Всесвіт і дослідження

Чому Breakthrough Starshot не знайде інопланетне життя?

Проект мікрозондів зі світловим вітрилом під назвою Breakthrough Starshot багато в чому цікавий, але часто він згадується в контексті можливості подивитися, як виглядають екзопланети і чи є на них життя. Вважаю, що реалізація такого проекту могла б багато розповісти про будову Всесвіту, але як раз в плані виявлення життя на екзопланетах він майже марний. Зображення з сайту hightech.

fmКонечно, легко помітити, що реалізації такого проекту є досить складною. Сам по собі світловий парус за нинішніми часами проблемою не є, графен має досить незначну масу на одиницю площі, і його промислове виробництво вже починається. Лазерні випромінювачі достатньої потужності в даний час виготовити теж можливо.

Але проблема починається з вибору відповідного місця для розгону таких зондів, по-справжньому не підходить жоден з варіантів. В атмосфері нашої планети аеродинамічна обтічність критична навіть у разі гіперзвукової швидкості, яка на багато порядків відрізняється від субсветовой, тому реальний початок розгону до субсветовой швидкості можливо лише за межами атмосфери нашої планети, в тому числі екзосфери. Але направити лазерний промінь за межі екзосфери – завдання не з простих, з поверхні нашої планети буде заважати атмосфера, розсіюючи цей промінь, в результаті навіть в навколоземному просторі він розійдеться на велику площу, і для реального розгону за допомогою світлового вітрила необхідна потужність буде гігантською, не кажучи вже про те, що при такій потужності лазерний промінь почне викликати сильну іонізацію повітря, що ще більше буде посилювати його розсіювання.

У той же час, чим більше зонд буде віддалятися від нашої планети, тим сильніше почне позначатися розсіювання лазерного променя, тому тривалий розгін за рахунок світлового вітрила навряд чи є здійсненним. А в разі швидкого розгону потрібна велика потужність, яка здебільшого буде губитися в атмосфері. Підйом лазерної установки на повітряній кулі в стратосферу може частково вирішити цю проблему, а повністю вирішити може висновок на орбіту.

У другому випадку має значення ще й вага самої установки, але головна складність в обох випадках – це джерело енергії необхідної потужності. Можливо, і в цих випадках зможе допомогти графен, провід з нього можливо протягнути в стратосферу, а на орбіті можливе використання відповідного конденсатора. Інші варіанти конденсаторів, акумуляторів і електрогенераторів для цієї мети мало підходять, особливо для застосування на орбіті.

Можливо, на орбіті ще можна використовувати електрогенератор на основі надпровідності, щоб він міг видавати необхідну потужність при досить малих масогабаритних показниках. Сучасні акумулятори мають занадто незначні потужність і запасається енергію на одиницю маси, особливо для застосування на орбіті, і якщо для підзарядки можливе використання сонячних панелей, то видається потужність збільшити складно. Конденсатори дозволяють забезпечувати велику потужність на одиницю маси, але конструкції, які не використовують графен, з урахуванням того, що промисловий випуск останніх ще не освоєний, мають значний струм витоку, з причини чого потрібен досить швидкий попередній заряд.

Крім забезпечення необхідної потужності лазерного випромінювання у верхніх шарах атмосфери або на орбіті, є складність забезпечення необхідної швидкості розгону, пов’язаної з напрямком і відображенням лазерного променя. При дуже великій потужності світловий вітрило повинен мати надзвичайно низький коефіцієнт поглинання, інакше він розплавиться. Якщо розгін робити більш плавним, то для досягнення субсветовой швидкості потрібно дуже точна фокусування лазерного променя, а значить сам випромінювач теж повинен мати дуже низький коефіцієнт поглинання.

Якщо в разі світлового вітрила потрібно домогтися, щоб якомога більша частина випромінювання відбивалася, то для випромінювача, навпаки, потрібна максимальна прозорість, але в обох випадках складність представляє поглинається частка випромінювання. Зрозуміло, згадані складності відносяться до проекту Breakthrough Starshot в будь-якому випадку, але для вивчення екзопланет проблеми на цьому не закінчуються. Такий зонд після його розгону лазерними променями вже не матиме засобів управління його траєкторією, тому необхідний напрямок потрібно задати вже в процесі розгону.

При забезпеченні напрямку з точністю до кутової секунди діапазон пересічної області через один парсек буде дорівнює орбіті нашої планети, але забезпечити таку точність навряд чи просто. Якщо лазерний випромінювач розміщувати верхніх шарах атмосфери нашої планети, то навіть не значні атмосферні спотворення легко можуть привести до зміни напрямку на кутову хвилину і більше. У підсумку підлетіти навіть до Альфа-Центаври ближче, ніж на 100 астрономічних одиниць навряд чи вийде, а це в три з гаком рази далі, ніж до Плутона.

Можливо, орбітальний випромінювач зможе забезпечити до деякої міри більшу точність напрямку, але варто враховувати, що випромінювання сонця і не тільки Сонця може цей напрямок в деякій мірі поміняти. Можна, звичайно, відстрілювати світловий вітрило після розгону зонда, але чи вдасться при цьому зберегти колишній напрямок хоча б з точністю до хвилини. Втім, в якійсь мірі коригування траєкторії можна забезпечувати поворотами світлового вітрила, питання лише в точності такого способу управління.

Як відомо, перш ніж апарат New Horizons наблизився до Плутона, не було можливості спостерігати деталі поверхні цього астероїда. Багато планет більші, ніж Плутон, особливо ті, на яких могла б бути життя, але тим не менше про її реальному наявності характерна для спостереження Плутона в телескоп деталізація далеко не завжди може сказати однозначно. Але найголовніше, що слід враховувати, – попередні спостереження Плутона здійснювалися телескопами з досить великими дзеркалами.

Розмір дзеркала телескопа має вирішальне значення, оскільки визначає дифракційний межа, понад якого відмінність деталей неможливо в принципі. Дзеркало діаметром 15 см не може забезпечити дозвіл більше однієї секунди, а якщо передбачається зонд дуже невеликих розмірів, то чи можливо його оснастити телескопом з діаметром дзеркала хоча б в один метр?Якщо діаметр розкладається дзеркала буде саме ці 15 см, то з відстані в 100 астрономічних одиниць буде можливість розрізняти деталі розміром не менше 70 тис. км, що більше майже всіх кам’янистих планет, при такому розмірі вони майже завжди стають газовими гігантами.

Навіть щоб розрізняти великі деталі рельєфу, на зразок материків і океанів, потрібно збільшити дозвіл хоча б на два порядки. Але наскільки реально таке збільшення для точності напрямку або розміру розкладається дзеркала?Зрозуміло, що навіть пряме спостереження екзопланети без будь-яких деталей може дозволити провести спектроскопічне дослідження, але воно стане можливим і за допомогою наземних телескопів вже в найближчі 10-15 років, а це все одно раніше, ніж такі мікрозонди зможуть досягти хоча б Альфа-Центаври. При тому, що наземні телескопи незрівнянно простіше оснастити спектрометрами, поляриметрами та іншим додатковим обладнанням.

Ще слід мати на увазі, що багато мікрозонди, ймовірно, не досягнуть інших планетних систем, зіткнувшись по шляху з астероїдом або метеороїдом, не кажучи вже про те, що на субсветовой швидкості навіть дрібні порошинки можуть завдати значних пошкоджень. Звичайно, здійснення такого проекту в будь-якому випадку може принести багато відкриттів, які можуть бути зроблені навіть тими мікрозондами, що вріжуться в астероїди. Але в плані пошуку позаземного життя такий проект зможе лише розповісти про можливість її перенесення астероїдами, інші варіанти надзвичайно малоймовірні.

Related posts

Leave a Comment