Впоследствии сканирующая платформа «Вояджера-2» работала превосходно. Все снимки, сделанные в системах Урана и Нептуна, получены благодаря этой работе. Инженеры вновь спасли ситуацию.
«Вояджеры-1, 2» проектировались только для исследования систем Юпитера и Сатурна. Действительно, траектории кораблей должны были вынести их к Урану и Нептуну, но официально эти планеты никогда не рассматривались в качестве целей проекта «Вояджер»: не предполагалось, что корабли смогут функционировать так долго. Поскольку мы хотели поближе рассмотреть таинственный спутник Сатурна Титан, «Вояджер-1» повернул к нему от Сатурна и отправился по пути, на котором не лежит ни один из известных миров. Именно «Вояджер-2» добрался до Урана и Нептуна и исследовал их с невероятным успехом. На таких огромных расстояниях солнечный свет становится все слабее, а передача радиосигнала на Землю требует все больше времени. Это были серьезные, пусть и предсказуемые проблемы, и их также предстояло решить инженерам ЛРД.
Поскольку в районе Урана и Нептуна довольно темно, телекамеры «Вояджера» должны были снимать с длительной экспозицией. Но, например, через систему Урана корабль летел так быстро (на скорости около 56 000 км/ч), что изображение получилось бы смазанным и нечетким. Чтобы компенсировать этот эффект, весь зонд при съемке должен был поворачиваться вместе с телекамерой, чтобы ее собственное движение было сведено к нулю – примерно как при съемке уличной панорамы из автомобиля в направлении, противоположном курсу движения машины. Возможно, в теории это просто, но не на практике. Приходится нейтрализовать даже самые слабые движения. При нулевой гравитации даже пуск и остановка бортового магнитофона могут весьма заметно встряхнуть аппарат, и картинка смажется.
Проблему удалось решить, управляя маленькими ракетными двигателями зонда (так называемыми «микродвигателями»), крайне чувствительными устройствами. Небольшие газовые импульсы в начале и в конце каждой последовательности приема данных позволили компенсировать толчки магнитофона, слегка встряхивая весь корабль. Чтобы справиться с малой мощностью радиосигнала, достигающего Земли, инженеры разработали новый, более эффективный способ записи данных, а между радиотелескопами на Земле наладили электронную связь, чтобы повысить их чувствительность. В целом можно было сказать, что на подлете к Урану и Нептуну съемочная система во многих отношениях работала лучше, чем у Сатурна и даже у Юпитера.
Миссия «Вояджеров» еще не закончена. Разумеется, существует вероятность, что уже завтра на корабле откажет какая-нибудь критически важная система, но если учитывать только период полураспада плутониевого топлива, то «Вояджеры» должны быть в состоянии передавать на Землю информацию вплоть до 2015 г.[23]
«Вояджер» – умная машина, причем не без человеческих качеств. Он расширяет наши горизонты до дальних миров. При решении простых задач и краткосрочных проблем «Вояджер» руководствуется собственным интеллектом, но более сложные задачи и долгосрочные трудности требуют участия коллективного разума и опыта инженеров ЛРД. Разумеется, такая тенденция будет все заметнее. «Вояджеры» воплощают технологию начала 1970-х; если бы космический аппарат для такой миссии проектировался сегодня, то он был бы оснащен потрясающими новыми технологиями, касающимися искусственного интеллекта, миниатюризации, скорости обработки данных, возможности самодиагностики и ремонта, а также обучения на собственном опыте. Кроме того, такой зонд обошелся бы гораздо дешевле.
Во многих условиях, опасных для человека – как на Земле, так и в космосе, – будущее за альянсом людей и роботов, причем два «Вояджера» – признанные пращуры и пионеры в этой области. Аварии на ядерных объектах, катастрофы в шахтах, глубоководные исследования и археология, производство, изучение вулканических недр и работа по дому – вот лишь некоторые сферы, которые могут коренным образом измениться, если наготове будет множество умных, мобильных, компактных и послушных роботов, которые к тому же смогут диагностировать собственные неполадки и ремонтировать сами себя. Вероятно, в ближайшем будущем их племя умножится.
Житейский опыт подсказывает, что большинство государственных проектов заканчивается катастрофой. Но проект «Вояджер» был реализован государством вместе с еще более страшной конторой – академией. Зонды оправдали себя по стоимости, по сроку службы и кардинально превзошли собственные проектные показатели – как и самые смелые мечты своих создателей. Эти прекрасные машины, не предназначенные порабощать, калечить и разрушать, символизируют нашу исследовательскую жилку, тягу к путешествиям по Солнечной системе и за ее пределами. Открывая настоящие сокровища, такая технология предоставляет их всем людям во всем мире. За последние несколько десятилетий это был единственный проект Соединенных Штатов, восторженно воспринятый многими, кто с отвращением относится к американской политике, как и теми, кто во всем соглашается с США. За срок от запуска до выхода к Нептуну «Вояджеры» обошлись каждому американцу менее чем в пенни за год. Межпланетные полеты относятся к тем начинаниям (здесь я имею в виду не только США, но и все человечество в целом), которые удаются нам особенно хорошо.
Глава 7
Среди спутников Сатурна
Попробуй сядь султаном в окружении Сатурновых лун.
Герман Мелвилл. Моби Дик (1851)
Существует мир, средний по размеру между Луной и Марсом, верхние слои атмосферы которого искрятся электричеством, а вечные бурые облака подернуты странным темно-оранжевым оттенком, и самая настоящая органика выпадает с небес на неизведанную сушу под облаками. Этот мир находится так далеко, что даже свет от Солнца летит к нему более часа. Космический аппарат тратит на этот путь целые годы. В этом мире еще полно тайн – в частности, не известно, есть ли там большие океаны[24]. Однако мы знаем о нем вполне достаточно, чтобы понимать, что в пределах нашей досягаемости может быть место, где прямо сейчас разворачиваются именно такие процессы, которые миллиарды лет назад привели к возникновению жизни на Земле.
В нашем родном мире протекает долгосрочный – и в некотором отношении весьма многообещающий – эксперимент по эволюции материи. Возраст древнейших известных окаменелостей – 3,6 млрд лет. Разумеется, жизнь должна была зародиться гораздо раньше. Но 4,2 или 4,3 млрд лет назад Землю так сильно сотрясало на последних этапах ее формирования, что жизнь еще не могла возникнуть. Из-за чудовищных столкновений с космическими телами суша плавилась, океаны превращались в пар, а та атмосфера, которая успевала скопиться с момента последнего столкновения, улетучивалась в космос. Итак, около 4 млрд лет назад возникло довольно узкое окно – пожалуй, всего лишь около 100 млн лет, – за которое возникли древнейшие из наших предков. Как только сложились подходящие условия, жизнь развилась очень быстро. Каким-то образом. Первые живые существа, вероятно, были неказисты – значительно менее приспособлены, чем самые примитивные нынешние микробы; пожалуй, они едва могли воспроизводить грубые копии самих себя. Но естественный отбор, основополагающий процесс, впервые непротиворечиво описанный Чарльзом Дарвином, оказался инструментом такой невероятной силы, что даже от самых скромных истоков на Земле в итоге возникла необычайно богатая и прекрасная биосфера.
Эти первые живые существа состояли из частей, компонентов, кирпичиков, которые сформировались сами по себе – то есть под действием законов физики и химии на безжизненной Земле. Строительные блоки всей земной жизни называются органическими молекулами – молекулами на основе углерода. Из колоссального количества тех органических молекул, которые могут существовать, лишь немногие составляют основу жизни. Два важнейших класса таких молекул – это аминокислоты, сырье для белков, и нуклеотидные основания, компоненты нуклеиновых кислот. Откуда же взялись эти молекулы прежде, чем возникла жизнь? Существует лишь два источника: извне или с самой Земли. Нам известно, что в древности Земля гораздо чаще подвергалась ударам комет и астероидов. Эти маленькие миры являются настоящими кладовыми органических молекул, и при столкновении некоторые молекулы могли уцелеть. Здесь я расскажу о «доморощенном», а не «импортном» добре: о тех органических молекулах, которые образовались в атмосфере и в водах первозданной Земли.
К сожалению, мы почти ничего не знаем о составе древней атмосферы, а органические молекулы очень легко образуются в одних атмосферах и почти не возникают в других. На молодой Земле не могло быть большого количества кислорода, поскольку кислород выделяют зеленые растения, которых еще не существовало. Вероятно, в атмосфере было больше водорода, так как водород очень распространен во Вселенной и утекает из верхних слоев земной атмосферы в космос лучше, чем какой-либо иной элемент (поскольку водород очень легкий). Если бы мы попытались вообразить различные возможные ранние атмосферы, то могли бы и воспроизвести их в лабораторных условиях, наполнить определенной энергией и посмотреть, какие органические вещества при этом образуются и в каких количествах. С годами такие эксперименты зарекомендовали себя как стимулирующие и многообещающие. Но наше незнание исходных условий ограничивает их значение.
Нам нужен настоящий мир, атмосфера которого по-прежнему содержит некоторые из газов, богатых водородом; мир и в других отношениях напоминающий Землю; мир, где органические первокирпичики жизни обильно образуются в наше время; мир, где мы можем поискать наши истоки. В Солнечной системе есть всего одно такое место[25]. Это Титан, большой спутник Сатурна. Его диаметр около 5150 км, что составляет чуть менее половины земного. Титан совершает полный оборот вокруг Сатурна за 16 земных су<
|
|
|
