НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
Наука и Солнечная Система
Современная наука и Техника

    Основной целью, поставленной в данной публикации, является раскрытие ключевых аспектов и тенденций развития науки и техники, стремление выявить их общие закономерности, скрытые за большим количеством ежедневных событий, новостей и явлений. Благодаря такому емкому изложению, эти публикации могут быть полезны как лицам, интересующимся техническим прогрессом, так и учащимся.
Продолжение смотрите ДАЛЕЕ: Наука и техника (1- часть), Роботы или люди (2- часть), Телескопы и зонды (3- часть)

Метеоритная угроза для Земли

    Наша планета, без сомнения, - уникальна. Благодаря своему удачному размеру, подходящему расстоянию до Солнца, которое дает умеренное количество тепла, наличию других планет в Солнечной системе на Земле стало возможно зарождение и развитие жизни. Среди всех перечисленных факторов, пожалуй, только последний вызывает некоторое недоумение – как могли повлиять на земную жизнь другие планеты? Но вспомним про существование таких тяжелых газовых гигантов, как Юпитер и Сатурн. Именно они сыграли роль «защитников» Земли от внешней угрозы – опасных астероидов, отклоняя их и притягивая к себе своими сильными гравитационными полями. Таким образом, те небесные тела, которые могли бы в одно мгновение прервать все развитие жизни на нашей планете, попросту не долетали до нее.
    Однако здесь нужно сделать оговорку – до Земли не долетало большинство астероидов, тогда как некоторые все же падали на поверхность планеты. О таком явлении говорят как о метеоритной угрозе, угрозе для существования земной жизни. Наиболее знаменитым проявлением такой угрозы стал упавший на Землю около 65 миллионов лет назад метеорит, который привел к коренному изменению всей жизни на планете, положив конец эпохе динозавров. Геологическим свидетельством этой причины служит то, что по всей планете обнаруживается слой глин с повышенным содержанием иридия, вещества, весьма редкого на Земле, но довольно распространенного в метеоритах. Исходя из этого, можно предположить следующий сценарий той катастрофы: упавший метеорит при ударе поднял в атмосферу огромное количество пыли, которая на несколько лет закрыла солнечный свет. В результате сначала погибли растения, а вслед за ними – и питавшиеся ими динозавры. А осевшая впоследствии пыль и сформировала тот слой глин, который сегодня так богат иридием. Но насколько актуальна метеоритная угроза сейчас, в наши дни? Приведем простой пример из современной действительности: 7 июня 2006 года на севере Норвегии было зарегистрировано падение крупного метеорита. Астрономы оценивают его массу всего в тысячу килограмм, тогда как вызванные им разрушения сравнимы с взрывом атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму. Что было бы, если бы этот метеорит упал не в безлюдной местности, а на крупный город? Последствия такого падения были бы ужасны. Катастрофа случилась бы даже тогда, когда метеорит упал не на сушу, а в море – в этом случае образовалась бы волна цунами, разрушившая прибрежные зоны, где проживают миллионы людей.

Метеоритный кратер в Аризоне
Падение астероида на Землю
Метеорный кратер, который находится в США в штате Аризона, стал первым кратером, который был идентифицирован как след от удара крупного метеорита. Диаметр - 1250 м, глубина - около 175 м. Этот кратер образовался почти 50 тысяч лет назад.
6 марта 2006 г. на расстоянии около 3,2 млн км от Земли пролетел астероид 2000 PN9. 2000 PN9 - довольно крупный астероид, его размер в попереч-нике составляет 1,6 км. При столкновении с камнем в 1 км может произойти катастрофа.
 
Модель "солнечного паруса", предназначенного для того, чтобы убрать астероид или комету с опасного для Земли курса. Но как известно было уже две попытки запуска солнечного паруса (одна в 2006 году) и обе к сожалению провальные.
Астероид - Эрос: на расстоянии 316 миллионов кило-метров от Земли, за орбитой Марса он вращается вокруг Солнца со скоростью 64 тыс км в час. А так как Эрос почти касается орбиты Земли, он стал объектом пристального внимания.
Методы борьбы с метеоритной угрозой
Астероид Эрос

    Вот почему человечество уделяет достаточно большое внимание метеоритной угрозе. Работа в этой области здесь идет в двух направлениях – поиск и наблюдение малых космических тел и решение проблемы их отклонения (в том случае, если они действительно представляют угрозу для Земли). К сожалению, следует признать, что на сегодняшний день обнаружение новых астероидов идет недостаточно быстро. Американское космическое агентство NASA даже имеет для этого специальную программу - Spaceguard Survey (дословно – «Служба космической охраны»), в рамках которой отслеживаются все потенциально опасные космические тела в Солнечной системе. Однако пока обнаружено лишь 807 из предположительно 1100 больших скалистых астероидов и 57 комет. Кроме того, требуют, чтобы NASA расширило эту программу, включив в нее и отслеживание траекторий малых астероидов, способных вызвать цунами. Таких объектов обнаружено уже 3 611 из предположительно 100 тысяч.
    Недостатки современной программы отслеживания астероидов особенно ясно видны тогда, когда астрономы обнаруживают небесные тела, уже удаляющиеся от Земли. Так, например, было с астероидом 2002 ЕМ7, который пронесся мимо нашей планеты 8 марта 2002 года на расстоянии в 450 тысяч километров (то есть всего в полтора раза дальше, чем расстояние до Луны). Обнаружили же его астрономы только четыре дня спустя, когда он уже стремительно удалялся от нас. Данный астероид, несмотря на то, что он имеет в поперечнике всего 50-100 метров, при падении на Землю мог бы вызвать значительные разрушения.
    Что же делать с теми астероидами, которые были обнаружены и внесены в категорию «опасных»? Прежде, чем предлагать здесь какие-либо технические решения, нужно понять, что масса даже самого небольшого астероида составляет миллионы тонн. Что могут сделать с такой массой наши космические аппараты, которые весят лишь сотни килограмм? (для усиления данного вопроса заметим, что соотношение масс здесь примерно такое же, как между слоном и мухой)
    Но не будем забывать, что в космосе ничто не препятствует движению, пусть даже и очень медленному. Предположим, что мы создали космический аппарат, несущий «снаряд», которым он затем «выстрелит» по астероиду. В результате астероид приобретет какую-то небольшую поперечную к своему движению скорость и станет постепенно отклоняться от своей первоначальной траектории, и, если, допустим, раньше он мог попасть на Землю, то теперь его движение будет проходить рядом. Разумеется, подобная коррекция должна производиться заблаговременно, чтобы к моменту прохождения мимо Земли отклонение достигло требуемой (безопасной) величины.
    Именно на такой идее и основана космическая миссия с весьма подходящим названием «Дон Кихот» Европейского космического агентства (European Space Agency, ESA). Согласно плану миссии, к астероиду отправятся два космических аппарата – «Идальго» и «Санчо». Первый из них будет нести снаряд и произведет удар по астероиду, тогда как второй будет лететь рядом с астероидом и следить за тем, насколько сильно изменится его траектория в результате такого воздействия. Выбор подходящей «мишени» будет сделан в 2007 году. Следует отметить, что данная миссия – первая, в которой будет сделана попытка по управлению орбитой космических тел. Из-за этого для нее будет выбран безопасный астероид, тот, который никак не угрожал Земле, и не будет угрожать потом, даже в случае неудачной коррекции его орбиты.
    Помимо данного варианта изменения орбиты астероида, ученые также изучают и возможность использования космических зеркал. Суть здесь достаточно проста: путем фокусировки солнечного излучения на поверхности астероида вызвать испарение части его вещества. В итоге вырывающиеся с поверхности газы образуют своеобразный «ракетный двигатель», который будет уводить астероид с первоначальной орбиты. Подобный способ хорошо подходит для астероидов, состоящих из слабо связанных фрагментов.
    Эти и другие примеры показывают важное (и коренное) изменение в отношении человека к космосу. Если раньше человеку отводилась лишь роль пассивного наблюдателя, то сейчас он начинает активно преобразовывать окружающий космос под свои нужды – вначале, естественно, для того, чтобы сделать его более безопасным. Нетрудно заметить и дальнейшую тенденцию, в которой решение метеоритной угрозы станет лишь первым шагом. Речь здесь идет о массовом освоении космоса человеком, и, возможно, будущем расселении человечества по другим планетам Солнечной системы. Об этой впечатляющей перспективе речь пойдет в следующих разделах данной главы. Сейчас же мы продолжим разговор о существовании жизни, но теперь уже не на Земле, а в космосе, на других планетах.

Поиск жизни в космосе

    Жизнь существует на Земле, и человечество – одно из ее проявлений. Но с незапамятных времен человека волновал такой вопрос: а есть ли жизнь где-нибудь еще во Вселенной? Данный вопрос, в свою очередь, можно разбить на три более простых: вопрос о существовании «супер-цивилизаций», далеко обогнавших в развитии нашу; цивилизаций, уровень которых сравним с человеческой; и, наконец, вопрос о существовании где-либо просто примитивных форм жизни. Итак, как же можно ответить на эти три вопроса?
    Сразу же следует признать, что поиски супер-цивилизаций человечество вести не в силах. Ведь вполне возможно, что все наши современные технические средства просто не в состоянии зафиксировать деятельность такой цивилизации (например, для передачи информации там используются совершенно отличные от электромагнитных способы).
    Однако есть надежда, что подобное возможно для поиска цивилизаций, сопоставимых по уровню развития с нашей. Основным направлением здесь является поиск радиосигналов, аналогичных тем, что создают всевозможные антенны на Земле. Иными словами, данная задача – удел радиоастрономии. Кстати, в связи со сказанным следует отметить интересный факт: за годы существования радио и телевидения сигналы «бурной» вещательной деятельности человечества уже достигли многих ближайших к Солнцу звезд. Поэтому те цивилизации, которые находятся там, вполне могли бы зафиксировать их.
    Самым знаменитым в этой области является проект SETI (Search for ExtraTerrestrial life and Intelligence – дословно «поиск внеземной жизни и разума»). В рамках этого начинания работает гигантский радиотелескоп Аресибо (рис. 1), расположенный в Пуэрто-Рико. Этот телескоп смонтирован прямо в кратере потухшего вулкана, и он записывает сигналы, поступающие из космоса. После записи происходит их обработка – для того, чтобы среди этого «космического шума» найти сигналы, имеющие не случайное происхождение (в идеале, конечно же – связанные с деятельностью внеземной цивилизации). Такая обработка ведется на огромном количестве компьютеров добровольцев по всему миру, за что SETI и аналогичные начинания стали называться «распределенными вычислениями». Подобная методика – по принципу «разделяй и вычисляй» – определяется двумя факторами: большим объемом поступающей информации и сложностью ее обработки. Такое было бы под силу только суперкомпьютерному центру… или же объединению тысяч обычных персональных компьютеров, расположенных в самых разных странах и на различных континентах, но обладающих в сумме той же самой вычислительной мощностью (что и имеет место в настоящее время). Однако несмотря на большие усилия, прикладываемые в этом направлении, до сих пор не найдено ни одного сигнала, который хоть сколько-нибудь походил на сигнал разумной цивилизации.
    Другой путь, по которому идет современная астрономия, заключается в том, чтобы вместо радиосигналов искать признаки органической жизни. Подобная методика годится для поисков не только развитых цивилизаций, но и какой-либо жизни вообще, пусть даже и самой примитивной. Для понимания данного подхода удобнее всего сначала рассмотреть жизнь на Земле. Как известно из химии и биологии, основой земной жизни является углерод (кстати, именно по этой причине химию соединений углерода называют органической химией). Другими важными элементами на Земле являются азот и фосфор. Именно эти три элемента, через образование всевозможных химических соединений, и формируют основу каждого организма, каждой клетки на нашей планете, а именно – белки, жиры и нуклеиновые кислоты.

 
Исследование поверхности Луны
Методы исследования планет
 

    Итак, если на планете существует жизнь, то она автоматически «выдает себя» наличием вполне определенных органических соединений в окружающей среде. Можно ли теперь подобную связь использовать для поиска жизни на других планетах? Можно, но для этого нужно вести наблюдения не с помощью обычных телескопов, а с помощью телескопов, работающих в инфракрасном диапазоне. Дело здесь в том, что каждая молекула имеет свою, строго определенную частоту тепловых колебаний – своеобразный «паспорт», по которому астрономы ее и определяют среди множества других. Но эти частоты лежат в инфракрасной области спектра, поэтому для их регистрации и требуются специальные телескопы.
    Что же смогли обнаружить астрономы в ходе своих наблюдений? Жирные кислоты, простые сахара, воду, моноксид углерода, аммиак, формальдегид, ацетилен, цианид водорода, азотные гетероциклы и множество других молекул – в общем, все то, из чего в ходе дальнейшего химического синтеза уже получаются составляющие живой материи. Но, к сожалению, эти вещества в далеких мирах являются лишь основой для ее зарождения, но никак не признаком ее существования. Иными словами, те звездные системы, в которых сегодня обнаруживаются органические компоненты, могут (всего лишь могут!) при удачном стечении обстоятельств, по прошествии миллиардов (!!) лет образовать первые простейшие формы жизни, как это произошло когда-то на Земле…
    Таким образом, несмотря на все наше чуткое «вслушивание» (радиоастрономия) и «всматривание» (инфракрасная астрономия) в глубины космоса, они нам отвечают лишь загадочным молчанием. А может ли здесь быть так, что мы ищем совсем не то и не так? Почему мы уверены в том, что жизнь на другой планете должна быть похожа на нашу? Почему другие цивилизации должны, как и мы, пройти такой же путь развития, и, например, также пользоваться электричеством (и техникой вообще)? Почему мы пытаемся искать жизнь, состоящую только из соединений углерода, азота и фосфора? Эти и другие вопросы возникают уже при поверхностном осмыслении поставленной задачи. Именно поэтому некоторые ученые, как, например, Кэрол Клиленд (Carol Cleland) из Университета Колорадо, призывают к тому, чтобы «сохранять непредвзятость» при поиске внеземной жизни (опубликованная в январе 2006 года статья в журнале International Journal of Astrobiology). Под непредвзятостью здесь понимается попытка дать более общее определение жизни, и, уже исходя из него, вести дальнейшие поиски. Ведь то определение, которое существует сейчас, базируется лишь на одном-единственном примере – жизни на Земле. Так что, по всей видимости, человечеству еще не раз придется пересмотреть свое понимание жизни – если в своем освоении космоса оно будет встречаться и взаимодействовать с другими цивилизациями. Яркому описанию таких контактов «с иными мирами» посвящено множество фантастических произведений, однако, пока все это – лишь выдумка. Реальность же состоит в том, что человечество до сих пор «привязано» к Земле, и пока оно делает лишь первые робкие шаги в деле завоевания космоса.

Освоение космоса: опасности

    Мы – дети Земли. Мы привязаны к ней, мы родились на ней, и по законам природы должны прожить свою жизнь на ней. На чем основано такое утверждение? Дело в том, что за миллионы лет эволюции человек приспособился именно к жизни на Земле, к вполне определенным условиям окружающей среды. Мы дышим кислородом, который содержится в воздухе, регулярно едим и пьем, наши биологические ритмы имеют 24-часовой цикл. Далее, наши организмы «настроены» на постоянное действие силы тяжести. Температура воздуха не должна быть чрезмерно низкой или, наоборот, слишком высокой. Наконец, подчас сами того не подозревая, мы находимся под надежной защитой Земли, которая укрывает нас от космического излучения (так, избыточное ультрафиолетовое излучение задерживается озоновым слоем, а частицы высоких энергий – магнитным полем планеты).
    А что будет в космосе? Здесь нет воздуха, и поэтому запасы кислорода нужно в буквальном смысле брать с собой, так же, как воду и еду. Как влияет невесомость на человеческий организм? Может показаться, что это ни с чем не сравнимое приятное ощущение, которое многие хотели бы испытать. В действительности же, многочисленные медицинские исследования космонавтов, работающих на орбите, показывают, насколько плохо действует невесомость на человека. Так, например, нарушается распределение крови в организме, для чего космонавты носят специальные костюмы. Далее, довольно загадочным, но твердо установленным фактом является нарушение иммунитета. Подавление работы иммунной системы в космосе впервые было обнаружено в 1960-х и 70-х годах в американских миссиях Apollo. Как отмечали исследователи, «15 из 29 астронавтов сообщили о бактериальной или вирусной инфекции во время миссии, сразу после нее или в течение одной недели после приземления». Ученые, которые изучают данную проблему в настоящее время, говорят о том, что, возможно, причина кроется в нарушении цитоскелета, внутреннего «каркаса» клеток.
    Еще одним отрицательным следствием невесомости является атрофия мышц (известно, насколько трудно передвигаться первое время космонавтам, которые длительное время были в космосе). Причина состоит в том, что в космосе мышцы ног не испытывают никакой нагрузки, тогда как на Земле эта нагрузка постоянно существует (фактически, ноги держат вес тела). Для борьбы с потерей мышечной массы разрабатываются специальные тренажеры. Также существуют и другие негативные последствия воздействия невесомости. Все они были получены при наблюдениях за состоянием космонавтов.
    Другой значительной проблемой в космосе является излучение. Оно приходит как от Солнца (в частности, жесткий ультрафиолет), так и из отдаленных частей космоса (рентгеновское и гамма излучение). Опасность этих лучей состоит в том, что они могут повреждать ДНК клеток, что, в свою очередь, может приводить к раковым заболеваниям. При этом ни стенки космических кораблей, ни скафандры не защищают от излучения, поэтому сейчас единственным способом является уменьшение времени пребывания космонавтов на орбите. Но как быть в будущем, когда люди начнут путешествовать на другие планеты и создавать там поселения? Для этого нужно перенять опыт других организмов, гораздо более приспособленных к выживанию в суровых условиях по сравнению с нами. Речь здесь идет о микроорганизмах.
    Первые микроорганизмы появились на Земле еще тогда, когда в атмосфере не было кислорода. Поэтому для защиты от ультрафиолетового излучения Солнца они «прятались» под водой (вода довольно хорошо защищает от многих видов излучения). В дальнейшем появились и другие, уже собственные, средства защиты, например, пигментация или внешние покровы. Более того, бактерии смогли разработать методики и на тот случай, если радиация все-таки повредит их ДНК. Тогда белки, находящиеся в клетке, просто заново «сшивают» разорванные участки ДНК. Наблюдение этих двух способов выживания – создания защитных покровов и «починки» ДНК – проводилось на бактериях Deinococcus radiodurans, живущих в австралийской пустыне Паралана, где высок уровень естественной радиации. Роберто Анитори (Roberto Anitori) из Австралийского центра астробиологии говорит по поводу этих микроорганизмов следующее: «Я заметил, что некоторые микробы имеют жесткое покрытие. Кроме этого, я подозреваю, что они имеют и эффективный механизм починки ДНК».
    Хотя в настоящее время еще нужно изучить многие детали того, как именно микроорганизмы защищаются от радиации, уже ясно то, что в будущем подобные методики будут применяться и человеком – для космических путешествий. Так, например, в ближайшей перспективе возможно создание более эффективных экранов, защищающих от излучения. Кроме того, возможно, однажды с помощью генетики будут созданы люди, которые будут иметь такую же эффективную систему починки ДНК, какая сегодня есть у бактерий. Освоение космоса подразумевает не только космические полеты, но и создание планетных баз (поселений). По всей видимости, первой базой станет лунное поселение, а следом за ним и марсианское (это самые удобные планеты для колонизации). Какие опасности могут быть здесь?

Исследование поверхности Луны
Методы исследования планет
Исследование поверхности Луны во время прилу-нения одной из американских миссий Apollo. Как видно поверхность Луны не имеет отчетливых деталей, так как покрыта слоем пыли, который и представляет угрозу для космических аппаратов.
Методы исследования планет и космических объектов - посылка на поверхность роботизи-рованных аппаратов, таких как Луноход или аппараты - близнецы Spirit и Opportunity, которые сейчас работают на красной планете - Марсе.
 
Исследование поверхности Луны во время прилу-нения одной из американских миссий Apollo. Как видно поверхность Луны не имеет отчетливых деталей, так как покрыта слоем пыли, который и представляет угрозу для космических аппаратов.
Лунный модуль «Аполлона-11», «Орел», возвращаю-щийся с поверхности Луны к командному модулю. Центральной в проекте «Аполлон» была исполинская ракета «Сатурн-5». Ее разработали исключительно для доставки человека на Луну.
Исследование поверхности Луны
Аполлона-11

    Помимо радиации, о которой уже упоминалось, на планетах типа Луны или Марса существует весьма необычная проблема – пыль. При этом лунная или марсианская пыль отличается по своим свойствам от привычной для нас земной пыли. Она может легко накапливать электрический заряд и, следовательно, прилипать к любым поверхностям, будь то аппаратура или скафандры космонавтов, забиваться в отверстия и проникать внутрь предметов. Астронавты американских миссий Apollo обнаружили эти неприятные особенности во время высадок на поверхность Луны. Так, попавшая в сочленения скафандров и перчаток пыль быстро истирала их; пыль, налипшая на ботинки, летала в воздухе, когда астронавты возвращались в лунные модули. К сожалению, тогда они не смогли сколько-нибудь эффективно бороться с этой проблемой.
    Но человечество вновь планирует высадиться на Луну, и теперь его намерения более серьезны – не просто высадиться, а создать там поселение. В этом случае проблема лунной пыли должна решаться в первую очередь. Один из любопытных вариантов решения, предложенный Лари Тейлором (Larry Taylor), профессором из Университета штата Теннеси, США, заключается в том, чтобы действовать на пыль микроволновым излучением. В этом случае пылинки просто спекаются, образуя сплошную безвредную стекловидную массу (кстати, вот как сам ученый говорит о себе: «Я являюсь одним из тех странных людей, которым нравится помещать вещи в обычную микроволновую печь, чтобы посмотреть, что из этого получится». Именно таким образом он однажды поместил маленький образец лунного грунта, привезенный астронавтами программы Apollo, в печь и обнаружил, что он сплавился за 30 секунд при мощности всего 250 ватт).
    Жизнь на лунной базе будет иметь и другие проблемы – например, из-за отсутствия атмосферы опасны метеориты любого размера, даже самого маленького (для Земли такая проблема не актуальна, так как мелкие метеориты просто сгорают в атмосфере и не достигают поверхности). Однако для поиска путей решения этой проблемы нужны дополнительные наблюдения и информация.
Дружков Александр, Современная наука и техника - "Живая наука" (http://livescience.ru)
    Освоение космоса таит в себе множество опасностей. Но в этом случае возникает резонный вопрос: а стоит ли оно таких рисков? Почему, например, нельзя использовать роботов для выполнения тех же работ? В конце концов, роботы могут функционировать в гораздо более тяжелых условиях, чем люди. Или все-таки без присутствия человека покорение космоса невозможно?

Купить банкетный стол skladstol.ru.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru