В августе 2016 года ученые, едва сдерживая слезы радости, объявили об открытии землеподобной планеты Проксима b, расположенной в ближайшей к нам звездной системе. Изучив все собранные о ней сведения, ученые пришли к выводу, что планета может иметь подходящую для дыхания атмосферу и даже, возможно, имеет участки, покрытые водой...

Результаты же последнего исследования этого мира предлагают нам сразу и хорошие, и плохие новости. Плохие новости заключаются в том, что планета, вероятнее всего, испытывает частые вспышки «массового вымирания», которые вызываются активностью ее родной звезды. Хорошие же новости заключаются в том, что, несмотря на это, компьютерные симуляционные модели показывают, что планета по-прежнему может поддерживать жизнь.

В рамках компьютерных симуляций ученые выяснили, что если Проксима b на самом деле обладает атмосферой или магнитным полем, аналогичным земным, то жизнь на ее поверхности действительно будет возможна. Однако, если этих защитных барьеров планета не имеет, все живое, если оно там, конечно, было, скорее всего, уже давно вымерло.

Сделаем шаг назад и разберемся в том, что представляет из себя планета Проксима b. 

Во-первых, очень большой интерес она вызывает тем, что это ближайший к Земле кандидат на звание землеподобной планеты. Она расположена всего в 4,25 световых года, или 40 триллионах километрах, от нас.

Конечно же, на первый взгляд цифра, напротив, может показаться как раз очень большой, однако раньше звание ближайшей к нам землеподобной планеты принадлежало объекту, расположенному в 14 световых годах. Разумеется, на данный момент планета находится за гранью возможностей наших нынешних технологий космических путешествий, однако в перспективе эта планета наверняка станет первой в списке планет за пределами Солнечной системы, которую ученые захотят посетить.

На самом деле, нанести визит планете в 2060 году собрался российский миллиардер Юрий Мильнер. Не сам, конечно, а с помощью крошечного беспилотного космического аппарата на лазерной тяге.

Во-вторых, Проксима b находится в так называемой зоне Златовласки. Это означает, что планета расположена к своей звезде достаточно близко, чтобы поддерживать воду в жидкой форме, и в то же время достаточно далеко, чтобы эта вода на ней, вообще, сохранилась. На фоне именно этого аспекта исследователи первоначально предположили, что планета может быть обитаемой.

В-третьих, радиус планеты примерно всего в 1,3 раза больше Земли, а сама она находится на орбите возле красного карлика Проксимы Центавра, являющегося частью звездной системы Альфы Центавра. Орбитальный период Проксимы b составляет 11,2 земных суток.

Ввиду слабой светимости родной звезды планета получает как раз такое количество тепла, чтобы вода на её поверхности могла существовать в виде жидкости и не замерзать в вечные льды. Предварительные подсчеты говорят о том, что температура на ее поверхности составляет -40 градусов Цельсия.

Казалось бы, почти идеальный зимний курорт. Однако есть одна большая проблема. Согласно новому исследованию, этот мир может сталкиваться с регулярными событиями, которые на той же Земле могли бы привести к массовому вымиранию. Виной тому является родная звезда, плюющая время от времени вспышками, уничтожающими все живое.

Другими словами, планета часто подвергается воздействию солнечных штормов, аналогичных тем, что испытывает Земля. Однако Земля обладает магнитосферой и плотной атмосферой, которые защищают ее от губительной радиации Солнца. Что же касается Проксимы b, у ученых пока не имеется убедительных доказательств того, что планета обладает такими же «защитными экранами».

С момента обнаружения Проксимы b астробиолог Димитра Атри из Института космических наук Блю Марбл в Сиэтле провел несколько компьютерных симуляций, чтобы выяснить, насколько часто происходят вспышки родной звезды и в каком случае жизнь на этой планете (если бы она там была) могла бы сохранить свое существование в рамках этих вспышек.

Результаты его работы показывают, что Проксима b действительно могла бы быть обитаемой, но все в первую очередь зависело бы от ее атмосферы.

«Я бы сказал, что слишком преждевременно называть Проксиму b обитаемой. Есть множество факторов, только с учетом которых можно было бы ответить на вопрос о том, способна ли эта планета поддерживать биосферу. Новые наблюдения и анализ помогут прояснить эту ситуацию», — говорит Атри.

Для того чтобы выяснить, в каких случаях жизнь на этой планете могла бы выжить, Атри принял во внимание тип и размер всех известных нам звездных вспышек во Вселенной; подобрал разные параметры плотности атмосферы планеты, а также разные показатели силы ее магнитного поля – ключевого компонента экранирования и защиты планеты от солнечного ветра.

Его расчеты показали, что все, что необходимо Проксиме b для того, чтобы считаться обитаемой, – это наличие атмосферы и магнитного поля, аналогичных земным.

С другой стороны, расчеты также показали, что при наличии тонкой, разряженной атмосферы и полном отсутствии магнитного поля планету не следует рассматривать в качестве многообещающего места для жизни.

До тех пор, пока мы не получим возможность изучить планету более детально — будь то лично или с помощью более продвинутых телескопов, — мы не сможем точно ответить на вопросы о том, какими на самом деле характеристиками она обладает. Однако Атри уточняет, что далеко не все симуляционные модели были проверены.

Если бы на планете находились устойчивые к суровым условиям микробы, то это была бы совсем другая история. И следующее, что собирается проверить Атри, является именно это. По крайней мере хотя бы в рамках компьютерных симуляций.

«Одним из важнейших аспектов при проведении этого исследования являлось предположение о том, что планета уже имеет мощное магнитное поле и плотный атмосферный экран. При реальном наличии этих особенностей у планеты, даже самые мощные звездные вспышки не нанесут серьезного вреда даже самой примитивной биосфере», — отмечает Атри...

Следом следует совсем смелое предположение.

Астроном Гиллем Англада-Эскуде, попавший в составленный журналом Nature список десяти ученых, которые сыграли самую заметную роль в науке в 2016 году, назвал экзоппланету, где, по его мнению, есть лед, облака и растения. Об этом специалист рассказал в интервью испанской государственной Службе научных новостей и информации.

«Я представляю себе Proxima b похожей на Марс, но с большим количеством льда, облаков и необычной растительностью», — сообщил ученый об обнаруженной им ближайшей к Солнечной системе экзопланете. За ее открытие он и был включен в рейтинг Nature. Астроном не исключил, что поверхность Proxima b может быть покрыта океаном...

Астрофизик Филип Любин из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) опубликовал на сайте arXiv.org препринт под названием «Дорожная карта межзвездного полета». 

В статье констатирована ограниченность современных ракетных силовых установок в возможности исследования окраин Солнечной системы и близлежащих звезд. Предлагаемая Любиным программа позволяет при современных технологических возможностях отправить автоматическую станцию к α Центавра. Возглавляемый ученым проект DEEP-IN (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration) в 2015 году поддержан Институтом передовых исследований НАСА.

...Со́лнечный па́рус (также называемый световым парусом или фотонным парусом) — приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.

Следует различать понятия «солнечный свет» (поток фотонов, именно он используется солнечным парусом) и «солнечный ветер» (поток элементарных частиц и ионов, который используется для полётов на электрическом парусе — другой разновидности космического паруса).

Почитать      Космическая Солнечная Электростанция

Идея полетов в космосе с использованием солнечного паруса возникла в 1920-е годы в России и принадлежит одному из пионеров ракетостроения Фридриху Цандеру, исходившему из того, что частицы солнечного света — фотоны — имеют импульс и передают его любой освещаемой поверхности, создавая давление. Величину давления солнечного света впервые измерил русский физик Пётр Лебедев в 1900 году.

Давление солнечного света чрезвычайно мало (на Земной орбите — около 9·10−6 Н/м2) и уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Однако солнечный парус может действовать в течение почти неограниченного периода времени, и совсем не требует топлива, и поэтому в некоторых случаях его использование может быть привлекательно. На сегодня ни один из космических аппаратов не использовал солнечный ( световой, фотонный ) парус в качестве основного двигателя...

Как послать техногенный зонд к ближайшей к Солнцу звезде (α Центавра)?

Почитать     Миниатюризация Космических Систем 

Ответ, предлагаемый Любиным, кажется простым: необходимо собрать на околоземной орбите группировку лазеров общей площадью размером с Манхэттен (район и одноименный остров в городе Нью-Йорке, США) и использовать ее для разгона миниатюрных космических зондов до релятивистских скоростей (то есть скоростей, сравнимых со скоростью света, равной в вакууме примерно 300 тысячам километров в секунду). Несмотря на кажущуюся фантастичность, предложение Любина и его коллег опирается на современную науку и находится в рамках технологических возможностей человека.

Почитать      Антилазер

Идея лазерного паруса возникла в 1970-х годах. Другие альтернативные способы перемещения в космическом пространстве предполагают использование ядерного и ионного двигателей. О первом недавно высказался глава госкорпорации Росатом Сергей Кириенко, на втором уже давно летают межпланетные станции и совершают маневры спутники.

Почитать    Полетим в пузыре к Звездам

...Солнечный (  световой ) парус — самый перспективный и реалистичный на сегодняшний день вариант звездолёта.

Преимуществом светового парусника является отсутствие топлива на борту, что позволяет увеличить полезную нагрузку по сравнению с космическим кораблём на реактивном движении. Однако концепция светового ( солнечного ) паруса требует легкого по массе и одновременно большого по площади паруса.

Недостатком солнечного парусника является зависимость ускорения от расстояния до Солнца или источника света. Чем дальше от источника света, тем меньше давление света и тем самым меньше ускорение паруса.

Например, за пределами Солнечной системы давление солнечного света и соответственно эффективность солнечного паруса приблизится к нулю. Световое давление от Солнца довольно мало, поэтому для увеличения ускорения существуют проекты разгона солнечного парусника лазерными установками с генерирующих станций вне Земли. 

Однако данные проекты сталкиваются с проблемой точного наведения лазеров на сверхдальних расстояниях и создания лазерных генераторов соответствующей мощности.

Уже сейчас можно построить межзвёздный зонд, использующий давление солнечного света.

Geoffrey A. Landis (англ.)русск. предложил использовать солнечную батарею для передачи энергии через лазер от базовой станции на межзвёздный зонд с ионным двигателем, что дает некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом (в настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений)...

Проблема топлива

В 1903 году братья Райт совершили первый полет на самолете. Через 66 лет Нил Армстронг впервые ступил на поверхность Луны. Еще через 66 лет, в 2035 году, НАСА планирует высадить первого человека на Марс. По мнению Любина, освоение межзвездного пространства требует переосмысления современной технологии движения ракет и зондов. В ракетах топливо используется в качестве рабочего тела: единственный способ носителю вывести космический аппарат на орбиту заключается в ускоренном движении вперед за счет выбрасывания топлива назад так быстро, как только это возможно. В космических ракетах более 90 процентов массы носителя приходится на топливо. Это крайне неэффективно, поскольку большая часть ракетной тяги идет на подъем топлива, а не полезной нагрузки.

На сегодня дальше других космических зондов улетел от Земли Voyager 1, он единственный достиг межзвездного пространства. В 2017 году исполнится 40 лет с того дня, когда он покинул планету. За это время аппарат оказался на расстоянии более 18 световых часов от Земли (столько времени требуется свету, чтобы пройти расстояние от планеты до аппарата). В том случае, если расчеты верны и с Voyager 1 ничего не случится, ближайшей звезды станция достигнет через 40 тысяч лет. Ученые из Института космических исследований Кека (США) показали, что зонды для освоения дальнего космоса, построенные сегодня, смогли бы превысить скорость Voyager 1 в три-четыре раза. Любин заключает, что если человек когда-либо и сможет добраться до другой звезды, это наверняка произойдет не за счет сжигания топлива.

Массив лазеров

Альтернативой перевозимому вместе с полезной нагрузкой топливу Любин называет внешний источник тяги. Использование солнечных парусов являются хорошим примером такого рода движения: фотоны (кванты электромагнитного излучения) несут импульс, и при столкновении с поверхностью зеркала, как следует из законов сохранения, передают ему количество движения. С течением времени космический зонд на солнечных парусах за счет небольшого давления солнечного света способен развить достаточно высокую скорость.

Предлагаемые Любиным лазерные паруса будут работать по такому же принципу, за исключением того, что свет на них будет поступать не от Солнца, а от гораздо более мощного источника — массива лазеров на Земле или орбите планеты. За счет точной фокусировки и синхронизации работы системы лазерные паруса могут получить в сто тысяч раз больше энергии, чем от светила, и позволят космическому аппарату развить огромные скорости. На первый взгляд размещение столь мощного лазера на околоземной орбите кажется невыполнимой задачей, однако команда Любина пришла к выводу, что уже сегодня такая технология существует.

Надо заметить, что данный массив лазеров предлагается использовать для разрушения - отклонения опасных астероидов. Т.е. массив лазеров двойного назначения?

...Астрофизики из США предложили эффективный способ борьбы с потенциально опасными объектами (ПОО), в частности, астероидами, на околоземной орбите. 

Астрофизики предложили воздействовать на ПОО лазерным излучением. Это позволило бы разрушить астероид или отклонить траекторию его полета от пересечения с орбитой Земли. Метод работает в случае своевременного обнаружения ПОО.

Почитать      Астероиды

Разрушение астероида предлагается проводить при помощи лазерной абляции (вещество удаляется с поверхности при испарении или сублимации за счет ее разогрева). Излучение на астероид предлагается подводить при помощи массивов лазеров.

Массив лазеров к астероиду предлагается доставлять при помощи стандартной ракеты-носителя, работающей на жидком топливе, а транспортировку аппарата к ПОО — при помощи космического аппарата, работающего на ионном двигателе. На направленное разрушение или отклонение траектории астероида типа (99942) Апофис, в диаметре достигающего 325 метров, может уйти до 15 лет. 

Ученые отмечают, что возможности американских и европейских ракет Atlas V 551, Ariane V и Delta IV Heavy, а также строящихся Falcon Heavy и SLS (Space Launch System), позволяют запустить миссию уже сегодня.

Предлагаемый учеными проект называется DE-STARLITE и является модификацией их программы DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation), которая ранее была поддержана Институтом передовых исследований НАСА...

Из фантастики в реальность

Решение заключается в использовании модульных массивов синхронно работающих высокомощных лазеров, питаемых общим источником. Модульность устраняет необходимость создания одного огромного лазера и вместо этого предполагает развертывание управляемой системы из нескольких устройств, питаемой одним или несколькими лазерами относительно небольшими количествами энергии. Аналогичную систему уже создала Lockheed Martin: в марте 2015 года компания продемонстрировала лазерную пушку мощностью 30 киловатт, которая смогла прожечь металлический корпус автомобиля. К октябрю мощность оружия достигла 60 киловатт. Настраиваемая модульная система из двух таких пушек позволяет увеличить мощность еще вдвое.

Команда Любина называет свою модульную систему DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and ExploRation), добавляя к аббревиатуре коэффициент, обозначающий площадь лазерного массива. Самая слабая в такой классификации система DE-STAR-1 представляет собой массив лазеров площадью сто квадратных метров — по мощности он сравним с двухмодульной пушкой Lockheed Martin.

Почитать       Как на крыльях науки вернуться в Каменный Век 

Сильнейшей является DE-STAR-4 — она занимает общую площадь сто квадратных километров и развивает мощность 70 гигаватт. Используемый Любиным масштаб объясняется физическими требованиями, накладываемыми на размеры массива длиной волны лазера и необходимостью достижения околосветовых скоростей.

Наиболее оптимальным расположением массива считается околоземная орбита, поскольку атмосфера рассеивает лазерное излучение и нагревается от него. Даже небольшая система, располагаемая на Земле, позволит сообщить сверхмалым аппаратам типа CubeSat (объемом порядка литра и массой порядка килограмма) вторую космическую скорость (то есть сделать их спутниками не Земли, а Солнца). Любин предлагает начать сборку массива из небольших модулей на Земле и затем продолжить его возведение на околоземной орбите.

Система DE-STAR-4 способна генерировать тягу, достаточную для отправки к Марсу CubeSat за восемь часов или космического корабля массой десять тонн за месяц (современные ракеты позволяют это сделать за шесть-восемь месяцев). Оценки показывают, что околоземная группировка DE-STAR-4 будет примерно в сто раз тяжелее Международной космической станции (которая имеет массу примерно 420 тонн). Создание системы является технологически осуществимой задачей. Главная трудность в развертывании модульного массива лазеров заключается в проблемах с выведением на околоземную орбиту такой тяжелой полезной нагрузки.

На пределе

Аппарат CubeSat достигнет Марса за восемь часов, двигаясь со скоростью, равной примерно двум процентам от световой. Это намного выше возможности используемой сегодня человеком техники. Тем не менее с такой скоростью α Центавра аппарат достигнет за 200 лет. Для того чтобы космические аппараты более внушительных размеров достигли ближайшей к Солнцу звезды за несколько лет, их конструкция должна быть радикально пересмотрена.

С этой целью Любин разработал концепцию микроэлектронных космических аппаратов, каждый из которых имеет массу по нескольку граммов и снабжен небольшим лазерным парусом, необходимым для приведения его в движение и осуществления дальней связи. Астрофизик полагает, что фотонная технология допускает масштабирование до практически любых размеров, однако в настоящее время для тестирования технологии проще всего использовать миниатюрные космические аппараты.

Почитать     К свету далекой Звезды... 

Типичный миниатюрный зонд, предназначенный для межзвездных перелетов, должен содержать в себе элементы нанофотоники, миниатюрный радиоизотопный термоэлектрический генератор мощностью один ватт, нанодвигатели для корректировки движения, тонкопленочные суперконденсаторы для хранения энергии и небольшую камеру. Диаметр круглого лазерного паруса такого аппарата составит один метр. Система DE-STAR-4, развивающая мощность 70 гигаватт, сможет разогнать такой аппарат до скорости, равной примерно четверти скорости света, за десять минут. Этого достаточно, чтобы миниатюрный рукотворный зонд достиг α Центавра за 15 лет.

В этом проекте околоземный массив лазеров будет выступать как гигантский приемник и передатчик данных на миниатюрный зонд, который сможет передавать на планету данные и изображения. Разумнее всего передавать данные в пакетном режиме, когда зонд накопил достаточно энергии. Система мощностью один ватт при использовании лазерного паруса диаметром один метр способна передавать на Землю около ста килобит данных в секунду.

К звездам

Массивы лазеров можно размешать не только на околоземной орбите, но и на ключевых позициях в Солнечной системе. Это позволит создавать дешевые и небольшие модули, предназначенные для исследования пространства за орбитой Нептуна, в частности, пояса Койпера, облака Оорта и межзвездной среды. Физически интересным выглядит размещение массива в фокусе гравитационной линзы Солнца, располагаемом на расстоянии 500-700 астрономических единиц от него. 

Экзопланету, расположенную на расстоянии ста световых лет от Солнца, с этой точки можно будет рассмотреть с разрешением один пиксель на километр. Марс можно исследовать гибридными методами, сочетающими использование лазеров и ракет. Возможно размещение дополнительного массива, выступающего в качестве деускорителя первой системы.

Почитать     Экзопланеты

Первые путешествия к ближайшим к Солнцу звездам будут носить, как полагает Любин, пролетный характер, поскольку развиваемая космическими аппаратами скорость будет настолько велика, что не позволит им быть захваченными гравитационными полями светил. В перспективе имеет смысл пролетный аппарат снабдить возможностью распадаться на несколько зондов, которые при приближении к цели проводят независимые исследования.

В радиусе 20 световых лет от Земли обнаружено более 150 звезд и 17 планетных систем, из которых 14 способны поддерживать существование экзопланет в потенциально обитаемой зоне. 

Знание о досягаемости инопланетных миров подстегивает интерес инженеров и ученых к разработке новых технологий покорения межзвездного пространства, а энтузиазм, с которым ожидаются миссии на Луну и Марс, сравним с предвосхищением эпохи Великих географических открытий.

Почитать      Мы здесь... кто- нибудь...  отзовитесь!

Российский бизнесмен Юрий Мильнер и британский физик-теоретик Стивен Хокинг объявят о начале работ по созданию и отправке спутника к α Центавра. 

Инициатива, получившая название Breakthrough Starshot, может стать первой миссией рукотворного аппарата к другой звезде. 

Новый проект станет продолжением инициативы Breakthrough Listen — крупнейшего проекта по поиску сигналов от инопланетных цивилизаций, который был запущен летом 2015 года.

Аппарат, который планируется отправить к α Центавра, будет представлять собой наноспутник на лазерных парусах. Его скорость может достигать 20 процентов скорости света (последняя равна примерно 300 тысячам километров в секунду). Ускоряться такой аппарат должен при помощи массива лазеров.

На работы по созданию спутника для межзвездных путешествий и необходимой для этого лазерной системы может уйти несколько десятилетий. Аналогичный проект, называемый DE-STAR (Directed Energy System for Targeting of Asteroids and ExploRation), имеется и в НАСА.

Проектом DE-STAR руководит астрофизик Филип Любин из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США). Типичный миниатюрный зонд, предназначенный для межзвездных перелетов, может содержать в себе элементы нанофотоники, миниатюрный радиоизотопный термоэлектрический генератор мощностью один ватт, нанодвигатели для корректировки движения, тонкопленочные суперконденсаторы для хранения энергии и небольшую камеру. 

Диаметр круглого лазерного паруса такого аппарата составит один метр. Система DE-STAR-4 сможет разогнать такой аппарат до скорости, равной примерно четверти скорости света, за 10 минут. Этого достаточно, чтобы миниатюрный рукотворный зонд достиг α Центавра за 15 лет.

Двойная звезда α Центавра расположена на расстоянии 4,36 светового года от Земли. Вероятно, в эту систему (светила A и B) входит красный карлик α Центавра C. Звезды α Центавра A и B по своим физическим характеристикам похожи на Солнце, но старше его на 1,5 миллиарда лет...

Астрономы из Университета штата Пенсильвания (США) спрогнозировали наличие в системе альфы Центавра нескольких землеподобных экзопланет. 

Вблизи звезды альфа Центавра A могут располагаться две и более землеподобные экзопланеты. Нахождение примерно такого же числа небесных тел ожидается на орбите вокруг альфы Центавра B. В большинстве случаев экзопланеты располагаются в пределах зоны обитаемости и не дальше двух астрономических единиц от светил.

Вблизи Проксимы Центавра, по оценкам ученых, может располагаться одно землеподобное небесное тело. Там оно будет находиться также в пределах зоны обитаемости.

К своим выводам ученые пришли при помощи компьютерного моделирования в рамках задачи N тел. В случае, если вблизи альфы Центавра не будут обнаружены землеподобные планеты, это может свидетельствовать, по оценкам астрономов, о разрушительной динамике формирования системы в прошлом.

Альфа Центавра представляет собой двойную звездную систему, удаленную от Земли на расстояние 4,36 светового года. В ней также присутствует еще одно светило — красный карлик Проксима (самая близкая к Солнцу звезда). Две крупные звезды в альфе Центавра близки по своим характеристикам к Солнцу. Ученые допускают существование в системе нескольких экзопланет...

https://lenta.ru/articles/2016/04/11/nasa/

https://lenta.ru/news/2016/04/12/starshot/

https://news.rambler.ru/scitech/33372432/

https://lenta.ru/news/2016/07/19/centauri/

http://paranormal-news.ru/news/planeta_proksima_b_neuzheli_ehto_ta_samaja_vtoraja_zemlja/2016-12-16-12947

https://lenta.ru/news/2016/12/21/anglada/