В погоне за Солнцем
Шрифт:
Мы обнаружили очень странные явления за пределами фотосферы Солнца. У нас есть подъем энергии, очевидно из-за роста температуры, но мы не уверены в устройстве этого равновесия. Два процесса могут извлекать энергию из магнитного поля и ускорять ветер. Первый – когда два разнонаправленных магнитных поля воздействуют на плазму и при сближении происходит преобразование поля, которое высвобождает энергию. Это один из процессов, ответственных за взрывные утечки энергии – выплески энергии в солнечный ветер.
Второй процесс, если проводить грубую аналогию, напоминает микроволновую печь. Материя, извергающаяся из Солнца, начинает подниматься вверх на дозвуковых скоростях, но чем дальше она поднимается, тем быстрее она нагревается и ускоряется. К моменту достижения Земли она уже движется со скоростью 300–400 км / с. Этот процесс мы пока не до конца понимаем и сейчас как раз находимся на стадии сведения его воедино.
Нейл как раз собирался отбывать в Антарктику,
Марко сообщил мне, что был занят попытками дотянуться до Солнца последние тридцать лет, “и наконец, похоже, мы дотуда достанем”. Исходный план был, как он говорит, таков: подвести Solar Probe Plus на расстояние в три радиуса от солнечной поверхности, около 2 087 892 км. “Сейчас мы уже говорим о десяти радиусах, но все равно радиация там невыносимая”. Зонд будет готов к запуску в 2015 году, говорит Марко. Он протягивает голограмму, где видно, как Solar Probe Plus будет выглядеть на орбите: большое красное сопло, занимающее две трети картинки, внизу слева конус лазерного света бьет вперед, толстый защитный диск, за ним башня из желтого металла, в которой находятся записывающие устройства. При повороте карточки луч лазера проникает еще дальше в солнечные глубины, а сама звезда клубится волнами ветра и частиц. Даже в качестве макета это производит очень сильное впечатление [910] .
910
Одновременно с подготовкой семисотпятидесятимиллионного Solar Probe Plus, Европейское космическое агентство разрабатывает SolarOrbiter, намеченный к запуску на 2017 год. Спустя три с половиной года полета, покрыв около 120 млн км, зонд ляжет на околосолнечную орбиту на расстоянии в 32 млн км от звезды. В программе зонда заложено фотографирование Солнца из положения над полюсом. Передняя кромка зонда нагреется до температуры в 600 °C, в то время как внутренняя температура космического аппарата останется комнатной.
Что, вероятнее всего, покажут фотографии с зонда? Крапчатая, зернистая текстура Солнца постепенно уплотняется при движении в сторону ядра, говорит Велли. Консистенция вещества вокруг ядра напоминает плотный йогурт, магнитные поля там в шесть тысяч раз мощнее земного.
Solar Probe нацелен на максимальное сближение с Солнцем, на замер частиц и структуры солнечной атмосферы. Мы будем задаваться вопросами: где хранится вся эта энергия? как она может так быстро высвобождаться? почему ветер устроен именно так? Есть некоторое противоречие в том, что вселенная расположена так далеко и требует такой сложной техники для исследования, в то время как Солнце прямо здесь, мы постоянно смотрим на него. В ближайшие двадцать лет мы узнаем, откуда берет энергию солнечная корона, как образуется солнечный ветер, начнем понимать очертания климатической системы и метеорологии и то, как солнечные воздействия на климат порождаются ветром [911] .
911
Нейл Мерфи, интервью с автором 6 декабря 2007 года.
Ветер, продолжает он, дует не постоянно, а быстрыми и медленными потоками: в районе солнечного экватора он достигает скорости около 320– 400 км / с, замедляясь в областях образования солнечных пятен и, напротив, ускоряясь ближе к полюсам до 800 км / с. Марко, как и Нейл перед тем, воодушевился и рассказывает мне о плазме, о том, как следует определять фотосферу, что приводит к переключению магнитных сил между полюсами. Наконец наступает момент моего финального вопроса: “Мог ли ты выбрать себе более сложный предмет для погружения?” Марко смеется неожиданно глубоким басом: “Вряд ли”.
По самой своей природе сателлиты, вращающиеся высоко в небе, обладают определенным величием, но и сопровождаются серьезными проблемами. Например, космический аппарат, несущий большой телескоп, нуждается в специальной защите при приближении к Солнцу ближе чем на десять радиусов, что делает его чрезмерно дорогим. Для сравнения, телескопы на Земле добиваются того, что сателлиты могут получить только время от времени. Соответственно, для наземного использования разрабатываются все более крупные телескопы: такие монстры, как QUEST и телескоп Сэмюеля Ошина в Паломарской обсерватории, позволяют астрономам,
912
Dennis Overbye, The New York Times. 2003. 29 июля. F4. Пока настоящая наука использует все более крупные инструменты, технологическое развитие 1990-х сделало широкодоступным цифровое фотографирование неба. Теперь вместо телескопов многие астрономы-любители снимают на цифровые камеры, которые переводят изображение на экраны компьютеров.
Эти устройства могут заметить самый далекий из известных квазаров, находящийся в 13,5 млрд световых лет от нас и, соответственно, глубоко в прошлом. По состоянию на декабрь 2009 года за пределами нашей солнечной системы было зафиксировано около трехсот сорока семи планет, самая маленькая из которых (прозаически названная Глизе 581) в пять раз массивнее Земли. Всматривание в звезды сквозь нашу атмосферу всегда немного напоминало наблюдение пролетающего самолета со дна плавательного бассейна. Однако новая технология – адаптивная оптика, разработанная военным ведомством США, – активно используется в астрономии, поскольку компенсирует воздушные флуктуации, так что астрономы вместо размытой воздушными вихрями картинки получают изображения с четко очерченными контурами.
Последними образцами этого поколения стали: “Солнечный телескоп усовершенствованной технологии”, строящийся сейчас в Санспоте, Нью-Мексико, его будут размещать в Галеакале (на Гавайях); “Гигантский Магеллан Т” с главной линзой более 25 м в диаметре, его строят в Чили и планируют ввести в строй в 2013 году. Его светосила как минимум в четыре раза превысит светосилу любого более старого телескопа и будет давать возможность прямого наблюдения планет вне солнечной системы. Пока эти потрясающие приборы собирают информацию далеко за пределами солнечной системы, они не теряют значения и для нашего проникновения в тайны Солнца. Например, ATST (один из проектов GONG – сетевой группы глобальных колебаний, гелиосейсмологической программы, включающей двадцать два института по всему миру) нацелен на обнаружение природы тонких ответвлений трубок тока внутри хромосферы, считающихся базовыми строительными кирпичами ее магнитной структуры. Мощные поля расщеплаются на отдельные скомпрессированные трубки токов; новый телескоп может объяснить почему.
Инновации встречаются не только в области технологий, исследующих Солнце с Земли. Компьютеры могут моделировать ключевые части нашей системы, от лун до солнечных ветров, с все возрастающим реализмом. Еще одна новая область, лабораторная астрофизика, позволяет исследователям создавать лабораторную версию плазмы, чье поведение имитирует такие явления, как звездный взрыв, образование галактики, корональные выбросы и солнечные протуберанцы – колоссальные газовые арки, вытягивающиеся с солнечной поверхности в пространство. Тем временем программа GONG способствовала сооружению шести станций по всему миру (Мауна-Лоа на Гавайях, солнечная обсерватория “Большой Медведь” в Южной Калифорнии, Удайпур на острове в Раджастане, северо-западная Индия, Лирмонт на Норт-Уэст-Кейп (Австралия), Серро-Тололо в Чили в 500 км к северу от Сантьяго и Эль-Тейде на Канарских островах), расположенных таким образом, что в любой момент за Солнцем могут наблюдать две из них. Наконец, в апреле 2003 года исследовательский центр в Филадельфии объявил, что ученые добились имитации Солнца в мирных и практических целях, смогли воссоздать термоядерный синтез в лабораторных условиях, по сути, взорвав крошечную водородную бомбу – возможный альтернативный способ получения электричества.
Хотя перечисление всех предпринимаемых сейчас солнечных исследований может звучать как корпоративный годовой отчет председателя совета директоров, за сухими фактами стоит реальность – мы находимся на пороге колоссальных научных прорывов. В 1952 году астрофизик Джерард Койпер мог смело писать о том, что “золотой век физики Солнца еще не наступил” [913] . Шестьдесят лет спустя он наступает. Еще в 1979-м Карл Саган тоже упоминал наступающий золотой век:
Во всей человеческой истории только одно поколение окажется первым исследователем солнечной системы. Для людей этого поколения в детстве планеты будут далекими и неразличимыми дисками на фоне ночного неба, а в старости эти же планеты станут новыми мирами, где ведутся разведочные работы [914] .
913
Марко Велли, интервью с автором 6 декабря 2007 года.
914
Gerard Peter Kuiper, The Solar System. Vol. 1. The Sun. Chicago: University of Chicago Press, 1953.