Физика будущего - Мичио Каку

Русские космонавты после примерно года в невесомости возвращаются на землю настолько слабыми, что едва могут ползти[42]. В космосе даже при ежедневных тренировках мышцы атрофируются, кости теряют кальций, а сердечно-сосудистая система слабеет. После полета некоторым требуется на восстановление несколько месяцев, а некоторые изменения могут оказаться и необратимыми. Путешествие к Марсу может занять два года, и астронавты прилетят на место настолько ослабленными, что не смогут работать. (Одно из решений этой проблемы — закрутить межпланетный корабль, создав в нем искусственную силу тяжести. Механизм здесь тот же, что при вращении ведерка на веревке, когда вода не выливается из него даже в положении вверх дном. Но это очень дорого, потому что для поддержания вращения потребуется тяжелая и громоздкая техника[43], а каждый фунт дополнительного веса означает увеличение стоимости проекта на 10 000 долларов.)

Вода на Луне

Одно из недавних открытий может серьезно изменить условия лунной игры: на Луне обнаружен древний лед, оставшийся, вероятно, от давних столкновений с кометами. В 2009 г. лунный зонд NASA под названием LCROSS и его разгонный блок «Центавр» врезались в Луну в районе ее южного полюса. Скорость столкновения составила почти 2500 м/с; в результате вещество с поверхности было выброшено на высоту более километра и возник кратер около 20 м в поперечнике. Телезрители, вероятно, были немного разочарованы тем, что при столкновении не было обещанного красивого взрыва, но ученые остались довольны: столкновение получилось весьма информативным. Так, в выброшенном с поверхности веществе было обнаружено около 100 литров воды. А в 2010 г. прозвучало новое шокирующее заявление: в лунном материале вода составляет более 5 % по массе, так что на Луне, пожалуй, влаги больше, чем в некоторых районах Сахары.

Это открытие может иметь громадное значение: вполне возможно, что будущие астронавты смогут воспользоваться подлунными залежами льда для производства ракетного топлива (путем извлечения из воды водорода), для дыхания (путем получения кислорода), для защиты (поскольку вода поглощает радиацию) и для питья (естественно, в очищенном виде). Так что это открытие поможет сократить в несколько раз стоимость любой лунной программы.

Полученные результаты могут означать также, что при строительстве и в дальнейшем при снабжении базы астронавты смогут пользоваться местными ресурсами — водой и всевозможными минералами.

Середина века

(2030–2070 гг.)

Полет на Марс

В 2010 г. президент Обама, посетив Флориду, не только объявил о закрытии лунной программы, но и поддержал вместо этого полет на Марс и финансирование неопределенного пока тяжелого носителя, который сможет когда-нибудь доставить астронавтов в дальний космос, за пределы лунной орбиты. Он намекнул, что надеется дождаться дня — возможно, где-нибудь в середине 2030-х, — когда американские астронавты ступят на поверхность Марса. Некоторые астронавты, как Базз Олдрин, горячо поддержали план Обамы, причем именно потому, что Луну предлагалось пропустить. Олдрин как-то сказал мне, что, раз на Луне американцы уже были, теперь настоящим достижением будет только полет на Марс.

Из всех планет Солнечной системы только Марс кажется достаточно похожим на Землю, там могла зародиться какая-то форма жизни. (Меркурий, обжигаемый Солнцем, вероятно, слишком враждебен, чтобы на нем могла существовать жизнь, какой мы ее знаем. Газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — слишком холодны, чтобы поддерживать жизнь. Венера — во многом двойник Земли, но разгулявшийся парниковый эффект сделал условия там просто адскими: температура достигает +500 °C, состоящая в основном из углекислого газа атмосфера в 100 раз плотнее земной, а с неба дождем льет серная кислота. Попытавшись прогуляться по венерианской поверхности, вы задохнетесь и будете раздавлены насмерть, а ваши останки прожарятся и растворятся в серной кислоте.)

Марс, с другой стороны, когда-то был довольно влажной планетой. Там, как на Земле, были океаны и реки, давно исчезнувшие. Сегодня это промерзшая безжизненная пустыня. Возможно, однако, что когда-то — миллиарды лет назад — на Марсе процветала микрожизнь; не исключено даже, что и сейчас где-нибудь в горячих источниках живут бактерии.

После того как США твердо решат осуществить пилотируемую экспедицию на Марс, на ее реализацию уйдет еще 20–30 лет. Но нельзя не отметить, что и добраться до Марса человеку будет гораздо труднее, чем до Луны. Марс по сравнению с Луной — это качественный скачок сложности. До Луны можно долететь за три дня — до Марса придется добираться от полугода до года.

В июле 2009 г. ученые NASA прикинули, как может выглядеть реальная марсианская экспедиция. Около шести месяцев астронавты будут лететь к Марсу, затем проведут 18 месяцев на Красной планете, затем еще шесть месяцев уйдет на возвращение.

Всего к Марсу придется отправить около 700 т оборудования — это больше чем Международная космическая станция ценой 100 млрд долларов[44]. Чтобы сэкономить на пище и воде, во время путешествия и работы на Марсе астронавтам придется очищать собственные продукты жизнедеятельности и использовать их для удобрения растений. На Марсе нет ни кислорода, ни почвы, ни воды, ни животных, ни растений, поэтому все придется везти с Земли. Местными ресурсами воспользоваться не удастся. Атмосфера Марса почти целиком состоит из углекислого газа, а атмосферное давление составляет всего 1 % земного. Любая прореха в скафандре будет означать быстрое падение давления и смерть.

Экспедиция будет настолько сложной, что ее придется разбить на несколько этапов. Поскольку везти топливо на обратный путь с Земли было бы слишком дорого, не исключено, что на Марс придется отправить отдельную ракету с топливом для дозаправки межпланетного аппарата. (Или, если из марсианского льда можно извлечь достаточно кислорода и водорода, можно будет использовать в качестве ракетного топлива именно их.)

Добравшись до Марса, астронавтам, вероятно, придется несколько недель адаптироваться к жизни на другой планете. Цикл дня и ночи там примерно такой же, как на Земле (марсианские сутки чуть дольше и составляют 24, 6 часов), а вот год на Марсе вдвое длиннее земного. Температура почти никогда не поднимается выше точки замерзания. Там бушуют жестокие пылевые бури. Пески на Марсе мелкие, как тальк, а пылевые бури нередко охватывают всю планету.

Терраформировать Марс?

Предположим, что к середине века астронавты побывают на Марсе и организуют там примитивную базу. Но этого мало. Вообще говоря, человечество наверняка будет всерьез рассматривать проект терраформирования Марса — превращения его в более приятную для жизни планету. Работы по этому проекту начнутся в лучшем случае в самом конце XXI века, скорее даже в начале следующего.

Уже сейчас ученые успели рассмотреть несколько способов сделать Марс более гостеприимным местом. Вероятно, простейший из них — добавить в атмосферу Красной планеты метан или другой парниковый газ. Метан — более мощный парниковый газ, чем двуокись углерода, так что метановая атмосфера будет удерживать солнечный свет и постепенно нагревать поверхность планеты. Температура поднимется выше точки замерзания. Кроме метана, в качестве вариантов рассматриваются и другие парниковые газы, такие как аммиак и фреон.

Как только температура пойдет вверх, начнет — впервые за миллиарды лет — таять вечная мерзлота, благодаря чему речные русла вновь наполнятся водой. Со временем, когда атмосфера станет более плотной, на Марсе могут вновь образоваться озера и даже океаны. В результате высвободится еще больше углекислого газа — возникнет положительная обратная связь.

В 2009 г. было обнаружено, что с поверхности Марса естественным образом выделяется метан. Источник этого газа по-прежнему остается загадкой. На Земле метан возникает в основном при гниении органических материалов, но на Марсе он может быть побочным продуктом каких-то геологических процессов. Если ученым удастся установить источник этого газа, то, может быть, удастся и увеличить его выход, а значит, изменить атмосферу планеты.

Еще одна возможность — направить в атмосферу Марса комету. Если удастся перехватить комету достаточно далеко от Солнца, даже небольшого воздействия — толчка специальным ракетным двигателем, столкновения под нужным углом с космическим аппаратом или даже просто гравитационного притяжения этого аппарата — может оказаться достаточно, чтобы нужным образом изменить орбиту космического скитальца. Кометы состоят в основном из воды, и в Солнечной системе их немало. (К примеру, ядро кометы Галлея по форме напоминает арахисовый орешек около 30 км в поперечнике и состоит в основном из льда и камня.) По мере приближения к Марсу комета начнет испытывать трение об атмосферу и потихоньку разрушаться, высвобождая воду в виде пара в атмосферу планеты.